風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電最優(yōu)組合研究

邵泰衡 麻常輝 王坦坦 萬(wàn)德超

摘 要：我國(guó)電力生產(chǎn)增長(zhǎng)主要由煤炭供應(yīng)，由于煤炭燃燒導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，所以使用可替代的能源已經(jīng)成為我國(guó)能源政策的重要組成部分。研究表明，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電相結(jié)合，將大大減少電能的生產(chǎn)過(guò)剩，同時(shí)增加電力系統(tǒng)的容量。高達(dá)70%的VRE（Variable Renewable Energy sources，VRE）中有20%-30%光伏形式（Photovoltaic，PV）的太陽(yáng)能發(fā)電，當(dāng)電力系統(tǒng)具有適度儲(chǔ)能要求時(shí)，可以將其產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)到電力系統(tǒng)，從而提高能源利用效率。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能；太陽(yáng)能；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.143

1 引言

隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前最具發(fā)展前景的是風(fēng)能和太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電。研究表明，將光伏發(fā)電作為風(fēng)能發(fā)電的補(bǔ)充是有利的且滿足靈活性要求。使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電成本處于較低水平，最大限度地減少時(shí)間段內(nèi)的過(guò)量供應(yīng)，降低常規(guī)能源的年發(fā)電量是本文研究的主要內(nèi)容。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2 構(gòu)建剩余負(fù)荷的情景

本章描述了用于構(gòu)建剩余負(fù)荷的方法。首先，我們介紹用于驅(qū)動(dòng)生成模式的數(shù)據(jù)集，然后估計(jì)可用資源潛力。

2.1 剩余負(fù)荷

我們考慮的是剩余負(fù)荷，它被定義為需求減去風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電量。根據(jù)可再生能源的百分比（見(jiàn)公式（1））和可再生能源中光伏的百分比（見(jiàn)公式（2））來(lái)計(jì)算剩余負(fù)荷。

其中是每小時(shí)平均輸出功率，它等于時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，D是年度電能需求量。

2.2 區(qū)域內(nèi)的風(fēng)能和光伏發(fā)電潛力

由于每個(gè)地區(qū)的潛力有限，計(jì)算必須迭代進(jìn)行。第一次所有代都按照因子（3）式分配。該過(guò)程迭代執(zhí)行，直到該場(chǎng)景所需的所有發(fā)電都被放置在區(qū)域中；對(duì)區(qū)域光伏潛力應(yīng)用相同的方法。

3 容量信用

容量信用作為可再生能源積極作用的衡量標(biāo)準(zhǔn)，必須仔細(xì)考慮。較高的容量信用對(duì)電力系統(tǒng)成本有積極影響。例如一個(gè)系統(tǒng)，其電能供應(yīng)完全由風(fēng)電產(chǎn)生，將具有約250GW的容量信用?？紤]到風(fēng)能和光伏并用時(shí)，只有50%可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的容量可以達(dá)到同樣的額度，這表明當(dāng)實(shí)現(xiàn)高容量信用時(shí)，風(fēng)能和光伏發(fā)電的組合很重要，可得出以下結(jié)論：

（1）較低的VRE滲透值（較低的）以及較高的PV百分比（較高的）對(duì)系統(tǒng)有利。這可以通過(guò)光伏發(fā)電與中午減少峰值負(fù)荷減少的相關(guān)性來(lái)解釋。

（2）該情況隨著系統(tǒng)中VRE的百分比變化而變化。剩下的高峰期不再是中午，而是在光伏發(fā)電低且需求上漲的傍晚。

4 存儲(chǔ)要求

我們分析的重要標(biāo)準(zhǔn)是所需的存儲(chǔ)容量。 假設(shè)無(wú)損存儲(chǔ)，所需存儲(chǔ)容量的結(jié)果可通過(guò)損失系數(shù)進(jìn)行縮放。每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的儲(chǔ)存水平可用一年中每小時(shí)的剩余負(fù)荷來(lái)表示：

當(dāng)VRE超過(guò)100%時(shí)，（剩余負(fù)荷）的平均值低于零，這導(dǎo)致存儲(chǔ)水平呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)?shù)钠骄禐檎龝r(shí)，存儲(chǔ)水平呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，我們修改方法并通過(guò)以下公式制定所需的儲(chǔ)存庫(kù)容量：

從VRE中完全集成所有能源可能效率不高，因此我們?cè)试S5%的風(fēng)能或光伏發(fā)電被削減（或用于其他用途），我們認(rèn)為這種情況是比較現(xiàn)實(shí)的。

5 結(jié)論

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電最優(yōu)組合取決于其裝機(jī)組合的份額。最佳的存儲(chǔ)方案是系統(tǒng)幾乎完全由太陽(yáng)能供電，這可以用風(fēng)的強(qiáng)勁季節(jié)性影響來(lái)解釋。關(guān)于容量信用和剩余負(fù)荷，PV的最佳份額僅為20%。因此給系統(tǒng)規(guī)劃者提供一個(gè)建議：如果系統(tǒng)中有熱能供電，那么一個(gè)主要由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供約20%～30%的光伏發(fā)電是最好的解決方案。

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