关于风能与太阳能光伏互补发电应用及其优化的研究

摘要：风能与太阳能的应用，能够为电网提供合理补充，确保电网供电稳定性。本文以互补发电应用作为研究对象，研究了风能发电原理和太阳能发电原理，对互补发电优势进行了探讨。通过理论依据分析、构建经济模型，研究了太阳能与风能光伏互补发电应用价值，注重对发电系统进行优化，以期为行业有关人员提供一定参考。

关键词：风能;太阳能;光伏互补发电;优化

一、风能与太阳能光伏互补系统及发电原理

（一）风能发电原理

风力发电的原理是利用风力推动风车叶片旋转，并与增速设备配合，使得旋转速度加快，以此带动发电机发电。根据发电机运行方式不同，可具体分为恒速恒频发电与变速恒频发电两种。在利用风能发电时，可在发电系统中设计旋风发电装置，以此提高风能系数。通过人为创造恒定风力发电环境，也能够降低风能利用中的离散性与不可控因素[1]。

（二）太阳能发电原理

太阳能系统的核心是电池板，当阳光照射在太阳能电池板上时，电池组会吸收光能，出现光生电子-空穴电子对。通过电池内建电场作用，使得光生电子与空穴被分离出来，此时光电子的两端会出现明显的异号电荷积累情况，并产生“电压”，这一现象也被称为“光生伏打效应”。通过太阳能电池板内部材料的光生伏打效应，可将太阳辐射的能量转化为电能，是目前应用的新型发电技术。

二、风能与太阳能光伏互补发电应用及优化

（一）理论依据

电力系统可靠运行十分关键，通过互补发电系统，能够保证稳定的电力能源供应，增加风能与太阳能在整体发展体系中的占比。基于光伏互补发电应用，能够通过合理开机、停机、以适应电网负荷，并且为电网系统提供了备用容量，以降低电力网损，使得电力系统运行更加安全、可靠。

实际应用中，考虑到电力系统负荷处于不断变化趋势中，存在较为明显的高峰负荷与低谷负荷。在高峰负荷阶段，通过风能与太阳能光伏电池的投入运行，满足实际用电需求。由于不同組合方式之间转移会出现附加费用，如装置启动费用、系统维护费用，因此，在互补发电系统运行期间，不能根据某一时刻的负荷水平，确定机组的组合方式，而是需要将全天运行的整体状况作为参考依据，对风能、太阳能光伏互补机组的运行与停机时间进行确认。

（二）经济模型

基于上述理论分析，在充分考虑互补系统特点后，构建了促使系统应用优化的经济模型。模型创建中，以全天作为研究周期，引入了互补系统整体运行费用最小的适应度函数，函数表达式如下：

函数表达式中，Xi表示风力发电机组、光伏序列、蓄电池等装置设备的实际输出功率;C1（Xi）是发电成本;C2（xi）为风力发电机组、光伏列阵、蓄电池在运行中需要投入的维护成本;yi表示上述装置与设备的额定输出功率。C3（yi）为互补系统中设备待机时的成本支出;m则为运行设备数量;n表示系统中设备总量。

本文研究的风能、光能互补发电系统中，有2台风力风电机组，分别是75kW、45kW;30kW光伏阵列;80kW·h蓄电池。在具体应用环节，相关人员考虑了某一天内地区内用电负荷情况，并在光照条件与风速均满足要求的条件下，开展了为期14天的采样分析，并使用运行费用最小适应度函数求解发电成本。采样数据及优化前后的成本比较，如表1所示：

参考上表，在满足负荷要求的情况下，应对每个时刻的发电成本进行优化，使得风能与太阳能互补发电效益提升。

（三）结果分析

现阶段，国内外学者对风光互补发电的研究主要集中在静态结构中，通过底层发电、蓄能设备配置和系统仿真等多种方法，使得风能、光能互补系统进一步发展。本文研究结果表明，光伏互补发电系统能够提高经济效益、解决电力供应不足问题。但是，考虑到互补系统运行成本，为促使其成为具有竞争力的清洁能源，需要在以下方面作出优化[2]。

一是做好风能与太阳能的勘测统计工作，为风光互补发电系统构建提供真实可靠的数据支持。二是利用最新技术，更新互补发电系统的蓄能方式和发电装置，对相关的发电资源进行合理配置，最大程度降低运行和维护费用。三是建设分布式风光互补发电场，确保风能、太阳能互补发电方式独立运行与并网运行有机结合，为可再生能源的充分开发提供支持。

结束语：风能光伏互补发电应用后，可弥补风能、太阳能发电存在的缺点，降低发电成本，并为电网系统提供更加稳定、清洁的电力能源。本文在综合分析风能发电原理、太阳能发电原理、互补系统实际应用的情况下，对系统优化的理论依据、经济模型进行了研究，并提出了未来研究发展方向，为提高电网运行效率作出了较大贡献。

参考文献

[1]郭苏，何意，蒋川，等.风电-光伏-储热联合发电系统的多目标容量优化[J].太阳能学报，2020，41（11）：10.

[2]崔杨，杨志文，张节潭，等.计及综合成本的风电-光伏-光热联合出力调度策略[J].高电压技术，2019，45（1）：7.

作者简介：李学佳（1986.7—），男，汉族，北京人，硕士研究生，工程师，研究方向：新能源开发