風(fēng)光儲(chǔ)最佳容量配比的研究

摘 要：本文通過分析風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電對電網(wǎng)造成的不利影響，提出了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的概念，并闡述該系統(tǒng)的原理與特點(diǎn)。之后，給出了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的最佳容量配比算法，并通過工程實(shí)例對該算法進(jìn)行了驗(yàn)證。通過對風(fēng)光儲(chǔ)容量配比的計(jì)算分析，可以合理的確定風(fēng)電單元，光伏單元，儲(chǔ)能單元三者之間的最佳容量配比，從而有效的提高該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng);最佳容量;配比分析

中圖分類號(hào)：TK81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 緒論

由于風(fēng)能和光能波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，風(fēng)、光獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)很難提供連續(xù)穩(wěn)定的能量輸出，[1]因此，大規(guī)模建設(shè)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行勢必會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。[2]如果在風(fēng)、光互補(bǔ)的基礎(chǔ)上加入儲(chǔ)能裝置組成風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，就可以充分利用風(fēng)能和光能在時(shí)間及地域上的天然互補(bǔ)性，[3]同時(shí)配合儲(chǔ)能系統(tǒng)對電能的存儲(chǔ)和釋放，改善整個(gè)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，緩解風(fēng)電、光電等可再生能源的間歇性和波動(dòng)性與電力系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)平衡之間的矛盾，降低其對電網(wǎng)的不利影響。[4]

2 風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組成

風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)由以下各部分組成：風(fēng)力發(fā)電單元，光伏發(fā)電單元，能量儲(chǔ)存單元。

風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)為夜間發(fā)電量較高，白天發(fā)電量較低，光伏發(fā)電的特點(diǎn)是只有白天發(fā)電，因而，這兩種形式的能源具有一定的互補(bǔ)性。同時(shí)，在加入了儲(chǔ)能單元后，使輸出更為穩(wěn)定，更為可靠。

風(fēng)能和光伏發(fā)電方法在能量收集方面相互補(bǔ)充，具有各自的特點(diǎn)。風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電可以有效提高風(fēng)電和光伏發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性。

風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用可以使不穩(wěn)定的能源變成穩(wěn)定的具有較高價(jià)值的產(chǎn)品，增加電網(wǎng)對可再生能源的吸收接納程度，[5]同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)作為較穩(wěn)定的能源輸出形式，相較于單一形式的新能源，對電網(wǎng)是更優(yōu)的選擇。

3 風(fēng)光儲(chǔ)容量配比的研究

3.1 風(fēng)光儲(chǔ)容量配比的計(jì)算方法

3.1.1 確定基礎(chǔ)參數(shù)（風(fēng)電單元）

在計(jì)算風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)的配比容量時(shí)，應(yīng)以三種能源形式中的一種，作為確定性參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。考慮到三種能源形式中，通常以風(fēng)電容量為最大，因而，將風(fēng)電單元容量作為基礎(chǔ)參數(shù)，求解光伏和儲(chǔ)能容量。

3.1.2 計(jì)算直接輸出參數(shù)（光伏單元）

在基礎(chǔ)參量（風(fēng)電單元）確定后，對另一個(gè)直接輸出能源（光伏單元）的容量進(jìn)行計(jì)算：

由風(fēng)速和輻射變化情況及風(fēng)機(jī)和光伏組件逐時(shí)輸出曲線，采用目標(biāo)求解的方式，計(jì)算風(fēng)電機(jī)組及光伏組件的全年輸出總功率，其中，求解目標(biāo)為總功率的標(biāo)準(zhǔn)差為最小值，計(jì)算公式如下：

上式中：

Pa為全年輸出總功率;

P1為單機(jī)風(fēng)電機(jī)組容量（確定值）;

P2為單個(gè)光伏組件容量（確定值）;

m為風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)（確定值）;

n為光伏組件塊數(shù)（求解值）。

通過牛頓迭代算法，以總功率標(biāo)準(zhǔn)差作為最小值求解目標(biāo)，可得出n的最優(yōu)值。

由此，可得出以風(fēng)電容量（P1×m）為基礎(chǔ)的最佳光伏配比容量（P2×n）。

3.1.3 求解儲(chǔ)能單元容量參數(shù)

