Hệ thống năng lượng lai gió-mặt trời có triển vọng như thế nào? Phân tích 6 ứng dụng chính và lợi ích kinh tế

Do dự tính chất gián đoạn của việc phát điện từ gió và năng lượng mặt trời độc lập trong điều kiện thời tiết không thuận lợi như ngày không gió hoặc mưa, việc sử dụng một trong hai công nghệ này ở những vùng xa xôi không có lưới điện đòi hỏi thiết bị lưu trữ năng lượng có dung lượng lớn để đảm bảo cung cấp điện liên tục. Bằng cách tích hợp hiệu quả các tấm pin mặt trời, tua bin gió và pin, hệ thống điện gió-năng lượng mặt trời lai có thể giải quyết vấn đề gián đoạn của nguồn điện đơn và cung cấp điện tương đối ổn định. Công nghệ này chủ yếu được áp dụng trong các lĩnh vực sau ở Trung Quốc.

Điện cho Mục đích Sinh hoạt và Sản xuất ở Các Vùng Nông thôn Không có Lưới Điện

Trung Quốc có 800 triệu cư dân nông thôn, khoảng 5% trong số đó vẫn chưa có điện. Những làng không có điện thường nằm ở các khu vực giàu tài nguyên gió và năng lượng mặt trời, khiến hệ thống điện gió-năng lượng mặt trời lai trở thành giải pháp hứa hẹn. Việc triển khai các hệ thống lai tiêu chuẩn có thể thúc đẩy sự phát triển kinh tế địa phương và cải thiện mức sống. Việc sử dụng tài nguyên tái tạo dồi dào thông qua các hệ thống này cung cấp dịch vụ điện phù hợp và tiết kiệm chi phí nhất cho dân cư ở vùng xa, thúc đẩy sự phát triển bền vững.

Hiện nay, hầu hết các hệ thống năng lượng tái tạo không có lưới điện ở Trung Quốc chỉ cung cấp ánh sáng và nhu cầu sinh hoạt, không bao gồm tải sản xuất, điều này làm giảm khả năng kinh tế của chúng. Việc đạt được sự bền vững về kinh tế liên quan đến các yếu tố phức tạp như quyền sở hữu hệ thống, cơ chế quản lý, cấu trúc giá, quản lý tải sản xuất, và nguồn, số lượng, và kênh phân phối của các khoản trợ cấp chính phủ. Tuy nhiên, mô hình bền vững này có ý nghĩa sâu sắc đối với các nước đang phát triển như Trung Quốc.

Ứng dụng Chiếu Sáng LED Ngoài Trời

Chiếu sáng ngoài trời tiêu thụ khoảng 12% tổng lượng điện toàn cầu. Trước bối cảnh thiếu hụt năng lượng và lo ngại về môi trường ngày càng tăng, công nghệ chiếu sáng LED lai gió-năng lượng mặt trời đã thu hút sự chú ý trên toàn thế giới. Hệ thống hoạt động bằng cách sạc pin thông minh thông qua bộ điều khiển sử dụng năng lượng gió và mặt trời bổ sung. Ban đêm, đèn LED tự động bật/tắt dựa trên mức độ ánh sáng xung quanh. Bộ điều khiển thông minh có kết nối mạng không dây cho phép theo dõi, kiểm soát và thu thập dữ liệu từ xa (viễn thông, viễn điều khiển, và viễn đo). Chúng cũng hỗ trợ quản lý máy tính tiên tiến, bao gồm phát hiện lỗi, báo trộm, và kiểm tra trạng thái hoạt động. Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Chiếu sáng đường bộ (đường cao tốc, đường chính, đường phụ, và đường nhánh)

• Chiếu sáng cộng đồng (đèn đường, đèn sân, đèn thảm cỏ, đèn chôn, đèn tường)

Các dự án đã phát triển bao gồm đèn đường LED lai gió-năng lượng mặt trời thông minh, hệ thống chiếu sáng cộng đồng, hệ thống chiếu sáng cảnh quan, và hệ thống chiếu sáng hầm.

Các Thiết bị Hỗ trợ Điều hướng Hàng hải

Một số thiết bị hỗ trợ điều hướng hàng hải ở Trung Quốc đã áp dụng hệ thống quang điện mặt trời, đặc biệt là các đài phát tín hiệu, nhưng gặp phải thách thức khi thời tiết xấu kéo dài, khi quang điện mặt trời không đủ, dẫn đến tình trạng phóng điện quá mức và hỏng đèn, ảnh hưởng đến hiệu suất pin.

