可再生能源风能与太阳能互补发电系统分析

李佳

[摘           要]  首先对风光互补发电系统的特性进行简要分析，并在此基础上对可再生风能与太阳能互补发电系统的优化策略进行论述。期望通过研究能够对风光互补发电系统运行稳定性的提升有所帮助。

[关    键   词]  风能;太阳能;风光互补发电系统

[中图分类号]  TM61                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2018）26-0278-01

一、风光互补发电系统的特性

太阳能发电系统是利用光伏板进行发电，由于光伏板的能量输出容易受到外界自然环境等因素的影响和限制，从而导致输出的稳定性相对较差。在不同的光照强度及温度下，光伏板的输出特性均有所不同。而风力发电系统则是利用风力发电机进行发电，其输出的稳定性主要取决于以下几个因素：风速、空气密度、能量转换效率等。因光伏发电和风能发电在输出功率方面都存在一定的不足，为弥补这种缺陷，可将两者进行联合，使其组成一个互补的发电系统，即风光互补发电系统。当风能与太阳能这两种可再生能源叠加到一起后，能量的波动范围会随之大幅度减小，其总能量可以始终保持在一个比较稳定的范围内，通过对备用容量的调节，可使发电系统保持稳定运行。从时间的角度上讲，太阳光照仅仅会出现在日间，而风能则昼夜都有，白天风力较弱时，可以利用充足的太阳能进行发电，到了夜间，则可转为风能发电，这样一来，风光系统在时间上形成了互补，由此大幅度提升了系统的供电可靠性。

二、可再生风能与太阳能互补发电系统的优化策略

（一）系统结构

在对风能与太阳能互补发电系统进行优化设计的过程中，必须了解其结构。而控制策略的不同，互补发电系统的运行方式也有所差别。一个比较典型的风光互补发电系统是由以下几个部分构成：太阳能、风能、蓄电池组、充电控制器、逆变器等。

1.风电机组。该机组可将自然界中的风能转换为电能，具体的原理是通过风轮机带动发电机进行发电。比较常用的风电机组有两种形式，一种是水平轴，另一种是立轴，前者的风轮轴与地面之间是水平的，后者则是垂直的。垂直轴风电机在发电的过程中，基本不会受到风向的影响，由此使系统的结构得以简化，并且发电机位于支架的底部，更加便于管理和维护。虽然垂直轴风电机的优点较多，但其不足之处也是显而易见的，最为突出的一个缺陷是无法自行启动。从运行经济性的角度上讲，水平轴风电机要优于垂直轴风电机。

2.太阳能电池阵列。当日光照射在太阳能电池上时，电池会对光照产生的热能进行吸收，光生电子在电池内电场的作用下会产生分离现象，由此会形成异号电荷积累，这个过程就是光生电压。在对太阳能电池阵列的输出功率进行确定时，需要考虑的因素主要有以下几个方面：光電转换效率、太阳辐射量、电器设备的耗电量等。

3.蓄电池组。在风光互补发电系统中，蓄电池组是唯一的储能装置，其工作状态以浮充为主，电能量要大于用电负载所需的电能量。目前，在风光互补发电系统中，比较常见的蓄电池有铅蓄电池、铁镍蓄电池以及碱性蓄电池。当夜间、阴天或无风的天气时，蓄电池组便会肩负起供电的任务，如果负载出现瞬时的脉冲功耗，可再生能源便无法满足所需的电能供给要求，此时不足的部分则可由蓄电池组补充。

（二）运行控制策略

在风光互补发电系统运行的过程中，为提高其稳定性和可靠性，必须采取有效的方法和措施，对系统运行过程进行优化控制。对于风光互补发电系统而言，它的运行稳定与否，除了与容量有关之外，另一个重要的因素是运行策略的选择。风光互补发电系统的运行策略较多，如在某些情况下，只需要对可以再生的能源进行利用，并将多余的能量存储到蓄电池组当中，而当可再生能源无法满足发电需要时，才会对柴油发电机进行启用，使其来补足缺少的能量，或是用其满足一些负载的用电需要。在有的运行策略中，只要柴油机启动，就必须在运行一段时间后才能退出;还有的策略是蓄电池组放电达到某个特定的程度时，启动柴油发电机进行供电。

对风光互补发电系统进行应用时，当安装地点确定之后，便可通过不同的部件组合方式，对发电系统的具体容量进行合理确定，据此对该容量下的最优运行策略进行制定。在对风光发电系统的运行策略进行优化时，可选用迭代算法，通过计算结果，并结合相关的搜索方法，对部件的最佳组合方式和最优运行策略进行选择和确定。当系统中部件的容量初始化后，可对不同组合方式下的系统寿命周期成本进行计算，以此为依据，找出最优的控制策略。

综上所述，单一的可再生能源发电系统存在运行稳定不高的问题，为有效解决这一问题，可将风光系统联合到一起，形成一个风光互补的发电系统。同时为提高该系统的运行稳定性，应对其运行过程进行有效控制。由此除了可以使供电可靠性得到保障之外，还能使运行成本获得显著降低。

参考文献：

[1]姜海苹.独立式风光储混合发电系统能量管理与输出功率协调控制[D].燕山大学，2016.

[2]董伟强.风光氢蓄混合发电系统的配置及其电池管理研究[D].浙江大学，2017.

[3]李岳.基于风光储混合供电系统的输出功率控制研究[D].北京交通大学，2017.