關于風能與太陽能光伏互補發電應用及其優化的研究

摘要：風能與太陽能的應用，能夠為電網提供合理補充，確保電網供電穩定性。本文以互補發電應用作為研究對象，研究了風能發電原理和太陽能發電原理，對互補發電優勢進行了探討。通過理論依據分析、構建經濟模型，研究了太陽能與風能光伏互補發電應用價值，注重對發電系統進行優化，以期為行業有關人員提供一定參考。

關鍵詞：風能;太陽能;光伏互補發電;優化

一、風能與太陽能光伏互補系統及發電原理

（一）風能發電原理

風力發電的原理是利用風力推動風車葉片旋轉，并與增速設備配合，使得旋轉速度加快，以此帶動發電機發電。根據發電機運行方式不同，可具體分為恒速恒頻發電與變速恒頻發電兩種。在利用風能發電時，可在發電系統中設計旋風發電裝置，以此提高風能系數。通過人為創造恒定風力發電環境，也能夠降低風能利用中的離散性與不可控因素[1]。

（二）太陽能發電原理

太陽能系統的核心是電池板，當陽光照射在太陽能電池板上時，電池組會吸收光能，出現光生電子-空穴電子對。通過電池內建電場作用，使得光生電子與空穴被分離出來，此時光電子的兩端會出現明顯的異號電荷積累情況，并產生“電壓”，這一現象也被稱為“光生伏打效應”。通過太陽能電池板內部材料的光生伏打效應，可將太陽輻射的能量轉化為電能，是目前應用的新型發電技術。

二、風能與太陽能光伏互補發電應用及優化

（一）理論依據

電力系統可靠運行十分關鍵，通過互補發電系統，能夠保證穩定的電力能源供應，增加風能與太陽能在整體發展體系中的占比。基于光伏互補發電應用，能夠通過合理開機、停機、以適應電網負荷，并且為電網系統提供了備用容量，以降低電力網損，使得電力系統運行更加安全、可靠。

實際應用中，考慮到電力系統負荷處于不斷變化趨勢中，存在較為明顯的高峰負荷與低谷負荷。在高峰負荷階段，通過風能與太陽能光伏電池的投入運行，滿足實際用電需求。由于不同組合方式之間轉移會出現附加費用，如裝置啟動費用、系統維護費用，因此，在互補發電系統運行期間，不能根據某一時刻的負荷水平，確定機組的組合方式，而是需要將全天運行的整體狀況作為參考依據，對風能、太陽能光伏互補機組的運行與停機時間進行確認。

（二）經濟模型

基于上述理論分析，在充分考慮互補系統特點后，構建了促使系統應用優化的經濟模型。模型創建中，以全天作為研究周期，引入了互補系統整體運行費用最小的適應度函數，函數表達式如下：

函數表達式中，Xi表示風力發電機組、光伏序列、蓄電池等裝置設備的實際輸出功率;C1（Xi）是發電成本;C2（xi）為風力發電機組、光伏列陣、蓄電池在運行中需要投入的維護成本;yi表示上述裝置與設備的額定輸出功率。C3（yi）為互補系統中設備待機時的成本支出;m則為運行設備數量;n表示系統中設備總量。

本文研究的風能、光能互補發電系統中，有2臺風力風電機組，分別是75kW、45kW;30kW光伏陣列;80kW·h蓄電池。在具體應用環節，相關人員考慮了某一天內地區內用電負荷情況，并在光照條件與風速均滿足要求的條件下，開展了為期14天的采樣分析，并使用運行費用最小適應度函數求解發電成本。采樣數據及優化前后的成本比較，如表1所示：

參考上表，在滿足負荷要求的情況下，應對每個時刻的發電成本進行優化，使得風能與太陽能互補發電效益提升。

（三）結果分析

現階段，國內外學者對風光互補發電的研究主要集中在靜態結構中，通過底層發電、蓄能設備配置和系統仿真等多種方法，使得風能、光能互補系統進一步發展。本文研究結果表明，光伏互補發電系統能夠提高經濟效益、解決電力供應不足問題。但是，考慮到互補系統運行成本，為促使其成為具有競爭力的清潔能源，需要在以下方面作出優化[2]。

一是做好風能與太陽能的勘測統計工作，為風光互補發電系統構建提供真實可靠的數據支持。二是利用最新技術，更新互補發電系統的蓄能方式和發電裝置，對相關的發電資源進行合理配置，最大程度降低運行和維護費用。三是建設分布式風光互補發電場，確保風能、太陽能互補發電方式獨立運行與并網運行有機結合，為可再生能源的充分開發提供支持。

結束語：風能光伏互補發電應用后，可彌補風能、太陽能發電存在的缺點，降低發電成本，并為電網系統提供更加穩定、清潔的電力能源。本文在綜合分析風能發電原理、太陽能發電原理、互補系統實際應用的情況下，對系統優化的理論依據、經濟模型進行了研究，并提出了未來研究發展方向，為提高電網運行效率作出了較大貢獻。

參考文獻

[1]郭蘇，何意，蔣川，等.風電-光伏-儲熱聯合發電系統的多目標容量優化[J].太陽能學報，2020，41（11）：10.

[2]崔楊，楊志文，張節潭，等.計及綜合成本的風電-光伏-光熱聯合出力調度策略[J].高電壓技術，2019，45（1）：7.

作者簡介：李學佳（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