风-光-抽蓄复合发电系统的建模与优化研究的研究背景与意义

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：近年来,在世界能源结构中,人类所能利用的一次能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。随着化石能源的逐步消耗,能源危机是全国乃至全世界面临的问题,另外,环境污染等问题也迫在眉睫,迫使人们寻求新能源和可再生能源。地球上可利用的风能相当于可利用水力发电量的10倍。两者的变化趋势基本相反,可相互补充利用。因此,本书拟采用抽水蓄能对风光互补发电系统进行蓄能。

近年来,在世界能源结构中,人类所能利用的一次能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。化石能源的形成需要数万年甚至更长时间。经过人类数千年特别是近百年的消耗,这些化石能源已被消耗了相当比例。随着经济的发展、人口的增长和社会生活水平的提高,未来世界能源消耗量将持续增长,世界上的化石能源消耗终会达到极限。

随着化石能源的逐步消耗,能源危机是全国乃至全世界面临的问题,另外,环境污染等问题也迫在眉睫,迫使人们寻求新能源和可再生能源。1974年阿尔克斯[1](Von Arx w S)认为地球上可以利用的风能为106 MW；1984年普特南姆(Putnam)对全球风能储量进行了估算,认为大气总能量约为1014 MW,得到了世界气象组织的认可。地球上可利用的风能相当于可利用水力发电量的10倍。太阳是一个巨大无比的能源,它辐射到地球陆地表面的能量高达17×104亿kW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤,这个能量也相当于全世界一年消耗的各种能源所产生的总能量的3.5万多倍。风能和太阳能都是新能源和可再生能源,具有永久、环保、清洁等特点,因此,利用风能和太阳能建立发电站,可以很好地解决全球能源短缺、环境污染等问题。

风能和太阳能在利用时都受到气候、季节和地理条件等多种因素的影响。我国属于季风气候,一般冬半年干燥、风大,太阳辐射强度小；夏半年湿润、风小,太阳辐射强度大。另外,白天太阳辐射强度大、风小；晚上太阳辐射强度小,风大。两者的变化趋势基本相反,可相互补充利用。为适应风能、太阳能的变化规律,可利用风能和太阳能互补发电,以获得稳定可靠的电力。

在目前的风光互补系统中,一般采用蓄电池蓄能,但蓄电池寿命短、成本高、有污染,且不能大量储存电能。而抽水蓄能能够大量储存电能,且启动迅速、爬坡卸荷速度快、运行灵活可靠,既能削峰又可填谷,其快速转变的灵活性可弥补风力发电和太阳能发电的随机性和不均匀性,可为系统提供调峰填谷容量和调频、调相、紧急事故备用电源等,同时具有能量生产可靠和环保等优点。因此,本书拟采用抽水蓄能对风光互补发电系统进行蓄能。由于抽水蓄能机组的启动和停止需要一定的时间,在此时间段内,系统失电或者电能无法消耗,所以,系统配置一定量的蓄电池,不仅解决了上述问题,同时也可以平衡一定的系统能量。

基于以上分析,本书提出风—光—抽蓄复合发电系统,该系统利用风力发电机组将风能转换为电能,利用光伏电池将太阳能转换为电能,在负荷低谷期利用抽水蓄能电站抽水将多余电能储存起来,在负荷高峰期利用抽水蓄能电站发电,给用户提供稳定、优质的电能。

风—光—抽蓄复合发电系统能有效利用风能和太阳能等清洁、可再生能源,可用于风能资源和太阳能资源丰富、常规资源匮乏、缺乏电能的地区。例如,用于青海、西藏等偏远地区,能充分有效地利用当地丰富的风能、太阳能和水能资源,就地解决当地用电问题；在海岛上结合海水淡化,不仅能给海岛用户提供优质电能,而且能够提供淡水。

风-光-抽蓄复合发电系统的建模与优化研究的研究背景与意义

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