關(guān)于風(fēng)能與太陽(yáng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用及其優(yōu)化的研究

摘要：風(fēng)能與太陽(yáng)能的應(yīng)用，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供合理補(bǔ)充，確保電網(wǎng)供電穩(wěn)定性。本文以互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用作為研究對(duì)象，研究了風(fēng)能發(fā)電原理和太陽(yáng)能發(fā)電原理，對(duì)互補(bǔ)發(fā)電優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了探討。通過(guò)理論依據(jù)分析、構(gòu)建經(jīng)濟(jì)模型，研究了太陽(yáng)能與風(fēng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用價(jià)值，注重對(duì)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以期為行業(yè)有關(guān)人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能;太陽(yáng)能;光伏互補(bǔ)發(fā)電;優(yōu)化

一、風(fēng)能與太陽(yáng)能光伏互補(bǔ)系統(tǒng)及發(fā)電原理

（一）風(fēng)能發(fā)電原理

風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)力推動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，并與增速設(shè)備配合，使得旋轉(zhuǎn)速度加快，以此帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式不同，可具體分為恒速恒頻發(fā)電與變速恒頻發(fā)電兩種。在利用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，可在發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)計(jì)旋風(fēng)發(fā)電裝置，以此提高風(fēng)能系數(shù)。通過(guò)人為創(chuàng)造恒定風(fēng)力發(fā)電環(huán)境，也能夠降低風(fēng)能利用中的離散性與不可控因素[1]。

（二）太陽(yáng)能發(fā)電原理

太陽(yáng)能系統(tǒng)的核心是電池板，當(dāng)陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池板上時(shí)，電池組會(huì)吸收光能，出現(xiàn)光生電子-空穴電子對(duì)。通過(guò)電池內(nèi)建電場(chǎng)作用，使得光生電子與空穴被分離出來(lái)，此時(shí)光電子的兩端會(huì)出現(xiàn)明顯的異號(hào)電荷積累情況，并產(chǎn)生“電壓”，這一現(xiàn)象也被稱為“光生伏打效應(yīng)”。通過(guò)太陽(yáng)能電池板內(nèi)部材料的光生伏打效應(yīng)，可將太陽(yáng)輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能，是目前應(yīng)用的新型發(fā)電技術(shù)。

二、風(fēng)能與太陽(yáng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用及優(yōu)化

（一）理論依據(jù)

電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行十分關(guān)鍵，通過(guò)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，能夠保證穩(wěn)定的電力能源供應(yīng)，增加風(fēng)能與太陽(yáng)能在整體發(fā)展體系中的占比?；诠夥パa(bǔ)發(fā)電應(yīng)用，能夠通過(guò)合理開機(jī)、停機(jī)、以適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷，并且為電網(wǎng)系統(tǒng)提供了備用容量，以降低電力網(wǎng)損，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行更加安全、可靠。

實(shí)際應(yīng)用中，考慮到電力系統(tǒng)負(fù)荷處于不斷變化趨勢(shì)中，存在較為明顯的高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷。在高峰負(fù)荷階段，通過(guò)風(fēng)能與太陽(yáng)能光伏電池的投入運(yùn)行，滿足實(shí)際用電需求。由于不同組合方式之間轉(zhuǎn)移會(huì)出現(xiàn)附加費(fèi)用，如裝置啟動(dòng)費(fèi)用、系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用，因此，在互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行期間，不能根據(jù)某一時(shí)刻的負(fù)荷水平，確定機(jī)組的組合方式，而是需要將全天運(yùn)行的整體狀況作為參考依據(jù)，對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能光伏互補(bǔ)機(jī)組的運(yùn)行與停機(jī)時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)。

（二）經(jīng)濟(jì)模型

基于上述理論分析，在充分考慮互補(bǔ)系統(tǒng)特點(diǎn)后，構(gòu)建了促使系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)模型。模型創(chuàng)建中，以全天作為研究周期，引入了互補(bǔ)系統(tǒng)整體運(yùn)行費(fèi)用最小的適應(yīng)度函數(shù)，函數(shù)表達(dá)式如下：

函數(shù)表達(dá)式中，Xi表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏序列、蓄電池等裝置設(shè)備的實(shí)際輸出功率;C1（Xi）是發(fā)電成本;C2（xi）為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏列陣、蓄電池在運(yùn)行中需要投入的維護(hù)成本;yi表示上述裝置與設(shè)備的額定輸出功率。C3（yi）為互補(bǔ)系統(tǒng)中設(shè)備待機(jī)時(shí)的成本支出;m則為運(yùn)行設(shè)備數(shù)量;n表示系統(tǒng)中設(shè)備總量。

本文研究的風(fēng)能、光能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，有2臺(tái)風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組，分別是75kW、45kW;30kW光伏陣列;80kW·h蓄電池。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，相關(guān)人員考慮了某一天內(nèi)地區(qū)內(nèi)用電負(fù)荷情況，并在光照條件與風(fēng)速均滿足要求的條件下，開展了為期14天的采樣分析，并使用運(yùn)行費(fèi)用最小適應(yīng)度函數(shù)求解發(fā)電成本。采樣數(shù)據(jù)及優(yōu)化前后的成本比較，如表1所示：

參考上表，在滿足負(fù)荷要求的情況下，應(yīng)對(duì)每個(gè)時(shí)刻的發(fā)電成本進(jìn)行優(yōu)化，使得風(fēng)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電效益提升。

（三）結(jié)果分析

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的研究主要集中在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)底層發(fā)電、蓄能設(shè)備配置和系統(tǒng)仿真等多種方法，使得風(fēng)能、光能互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展。本文研究結(jié)果表明，光伏互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)能夠提高經(jīng)濟(jì)效益、解決電力供應(yīng)不足問(wèn)題。但是，考慮到互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行成本，為促使其成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的清潔能源，需要在以下方面作出優(yōu)化[2]。

一是做好風(fēng)能與太陽(yáng)能的勘測(cè)統(tǒng)計(jì)工作，為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。二是利用最新技術(shù)，更新互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的蓄能方式和發(fā)電裝置，對(duì)相關(guān)的發(fā)電資源進(jìn)行合理配置，最大程度降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。三是建設(shè)分布式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電場(chǎng)，確保風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電方式獨(dú)立運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行有機(jī)結(jié)合，為可再生能源的充分開發(fā)提供支持。

結(jié)束語(yǔ)：風(fēng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用后，可彌補(bǔ)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電存在的缺點(diǎn)，降低發(fā)電成本，并為電網(wǎng)系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定、清潔的電力能源。本文在綜合分析風(fēng)能發(fā)電原理、太陽(yáng)能發(fā)電原理、互補(bǔ)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的情況下，對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化的理論依據(jù)、經(jīng)濟(jì)模型進(jìn)行了研究，并提出了未來(lái)研究發(fā)展方向，為提高電網(wǎng)運(yùn)行效率作出了較大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭蘇，何意，蔣川，等.風(fēng)電-光伏-儲(chǔ)熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的多目標(biāo)容量?jī)?yōu)化[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2020，41（11）：10.

[2]崔楊，楊志文，張節(jié)潭，等.計(jì)及綜合成本的風(fēng)電-光伏-光熱聯(lián)合出力調(diào)度策略[J].高電壓技術(shù)，2019，45（1）：7.

作者簡(jiǎn)介：李學(xué)佳（1986.7—），男，漢族，北京人，碩士研究生，工程師，研究方向：新能源開發(fā)