风能与太阳能光伏互补发电应用及其优化

风能与太阳能光伏互补发电应用及其优化

赵壮    ,杜健宁

 130406199303110646  河北省  邯郸市  056000

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摘要：为了更好地应对能源的可持续发展和供应稳定性的挑战，阳充分发挥风能和太阳能光伏的优势，实现互补发电，成为了一个备受研究和探索的领域。风能和太阳能光伏互补发电，是指将两种能源形式相结合，充分利用风能和太能光伏系统在不同时间和环境条件下的优势，以实现能源的平稳供应和稳定性增强。本文将探讨风能与太阳能光伏互补发电的应用及其优化方法。

关键词：风能; 太阳能; 光伏互补; 发电

引言：

随着能源需求的不断增长和对环境保护的迫切需求，风能与太阳能光伏互补发电作为可再生能源的代表，成为推动能源转型和可持续发展的重要方式。

一、风能与太阳能光伏互补发电应用原理

风能和太阳能光伏互补发电是将风能和太阳能光伏两种能源相结合，以平衡能源供应，提高发电效率和稳定性的一种发电方式。这种互补发电系统通常由风力发电和太阳能光伏发电系统相互补充组成。当风能和太阳能光伏发电系统同时运行时，风能和太阳能光伏两种能源可以相互补充，使系统的发电效率更高，同时在天气条件不佳或能源不足时，也能相互支持，保持系统的稳定性。具体的互补发电原理如下：

（一）互补供电

风能和太阳能光伏发电系统在不同的时间和天气条件下都能供电。例如，太阳能光伏主要在白天阳光充足时发电，而风能则可以在白天和夜晚发电，尤其在夜晚和阴雨天气时，风能发电系统仍能稳定运行，为系统提供能源。

（二）共享电网

风能和太阳能光伏系统可以通过共享电网实现能源的交流和调配。当太阳能光伏系统产生的电力超过负荷需求时，多余的电力可以通过电网输送到风能发电系统，用于风能发电的储能和供电；而当风能发电系统产生的电力超过负荷需求时，多余的电力则可以通过电网输送到太阳能光伏系统，用于太阳能发电的储能和供电。通过这种方式，风能和太阳能光伏系统可以相互补充，实现能源的最优化利用。

（三）储能系统

为了保证系统在夜晚或阴雨天气时仍能供电，互补发电系统通常配备储能系统。风能发电系统和太阳能光伏发电系统产生的多余电力会被储存在储能系统中，当系统需要供电时，可以从储能系统中提取电能，保持系统的稳定供电。

二、风能与太阳能光伏互补发电系统分类与结构

（一）并联型互补发电系统

在并联型互补发电系统中，风能发电系统和太阳能光伏发电系统通过并联的方式连接到同一个电网上，共享电网的能源。当任一系统发电时，多余的电力可以通过电网输送到另一系统，实现能源的互补。

（二）独立运行型互补发电系统

在独立运行型互补发电系统中，风能发电系统和太阳能光伏发电系统分别独立运行，各自连接到不同的电网或负载上。这种系统通常适用于偏远地区或岛屿等没有连接到主电网的地方。

（三）混合型互补发电系统

混合型互补发电系统将风能和太阳能光伏集成在一个系统中，通过智能控制和调节，根据天气和负荷需求，自动选择使用风能或太阳能光伏进行发电，以最大程度地提高系统的发电效率和稳定性[1]。

三、风能与太阳能光伏互补发电的优化策略

（一）技术优化策略

风能与太阳能光伏是两种能源形式，两者之间存在互补关系，通过技术优化可以实现更好的能源协调和利用。具体优化策略如下：

（1）储能技术的应用

风能和太阳能光伏发电的不稳定性是它们面临的主要挑战之一。风能发电受到风速波动的影响，而太阳能光伏发电则受到天气条件和日照强度的制约。为了克服这一问题，储能技术成为关键的解决方案。首先，利用电池储能技术可以将多余的风能和太阳能光伏发电的电力储存起来，形成电池能量储备。在风速低或光照不足的时候，储能系统可以释放储存的电能，为电网提供稳定的持续电力供应。其次，通过电解水将多余的电力转化为氢气，并将氢气储存起来。需要电力时，可以通过燃料电池将储存的氢气转化为电力。储氢技术的优势在于其高能量密度和长期储存的能力，可以为风能和太阳能光伏提供补充，形成全天候稳定供能系统。

