可再生能源風能與太陽能互補發電系統分析

李佳

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?首先對風光互補發電系統的特性進行簡要分析，并在此基礎上對可再生風能與太陽能互補發電系統的優化策略進行論述。期望通過研究能夠對風光互補發電系統運行穩定性的提升有所幫助。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?風能;太陽能;風光互補發電系統

[中圖分類號] ?TM61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2018）26-0278-01

一、風光互補發電系統的特性

太陽能發電系統是利用光伏板進行發電，由于光伏板的能量輸出容易受到外界自然環境等因素的影響和限制，從而導致輸出的穩定性相對較差。在不同的光照強度及溫度下，光伏板的輸出特性均有所不同。而風力發電系統則是利用風力發電機進行發電，其輸出的穩定性主要取決于以下幾個因素：風速、空氣密度、能量轉換效率等。因光伏發電和風能發電在輸出功率方面都存在一定的不足，為彌補這種缺陷，可將兩者進行聯合，使其組成一個互補的發電系統，即風光互補發電系統。當風能與太陽能這兩種可再生能源疊加到一起后，能量的波動范圍會隨之大幅度減小，其總能量可以始終保持在一個比較穩定的范圍內，通過對備用容量的調節，可使發電系統保持穩定運行。從時間的角度上講，太陽光照僅僅會出現在日間，而風能則晝夜都有，白天風力較弱時，可以利用充足的太陽能進行發電，到了夜間，則可轉為風能發電，這樣一來，風光系統在時間上形成了互補，由此大幅度提升了系統的供電可靠性。

二、可再生風能與太陽能互補發電系統的優化策略

（一）系統結構

在對風能與太陽能互補發電系統進行優化設計的過程中，必須了解其結構。而控制策略的不同，互補發電系統的運行方式也有所差別。一個比較典型的風光互補發電系統是由以下幾個部分構成：太陽能、風能、蓄電池組、充電控制器、逆變器等。

1.風電機組。該機組可將自然界中的風能轉換為電能，具體的原理是通過風輪機帶動發電機進行發電。比較常用的風電機組有兩種形式，一種是水平軸，另一種是立軸，前者的風輪軸與地面之間是水平的，后者則是垂直的。垂直軸風電機在發電的過程中，基本不會受到風向的影響，由此使系統的結構得以簡化，并且發電機位于支架的底部，更加便于管理和維護。雖然垂直軸風電機的優點較多，但其不足之處也是顯而易見的，最為突出的一個缺陷是無法自行啟動。從運行經濟性的角度上講，水平軸風電機要優于垂直軸風電機。

2.太陽能電池陣列。當日光照射在太陽能電池上時，電池會對光照產生的熱能進行吸收，光生電子在電池內電場的作用下會產生分離現象，由此會形成異號電荷積累，這個過程就是光生電壓。在對太陽能電池陣列的輸出功率進行確定時，需要考慮的因素主要有以下幾個方面：光電轉換效率、太陽輻射量、電器設備的耗電量等。

3.蓄電池組。在風光互補發電系統中，蓄電池組是唯一的儲能裝置，其工作狀態以浮充為主，電能量要大于用電負載所需的電能量。目前，在風光互補發電系統中，比較常見的蓄電池有鉛蓄電池、鐵鎳蓄電池以及堿性蓄電池。當夜間、陰天或無風的天氣時，蓄電池組便會肩負起供電的任務，如果負載出現瞬時的脈沖功耗，可再生能源便無法滿足所需的電能供給要求，此時不足的部分則可由蓄電池組補充。

（二）運行控制策略

在風光互補發電系統運行的過程中，為提高其穩定性和可靠性，必須采取有效的方法和措施，對系統運行過程進行優化控制。對于風光互補發電系統而言，它的運行穩定與否，除了與容量有關之外，另一個重要的因素是運行策略的選擇。風光互補發電系統的運行策略較多，如在某些情況下，只需要對可以再生的能源進行利用，并將多余的能量存儲到蓄電池組當中，而當可再生能源無法滿足發電需要時，才會對柴油發電機進行啟用，使其來補足缺少的能量，或是用其滿足一些負載的用電需要。在有的運行策略中，只要柴油機啟動，就必須在運行一段時間后才能退出;還有的策略是蓄電池組放電達到某個特定的程度時，啟動柴油發電機進行供電。

對風光互補發電系統進行應用時，當安裝地點確定之后，便可通過不同的部件組合方式，對發電系統的具體容量進行合理確定，據此對該容量下的最優運行策略進行制定。在對風光發電系統的運行策略進行優化時，可選用迭代算法，通過計算結果，并結合相關的搜索方法，對部件的最佳組合方式和最優運行策略進行選擇和確定。當系統中部件的容量初始化后，可對不同組合方式下的系統壽命周期成本進行計算，以此為依據，找出最優的控制策略。

綜上所述，單一的可再生能源發電系統存在運行穩定不高的問題，為有效解決這一問題，可將風光系統聯合到一起，形成一個風光互補的發電系統。同時為提高該系統的運行穩定性，應對其運行過程進行有效控制。由此除了可以使供電可靠性得到保障之外，還能使運行成本獲得顯著降低。

參考文獻：

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