摘要：風能與太陽能的應用，能夠為電網(wǎng)提供合理補充，確保電網(wǎng)供電穩(wěn)定性。本文以互補發(fā)電應用作為研究對象，研究了風能發(fā)電原理和太陽能發(fā)電原理，對互補發(fā)電優(yōu)勢進行了探討。通過理論依據(jù)分析、構(gòu)建經(jīng)濟模型，研究了太陽能與風能光伏互補發(fā)電應用價值，注重對發(fā)電系統(tǒng)進行優(yōu)化，以期為行業(yè)有關(guān)人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：風能;太陽能;光伏互補發(fā)電;優(yōu)化

一、風能與太陽能光伏互補系統(tǒng)及發(fā)電原理

（一）風能發(fā)電原理

風力發(fā)電的原理是利用風力推動風車葉片旋轉(zhuǎn)，并與增速設(shè)備配合，使得旋轉(zhuǎn)速度加快，以此帶動發(fā)電機發(fā)電。根據(jù)發(fā)電機運行方式不同，可具體分為恒速恒頻發(fā)電與變速恒頻發(fā)電兩種。在利用風能發(fā)電時，可在發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)計旋風發(fā)電裝置，以此提高風能系數(shù)。通過人為創(chuàng)造恒定風力發(fā)電環(huán)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(fā)電原理

太陽能系統(tǒng)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(xiàn)光生電子-空穴電子對。通過電池內(nèi)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(xiàn)明顯的異號電荷積累情況，并產(chǎn)生“電壓”，這一現(xiàn)象也被稱為“光生伏打效應”。通過太陽能電池板內(nèi)部材料的光生伏打效應，可將太陽輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能，是目前應用的新型發(fā)電技術(shù)。

二、風能與太陽能光伏互補發(fā)電應用及優(yōu)化

（一）理論依據(jù)

電力系統(tǒng)可靠運行十分關(guān)鍵，通過互補發(fā)電系統(tǒng)，能夠保證穩(wěn)定的電力能源供應，增加風能與太陽能在整體發(fā)展體系中的占比?；诠夥パa發(fā)電應用，能夠通過合理開機、停機、以適應電網(wǎng)負荷，并且為電網(wǎng)系統(tǒng)提供了備用容量，以降低電力網(wǎng)損，使得電力系統(tǒng)運行更加安全、可靠。

實際應用中，考慮到電力系統(tǒng)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(zhuǎn)移會出現(xiàn)附加費用，如裝置啟動費用、系統(tǒng)維護費用，因此，在互補發(fā)電系統(tǒng)運行期間，不能根據(jù)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(jù)，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(jīng)濟模型

基于上述理論分析，在充分考慮互補系統(tǒng)特點后，構(gòu)建了促使系統(tǒng)應用優(yōu)化的經(jīng)濟模型。模型創(chuàng)建中，以全天作為研究周期，引入了互補系統(tǒng)整體運行費用最小的適應度函數(shù)，函數(shù)表達式如下：

函數(shù)表達式中，Xi表示風力發(fā)電機組、光伏序列、蓄電池等裝置設(shè)備的實際輸出功率;C1（Xi）是發(fā)電成本;C2（xi）為風力發(fā)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(shè)備的額定輸出功率。C3（yi）為互補系統(tǒng)中設(shè)備待機時的成本支出;m則為運行設(shè)備數(shù)量;n表示系統(tǒng)中設(shè)備總量。

本文研究的風能、光能互補發(fā)電系統(tǒng)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(huán)節(jié)，相關(guān)人員考慮了某一天內(nèi)地區(qū)內(nèi)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(shù)求解發(fā)電成本。采樣數(shù)據(jù)及優(yōu)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(fā)電成本進行優(yōu)化，使得風能與太陽能互補發(fā)電效益提升。

（三）結(jié)果分析

現(xiàn)階段，國內(nèi)外學者對風光互補發(fā)電的研究主要集中在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中，通過底層發(fā)電、蓄能設(shè)備配置和系統(tǒng)仿真等多種方法，使得風能、光能互補系統(tǒng)進一步發(fā)展。本文研究結(jié)果表明，光伏互補發(fā)電系統(tǒng)能夠提高經(jīng)濟效益、解決電力供應不足問題。但是，考慮到互補系統(tǒng)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(yōu)化[2]。

一是做好風能與太陽能的勘測統(tǒng)計工作，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建提供真實可靠的數(shù)據(jù)支持。二是利用最新技術(shù)，更新互補發(fā)電系統(tǒng)的蓄能方式和發(fā)電裝置，對相關(guān)的發(fā)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(shè)分布式風光互補發(fā)電場，確保風能、太陽能互補發(fā)電方式獨立運行與并網(wǎng)運行有機結(jié)合，為可再生能源的充分開發(fā)提供支持。

結(jié)束語：風能光伏互補發(fā)電應用后，可彌補風能、太陽能發(fā)電存在的缺點，降低發(fā)電成本，并為電網(wǎng)系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定、清潔的電力能源。本文在綜合分析風能發(fā)電原理、太陽能發(fā)電原理、互補系統(tǒng)實際應用的情況下，對系統(tǒng)優(yōu)化的理論依據(jù)、經(jīng)濟模型進行了研究，并提出了未來研究發(fā)展方向，為提高電網(wǎng)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(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的多目標容量優(yōu)化[J].太陽能學報，2020，41（11）：10.

[2]崔楊，楊志文，張節(jié)潭，等.計及綜合成本的風電-光伏-光熱聯(lián)合出力調(diào)度策略[J].高電壓技術(shù)，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(fā)