可再生能源風(fēng)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)分析

李佳

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?首先對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的特性進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)可再生風(fēng)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化策略進(jìn)行論述。期望通過(guò)研究能夠?qū)︼L(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升有所幫助。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?風(fēng)能;太陽(yáng)能;風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

[中圖分類(lèi)號(hào)] ?TM61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2018）26-0278-01

一、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的特性

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏板進(jìn)行發(fā)電，由于光伏板的能量輸出容易受到外界自然環(huán)境等因素的影響和限制，從而導(dǎo)致輸出的穩(wěn)定性相對(duì)較差。在不同的光照強(qiáng)度及溫度下，光伏板的輸出特性均有所不同。而風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)則是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，其輸出的穩(wěn)定性主要取決于以下幾個(gè)因素：風(fēng)速、空氣密度、能量轉(zhuǎn)換效率等。因光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電在輸出功率方面都存在一定的不足，為彌補(bǔ)這種缺陷，可將兩者進(jìn)行聯(lián)合，使其組成一個(gè)互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)，即風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)能與太陽(yáng)能這兩種可再生能源疊加到一起后，能量的波動(dòng)范圍會(huì)隨之大幅度減小，其總能量可以始終保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)備用容量的調(diào)節(jié)，可使發(fā)電系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。從時(shí)間的角度上講，太陽(yáng)光照僅僅會(huì)出現(xiàn)在日間，而風(fēng)能則晝夜都有，白天風(fēng)力較弱時(shí)，可以利用充足的太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，到了夜間，則可轉(zhuǎn)為風(fēng)能發(fā)電，這樣一來(lái)，風(fēng)光系統(tǒng)在時(shí)間上形成了互補(bǔ)，由此大幅度提升了系統(tǒng)的供電可靠性。

二、可再生風(fēng)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化策略

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在對(duì)風(fēng)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須了解其結(jié)構(gòu)。而控制策略的不同，互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式也有所差別。一個(gè)比較典型的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：太陽(yáng)能、風(fēng)能、蓄電池組、充電控制器、逆變器等。

1.風(fēng)電機(jī)組。該機(jī)組可將自然界中的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，具體的原理是通過(guò)風(fēng)輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。比較常用的風(fēng)電機(jī)組有兩種形式，一種是水平軸，另一種是立軸，前者的風(fēng)輪軸與地面之間是水平的，后者則是垂直的。垂直軸風(fēng)電機(jī)在發(fā)電的過(guò)程中，基本不會(huì)受到風(fēng)向的影響，由此使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，并且發(fā)電機(jī)位于支架的底部，更加便于管理和維護(hù)。雖然垂直軸風(fēng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)較多，但其不足之處也是顯而易見(jiàn)的，最為突出的一個(gè)缺陷是無(wú)法自行啟動(dòng)。從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的角度上講，水平軸風(fēng)電機(jī)要優(yōu)于垂直軸風(fēng)電機(jī)。

2.太陽(yáng)能電池陣列。當(dāng)日光照射在太陽(yáng)能電池上時(shí)，電池會(huì)對(duì)光照產(chǎn)生的熱能進(jìn)行吸收，光生電子在電池內(nèi)電場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生分離現(xiàn)象，由此會(huì)形成異號(hào)電荷積累，這個(gè)過(guò)程就是光生電壓。在對(duì)太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率進(jìn)行確定時(shí)，需要考慮的因素主要有以下幾個(gè)方面：光電轉(zhuǎn)換效率、太陽(yáng)輻射量、電器設(shè)備的耗電量等。

3.蓄電池組。在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池組是唯一的儲(chǔ)能裝置，其工作狀態(tài)以浮充為主，電能量要大于用電負(fù)載所需的電能量。目前，在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，比較常見(jiàn)的蓄電池有鉛蓄電池、鐵鎳蓄電池以及堿性蓄電池。當(dāng)夜間、陰天或無(wú)風(fēng)的天氣時(shí)，蓄電池組便會(huì)肩負(fù)起供電的任務(wù)，如果負(fù)載出現(xiàn)瞬時(shí)的脈沖功耗，可再生能源便無(wú)法滿(mǎn)足所需的電能供給要求，此時(shí)不足的部分則可由蓄電池組補(bǔ)充。

（二）運(yùn)行控制策略

在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，為提高其穩(wěn)定性和可靠性，必須采取有效的方法和措施，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制。對(duì)于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)而言，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否，除了與容量有關(guān)之外，另一個(gè)重要的因素是運(yùn)行策略的選擇。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行策略較多，如在某些情況下，只需要對(duì)可以再生的能源進(jìn)行利用，并將多余的能量存儲(chǔ)到蓄電池組當(dāng)中，而當(dāng)可再生能源無(wú)法滿(mǎn)足發(fā)電需要時(shí)，才會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟用，使其來(lái)補(bǔ)足缺少的能量，或是用其滿(mǎn)足一些負(fù)載的用電需要。在有的運(yùn)行策略中，只要柴油機(jī)啟動(dòng)，就必須在運(yùn)行一段時(shí)間后才能退出;還有的策略是蓄電池組放電達(dá)到某個(gè)特定的程度時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電。

對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，當(dāng)安裝地點(diǎn)確定之后，便可通過(guò)不同的部件組合方式，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的具體容量進(jìn)行合理確定，據(jù)此對(duì)該容量下的最優(yōu)運(yùn)行策略進(jìn)行制定。在對(duì)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行策略進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可選用迭代算法，通過(guò)計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合相關(guān)的搜索方法，對(duì)部件的最佳組合方式和最優(yōu)運(yùn)行策略進(jìn)行選擇和確定。當(dāng)系統(tǒng)中部件的容量初始化后，可對(duì)不同組合方式下的系統(tǒng)壽命周期成本進(jìn)行計(jì)算，以此為依據(jù)，找出最優(yōu)的控制策略。

綜上所述，單一的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)存在運(yùn)行穩(wěn)定不高的問(wèn)題，為有效解決這一問(wèn)題，可將風(fēng)光系統(tǒng)聯(lián)合到一起，形成一個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)。同時(shí)為提高該系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行有效控制。由此除了可以使供電可靠性得到保障之外，還能使運(yùn)行成本獲得顯著降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜海蘋(píng).獨(dú)立式風(fēng)光儲(chǔ)混合發(fā)電系統(tǒng)能量管理與輸出功率協(xié)調(diào)控制[D].燕山大學(xué)，2016.

[2]董偉強(qiáng).風(fēng)光氫蓄混合發(fā)電系統(tǒng)的配置及其電池管理研究[D].浙江大學(xué)，2017.

[3]李岳.基于風(fēng)光儲(chǔ)混合供電系統(tǒng)的輸出功率控制研究[D].北京交通大學(xué)，2017.