（2）智能微网系统

建立智能微网系统是实现风能和太阳能光伏能源协调利用的重要手段。智能微网系统是一个小型的、自治的能源系统，将风能、太阳能光伏和传统能源系统相结合，通过智能化的能源调度和优化，提高整体能源利用效率。首先，智能微网系统通过实时监测风能和太阳能光伏发电的情况，以及能源需求，合理分配能源供应。根据用户需求和实际情况，智能系统可以灵活地调整能源分配，确保在任何时候都能够满足电力需求，同时尽可能减少能源浪费。其次，智能微网系统具有自治性，当传统能源系统出现故障或断电时，系统可以自动切换到风能和太阳能光伏发电供应，确保持续的电力供应，能源互补和备份功能可以提高电力供应的可靠性和稳定性。

（3）多能互补系统

在实现风能和太阳能光伏能源协调利用的过程中，多能互补系统是一个更加综合和全面的方案。将风能和太阳能光伏能源与其他可再生能源相结合，形成多能互补系统，可以进一步优化能源利用，减少能源浪费。首先，生物质能源是一种可再生能源，通过利用生物质资源进行发酵、气化或燃烧，可以产生热能或发电。将生物质能源与风能、太阳能光伏相结合，可以为系统提供稳定的基础负荷能源，平衡能源供应。其次，地热能源是地壳中储存的热能，通过地热发电技术可以将其转化为电力。在多能互补系统中，地热能源可以为风能和太阳能光伏提供补充，增加能源供应的可靠性

[2]。

（二）政策优化策略

  风能与太阳能光伏互补发电是可持续能源发展的重要方向，政策的制定与推动将在实现清洁能源转型中发挥关键作用。为此，政府部门应采取一系列措施，以激励投资、促进技术创新，并确保系统稳定性和可靠性。首先，政府可以通过制定补贴政策来鼓励企业和个人投资风能与太阳能光伏互补发电项目。逐步减少补贴比例有助于逼迫技术不断提升和成熟，同时降低了政府负担，吸引更多的资金投入到该领域，推动产业链发展和市场竞争力的提高，促进经济可持续增长。其次，政府应当建立健全风能与太阳能光伏并网政策，简化并加速接入程序，以消除项目接入电网的障碍。确保互补发电项目顺利接入电网，对于实现清洁能源的高效利用至关重要。此举还有助于平滑能源供应，提高电网的稳定性，为全社会提供可靠的电力保障。最后，政府在制定风能与太阳能光伏互补发电的技术和安全标准时，应充分考虑行业的发展需求和现实情况，规范行业的发展方向，引导技术研发和应用，提高系统的稳定性和可靠性。

（三）经济优化策略

   经济因素是风能与太阳能光伏互补发电实施过程中必须要考虑的关键因素，优化经济策略可以降低成本，提高投资回报率。首先，投资方方开展风能与太阳能光伏互补发电项目的成本效益分析，评估投资回报率和项目运营成本，为投资决策提供科学依据。其次，相关部门应设立专项基金，鼓励金融机构提供低息贷款和风险分担机制，降低企业投资门槛，吸引更多资金投入互补发电项目。最后，税务部门为风能与太阳能光伏互补发电企业提供税收优惠政策，减轻企业负担，提高项目盈利能力[3]。

四、结束语

风能与太阳能光伏互补发电作为可再生能源的重要组成部分，是未来能源发展的方向。通过技术、政策和经济优化策略的综合运用，可以实现能源的高效利用、稳定供应和经济可行，为全球可持续发展做出积极贡献。政府、企业和社会各界应共同努力，为风能与太阳能光伏互补发电的推广与应用创造更加良好的环境和条件。

参考文献:

[1] 姚金楠. 国家能源局：2017年弃光率6%，同比下降4.3个百分点；弃风电量和弃风率实现“双降”[EB/OL]. 中国能源报，(2018)

[2] 滕云，张铁岩，陈哲. 多能源互联系统优化运行与控制技术研究现状与前景展望[J]. 可再生能源，2018，36(3)：467-474.

[3] 张峻岭，殷建英，王文军. 鄂尔多斯新能源产业示范区的风光互补最优容量匹配[J]. 电力与能源，2019，32(3)：224-227.