酒泉职业技术学院 王 莉

1 引言

当前，推动新能源发展已成为我国加速实现“碳中和”发展目标的关键。西北地区自然环境优越，能基于新能源发展实现对多能互补能源体系的构建，进一步提升西北地区对绿色能源、清洁能源有效利用率。进而，使西北地区新能源开发能更好适应绿色发展新环境。

2 西北地区新能源发电面临的问题

2013年7月国务院发布《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》（以下简称《意见》），《意见》明确提出远近结合，标本兼治；统筹兼顾，综合施策；市场为主，重点扶持；协调配合，形成合力思想基本原则。至此，西北地区多能互补新能源发电系统建设进入新纪元。从技术特点来看，多能互补新能源发电系统中的光伏发电、风力发电及光热发电，在有效实现平价并网供电的基础上，提升生态能源的有效利用率，加速西北地区清洁能源普及。通过光伏发电、风力发电及光热发电系统构建，西北地区克服地理条件因素，实现配电到户的电力资源供给，解决传统电网建设成本过高的问题。

在完善技术体系及产业体系的推动下，西北地区多能互补新能源发电系统的建设，充分满足西北地区用电需求。此外，我国西北地区全年日照时数一般在2000～3300h，对于光伏发电创造有利条件。同时，西北地区温带季风气候，全年平均风量相对较大，能为风力发电提供有力支撑。虽然从技术特征来看，风力发电、光伏发电、光热发电具有多种优势，但由于风力发电、光伏发电与光热发电具有一定的时效性，使其供电稳定性有所下降，在未能进行电力储能的情况下，无法保证电力能源的稳定供应。

3 多能互补发电系统的基本特点

3.1 独立性

多能互补新能源发电系统构建，是基于单一系统结构组合，实现对发电能源供给的统一协调。其中，单一系统的运行独立性，直接影响多能互补的新能源发电系统衔接的紧密性。部分地区采取混合式发电的供电策略，虽然具备多能互补的基本特点，但未能充分发挥新能源发电的主体优势，仍然存在一定的环境污染问题。所以，保持各个系统运行独立性，是其实现多系统衔接的重要基础。如在风能发电方面，部分风力发电机需要通过电力激活方能开展运转。西北地区电网的容量相对较少，在冬季阶段通常采用间歇性停机维护的管理策略。为更好实现风力发电系统的独立运行，需要充分做好后续蓄电管理的规划。从而，一方面解决风能发电非必要的能源消耗问题，另一方面为未来风力发电设备的正常运转提供光热能源保障。

3.2 稳定性

保证多能互补的新能源发电稳定性，同样是西北地区新能源发电系统建设的核心关键。部分新能源发电具有周期性、阶段性的基本特点。新能源发电应考虑不同时间节点各个系统发电效率，根据其发电总量及电力能源的有效利用率，调整多能互补的新能源发电系统能源配置。如光伏发电在西北地区多能互补新能源发电方面的运用，通常需要考虑夜间光照不足的问题，在晚间的用电高峰期，无法基于光伏发电实现电力能源的持续供给。运用多能互补进行发电能源的调配及结构优化，通过提升风能、生物质能、地热能发电的能效比，则可以有效解决多能互补新能源发电视角下，西北地区发电效率及供电稳定性。另外，多能互补的新能源发电系统建设，应注重采用智能化技术及大数据技术做好发电数据分析，根据数据信息变化、天气环境变化、发电能效比的波动等，优化多能互补的新能源发电策略，确保多能互补的新能源发电能适应西北地区特殊环境，降低人为干预的决策错误问题。

3.3 安全性

提升多能互补新能源发电的安全性，也是多能互补新能源发电系统构建的重中之重。新能源发电相比于传统发电模式，在电力能源提取及发电能源供给方面，需要考虑不同新能源发电形式的基本特点，根据新能源发电的基本需求，做好对电压、电流及电阻的控制，保证多能互补的新能源发电，能按照统一供电标准做好储能优化[1]。避免因电压、电流数据误差及兼容性问题，对多能互补的新能源发电形成安全隐患。另外，部分新能源发电存在安全隐患问题，同样需要得到充分重视。如西北地区光伏发电及地热能发电的安全防火问题，则需要在安全管理方面予以充分重视。相关企业不仅要针对光伏发电管理监控、设备管理维护及各流程风险管控做好规范，同时也要基于各类发电系统的基本特性，做好对安全管理问题的应急预案，尽可能降低安全因素对西北地区多能互补新能源发电的影响。

4 案例分析

4.1 设计方案

此次案例分析，以多能互补新能源的光伏发电作为基本参考。其中，光伏发电的设计方案确立，要根据多能互补系统要求，采用多阵列串联的方式进行设计。对于特殊环境下的光伏设备衔接，亦可采取阵列并联的方式进行设计。完成基础设备串联后，需要进行输出功率与电压稳定性测试，根据输出功率的不同，选择多个线路进行导线连接，而后运用变压器及转换器设备，将电压及输出功率设置为同一频率。光伏发电由于受到地理环境及天气环境的影响较为直接。所以，应在设计初期考虑光伏发电效能转化率问题，在保证输出功率稳定的情况下，采用单一光伏单元一体化衔接的设计方案，避免单一构件损坏或单一区域功率变化，对整体系统运行稳定性产生影响，最大限度提升多能互补的新能源光伏发电效率[2]。

图1 西北地区多能互补发电系统设计原理图

此外，针对风力发电系统的设计，则要考虑垂直轴风力发电电源与H型风力发电电机的适用性问题，在有效控制变电参数、配电参数的基础上，做好风力发电与光伏发电系统衔接，确保光伏发电系统与风力发电系统能基于相同电流、电压参数做好多能互补，降低外部干扰对风能发电与光伏发电多能互补衔接的影响。其中，需要注意的是，光热发电、光伏发电、风能发电的多能互补，应考虑对发电并网问题的解决，根据光热发电的基本特点，在设备优化、系统调试及数据分析等多个方面，为多能互补提供必要支持。以下将基于光伏发电作为参考，通过分析光伏发电参数设置、模块设计，为西北地区风能发电、光热发电系统设计提供可行内容参考。