Thời tiết xấu thường đi kèm với gió mạnh—khi năng lượng mặt trời thấp, năng lượng gió thường dồi dào. Do đó, hệ thống lai gió-chủ đạo, năng lượng mặt trời-hỗ trợ có thể thay thế cho hệ thống chỉ sử dụng năng lượng mặt trời truyền thống. Các hệ thống lai thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm, không cần bảo dưỡng, dễ lắp đặt và sử dụng—thỏa mãn nhu cầu năng lượng của các thiết bị hỗ trợ điều hướng. Hệ thống hoạt động bằng năng lượng mặt trời trong điều kiện mùa xuân/mùa hè thuận lợi; nó kích hoạt hệ thống lai gió-mặt trời trong mùa đông, mùa xuân, hoặc giai đoạn mưa kéo dài khi năng lượng mặt trời không đủ.

Cung cấp Điện cho Thiết bị Giám sát Đường Cao Tốc

Camera giám sát đường cao tốc thường hoạt động 24/7. Mặc dù tiêu thụ điện của mỗi camera thấp, nhưng số lượng lớn các thiết bị dẫn đến tổng lượng tiêu thụ điện đáng kể. Điện lưới truyền thống không hiệu quả về mặt năng lượng. Hơn nữa, việc mất trộm cáp điện thường xuyên dẫn đến tổn thất lớn và chi phí bảo trì tăng.

Vì các điểm giám sát được phân bố rộng rãi và tuyến tính, việc kết nối lưới điện khó khăn và tốn kém. Trong khi hệ thống quang điện mặt trời vẫn còn đắt đỏ, năng lượng gió tương đối rẻ hơn. Tính chất bổ sung của gió và năng lượng mặt trời làm cho các hệ thống lai có ưu thế đặc biệt cho các ứng dụng phân tán, không có lưới điện như giám sát đường cao tốc. Sử dụng các hệ thống lai loại bỏ nhu cầu cabling, giảm rủi ro mất trộm. Trong thời tiết cực đoan—mưa kéo dài với ánh sáng mặt trời thấp và gió không đủ—các đường dây lưới điện hiện có có thể tự động sạc pin để đảm bảo hoạt động không ngắt quãng. Vì mỗi điểm giám sát hoạt động độc lập, sự cố tại một điểm không ảnh hưởng đến các điểm khác.

Các Trạm Thông Tin Di Động

Nhiều đảo và vùng núi cách xa lưới điện nhưng cần cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc cho du lịch, nghề cá, và hoạt động hàng hải. Các trạm này có nhu cầu điện khiêm tốn. Việc mở rộng lưới điện rất tốn kém, trong khi máy phát điện chạy dầu diesel đòi hỏi chi phí vận chuyển nhiên liệu cao, độ tin cậy thấp, và khó bảo dưỡng.

Giải pháp điện đáng tin cậy và lâu dài phải dựa vào tài nguyên tự nhiên địa phương. Năng lượng mặt trời và gió dồi dào và bổ sung lẫn nhau về thời gian và không gian trên các đảo. Các hệ thống lai gió-năng lượng mặt trời cung cấp giải pháp điện không có lưới điện đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí cho các trạm. Với nhân viên bảo dưỡng tại chỗ, máy phát điện chạy dầu diesel có thể được bao gồm làm dự phòng, giảm dung lượng yêu cầu của các mảng pin mặt trời và tua bin gió, giảm tổng chi phí hệ thống, và cải thiện độ tin cậy.

Nhà Máy Lưu Trữ Nước Bơm Điện

Các nhà máy lưu trữ nước bơm điện lai gió-năng lượng mặt trời sử dụng trực tiếp năng lượng gió và mặt trời để điều khiển máy bơm nước để lưu trữ năng lượng, bỏ qua pin. Nước được lưu trữ sau đó được sử dụng để phát điện ổn định. Cách tiếp cận này tích hợp thủy điện truyền thống với gió và năng lượng mặt trời, tận dụng sự bổ sung lẫn nhau về thời gian và không gian. Nó phù hợp với các vùng xa xôi không có lưới điện và hỗ trợ bảo tồn sinh thái trong phát triển năng lượng. Các yêu cầu chính bao gồm:

• Tiết kiệm năng lượng trong suốt quá trình chuyển đổi

• Cân bằng nước trong hệ thống bơm tự tuần hoàn

Mặc dù hơi đắt hơn so với thủy điện truyền thống, hệ thống này giải quyết vấn đề không hoạt động theo mùa mà các nhà máy thủy điện nhỏ phải đối mặt vào mùa đông. Do đó, hệ thống lưu trữ nước bơm điện lai gió-năng lượng mặt trời mang lại lợi thế kỹ thuật và kinh tế độc đáo và có thể là giải pháp năng lượng khả thi cho các vị trí phù hợp.