在計(jì)算得到確定的風(fēng)光容量后，將風(fēng)光容量進(jìn)行疊加，之后再進(jìn)行平滑處理，處理后的運(yùn)算值與原始疊加值的差值，即為儲(chǔ)能容量參數(shù)，具體公式如下：

Pt=Pi-（Pw+Ps）

Pt為儲(chǔ)能容量;

Pw為風(fēng)電容量;

Ps為光伏容量;

Pi為平滑處理后風(fēng)電光伏總?cè)萘?

曲線符合正態(tài)分布，考慮置信區(qū)間為90%或95%，可最終確定儲(chǔ)能容量參數(shù)。

3.2 實(shí)例分析

以某風(fēng)電場為例，對上述風(fēng)光儲(chǔ)容量配比計(jì)算進(jìn)行實(shí)例分析。

該地區(qū)70m高度代表年年平均風(fēng)功率密度為469.3W/m2，區(qū)域年太陽輻射量可達(dá)4914.08MJ/m2。

由風(fēng)速和輻射變化情況及風(fēng)機(jī)和光伏組件逐時(shí)輸出曲線，采用目標(biāo)求解的方式，計(jì)算風(fēng)電機(jī)組及光伏組件的全年輸出總功率。

首先確定風(fēng)機(jī)參數(shù)容量為3MW，即P1=3MW，設(shè)定m=1，P2=310W，以Pa的標(biāo)準(zhǔn)差最小為目標(biāo)，求得n=831，取整為830，因而，光伏容量參數(shù)為0.2573MW。

將風(fēng)光容量進(jìn)行疊加，之后再進(jìn)行平滑處理，考慮置信區(qū)間為90%或95%，可得儲(chǔ)能容量為0.5639MW和0.6607MW，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性，取置信區(qū)間為90%的計(jì)算結(jié)果。

最終配比參數(shù)如下：

風(fēng)電：光伏：儲(chǔ)能=3MW：0.2573MW：0.6607MW。

4 結(jié)論

風(fēng)光儲(chǔ)能系統(tǒng)是綜合利用風(fēng)能、光能、儲(chǔ)能裝置的電站系統(tǒng)，可以避免單一不穩(wěn)定能源對電網(wǎng)的不利影響，整個(gè)系統(tǒng)作為較穩(wěn)定的能源輸出形式，相較于單一形式的新能源，對電網(wǎng)是更優(yōu)的選擇。

通過對風(fēng)光儲(chǔ)容量配比的計(jì)算分析，可以合理的確定風(fēng)電，光伏，儲(chǔ)能單元三者間的容量，為該系統(tǒng)提供更充分的理論依據(jù)，提高該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型與實(shí)用性，滿足此類項(xiàng)目的平穩(wěn)處理要求，提升不穩(wěn)定能源點(diǎn)對電網(wǎng)較好的接入需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳翔.我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（44）：225.

[2]王宗瑞，李昔真，蘇則立.中國風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].節(jié)能，2017，36（08）：4-7+2.

[3]楊軍峰，鄭曉雨，惠東，楊水麗，羅衛(wèi)華，禮曉飛.儲(chǔ)能技術(shù)在送端電網(wǎng)中促進(jìn)新能源消納的容量需求分析[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2018，7（04）：698-704.

[4]余寅，唐宏德，郭家寶.風(fēng)光儲(chǔ)一體化發(fā)電應(yīng)用展望[J].華東電力，2010，38（12）：1891-1893.

[5]劉波，郭家寶，袁智強(qiáng)，陳文升，唐勇俊.風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)調(diào)度策略研究[J].華東電力，2010，38（12）：1897-1899.

作者簡介：楊曉峰（1984-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，本科，中級(jí)工程師，畢業(yè)于華北電力大學(xué)，研究方向：新能源及通信。