4.2 参数设置

光伏发电的参数设置主要涉及最大功率、效能转换率及温度数据三个方面内容。最大功率是指在电阻值达到中位数值时，伏安特性的曲线能保持相量平衡，一旦设备最大功率达到最初设计阈值，则要进行功率转换。其中，不同材质的光伏设计及电路设计方案，对光伏发电的能源产出效率均有较大影响。所以，针对效能转换率的控制，不应单方面参考单一环境下最大照射功率，而要根据各个阶段总辐射功率及发电总量进行效能转换率的计算。当然，最大照射率作为重要的数据参考依据，同样具有一定的参考价值，应在进行数据参数比较的过程中，同时将最大照射率、总辐射功率纳入计算，从而保证光伏发电数据参与的调整，能充分满足多能互补新能源发电需求，提升多能互补新能源发电的质量。温度数据也是评价光伏发电效率的主要标准之一。技术人员应充分参考输出电流、电压及设备功率等参数对于系统运行的影响，保证系统运行的稳定性。

4.3 模型设计

环境因素对光伏发电的影响较大。为更好发挥光伏发电主体优势，多能互补新能源发电系统设计，需要针对各类不同能源发电稳定性进行分析，基于对发电模型的设计，立体化对部分发电影响因素及问题进行分析。如针对光伏发电的模型设计，则要从光照强度、环境温度、电池温度、设备阵列辐射强度及设备实际采光面积等多个方面进行分析。按照西北地区地理环境分析，光伏发电相对而言更为稳定，其辐射强度、环境温度相比于华南与东部地区均有明显优势。所以，光伏发电的模型设计，则应将辐射强度及环境温度等作为模型设计的上层结构，以便更好基于其优势项及发电劣势，分析西北地区多能互补新能源发电需求，明确未来阶段西北地区多能互补新能源发电设计方案。

另外，在风力发电中多能互补模型的设计方面则要考虑夏季、冬季、秋季及春季风量变化问题，并在风量较少阶段做好对风力发电设备的维护，结合西北地区地理环境特点，科学的设置风力发电设备的布置区域，尽可能选择在山谷低处、平原边缘地段及丘陵的高处进行风力发电设施的建设，确保风力发电在有限条件下全时段运行。对于光热发电系统的模型设计，需要考虑光热发电系统与光伏发电系统并网发电需求，通过优化光热发电系统的热能转换，实现对光热发电系统发电效率的提升，使光伏发电、风力发电与光热发电多能互补新能源发电系统的模型设计，可以充分为西北地区多能互补新能源发电系统建设提供参考。

5 新时期西北地区多能互补新能源发电系统构建路径

5.1 配电系统

配电系统的设计，主要考虑独立供电系统设计与并网供电系统设计两个方面内容。

独立供电系统设计，需要考虑直流负载及交流负载实际的参数及功率，根据供电需求选择相同规格的逆变器、升压变换器进行连接。在系统供电相对稳定的情况下，技术人员应基于电流误差的计算，针对电路输出滤波瞬时差进行设计方案的调整。若供电系统稳定性相对较差，则要考虑脉冲宽度调制波、恒频三角载波等数据，对于供电系统的影响，一般情况下，通过分析输出电压及电电流波形，可以有效确定独立供电的电网功率。但在供电稳定性不足及负载率较高的情况下，则不能单一参考输出电压及电流的波形进行稳定性评价，要根据正弦输出电压的差值，针对设计方案作出适当的调整。

5.2 蓄电系统

多能互补的新能源发电蓄电设备设计，一般采用DC-DC电路、BUCK电路、BOOST电路及BUCK-BOOST等四种方案。其中，BUCK电路具备兼容性强、转化率高的基本特点，一般在大型设备中有所运用。BUCK变换器能承载较强的电流负载，可以有效解决电流杂波问题。BOOST电路则具有较强的抗干扰能力，在高负载运行情况下，能有效解决高频瞬态冲击问题。所以，BOOST变换器适用性也相对较强，能满足多种系统使用需求。BUCK-BOOST则充分继承BUCK变换器与BOOST变换器的基本优势，在无相位要求的情况下，一般优先选择BUCK-BOOST变换器进行电路设计。DC-DC变换电路的设计，则提升系统控制的独立性，解决多个供电系统相互干扰的问题，能更好弥补交流电转换方面的不足。

因此，各地区多能互补的新能源发电系统蓄电设计，必须考虑自身的技术条件、硬件设施参数及适用环境等问题。西北地区具有地理环境相对特殊，在部分电路设计方面可以采取DC-DC变换电路的设计与BUCK-BOOST变换器相结合的设计思路。同时，针对储能设备的选择，要根据发电量及效能比转换率进行计算，一般选择2～4块蓄电池作为供电来源，根据设备充电与放电需求，调整蓄电设备的设计方案。若基于12V设计方案，则考虑对电路进行串联设计。

综上所述，西北地区地理环境较为特殊，在新能源发电系统的运用方面具有一定的优势。但受限于技术因素、天气条件等影响，西北地区多能互补新能源发电系统的设计，无法实现对波浪能、洋流能及潮汐能的全面运用。所以，西北地区的多能互补新能源发电系统建设，应侧重于对光伏能源、光热能源、生物质能、地热能及风能等能源开发。通过优化设计方案及创造新的设计思路，实现对多能互补新能源发电系统多方面技术优势的发挥。