偏远地区可再生能源综合利用系统研究

摘要

可再生能源综合利用系统具有运行能耗低、独立性强、可靠性高和环境污染小的系统特点，在近几年的研究中，被认为是解决岛屿、山区和农村等偏远地区的采暖、通风和照明等建筑用能问题的最佳方法。太阳能和风能是偏远地区常见的且两种具有良好的互补性的可再生资源，为了使得可再生能源系统更加灵活和可靠，常常加入储蓄电池组和柴油发电机作为系统的能源储备系统和备用系统。组合而成的可再生能源综合利用系统对解决偏远地区建筑用能问题的应用十分广泛且有效。
　　本文对偏远地区可再生能源综合利用系统进行优化设计研究，通过模拟系统在全寿命周期内的运行情况来验证系统组件规模的合理性和经济性。首先，本文分别介绍了可再生能源综合利用系统各组件的工作原理及输入输出特性。然后建立了综合系统的数学模型，包括系统的能源模型、经济性模型、可靠性模型和能源调度策略模型。其中经济性模型采用生命周期成本法(Life cycle cost)，这种方法在考虑到系统投资、运行维护和替换费用的情况下，并利用贴现率把未来支付的花费转化为现值花费来计算系统总寿命花费(Total life-span cost)。
　　接着，考虑到系统优化问题的不连续性和非线性的特征，本文提出了基于自然演化问题的遗传算法(Genetic Algorithm)，以平准化能源成本(Levelized cost ofenergy)最小为目标函数，各组件规模边界为约束条件来搜索可再生能源综合利用系统各组件的规模的最优解。
　　最后，本文收集了目标建筑8760小时的逐时负载需求数据，并在NASA数据中心获取了目标建筑所在地Corvo Island的风速和太阳辐射度的基本数据，进而得到了该地区8760小时的逐时风速和太阳辐射度的数据。通过使用本文所阐述的可再生能源综合利用系统的优化模型，对该目标建筑利用Matlab程序实行20年的模拟运行。根据目标建筑的实际情况，以设计者的角度施加最大断电时间这一额外约束条件，分别设定最大断电时间的允许范围为0，50和100小时，运行优化模拟程序得出3组优化配置数据。根据不同建筑用途设定额外约束条件下的最优解和近似解的比较，得出了Matlab程序搜索的可再生能源综合利用系统各组件规模的最优解在经济性和可靠性上的优越性，验证了该方法的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 可再生能源综合利用系统基础理论研究

1．2．2 可再生能源综合利用系统优化配置研究

1．2．3 可再生能源综合利用系统配置算法研究

1．2．4 可再生能源综合利用系统能源调度策略研究

1．3 主要研究内容

第二章 可再生能源综合利用系统的工作原理

2．1 风能利用系统基本原理及构成

2．1．1 风能利用系统的基本原理

2．1．2 风机的主要部件

2．2 太阳能光伏系统利用原理及构成

2．2．1 太阳能光伏系统的基本原理

2．2．2 太阳能光伏板的等效电路

2．2．3 光伏系统的主要部件

2．3 能源储备系统的工作原理及作用

2．3．1 蓄电池性能指标

2．3．2 蓄电池工作状态

2．4 备用系统工作原理

2．5 其他组成部分

2．6 本章小结

第三章 可再生能源综合利用系统的模型建立

3．1 模型建立与优化

3．1．1 能源模型的建立

3．1．2 经济性模型的建立

3．1．3 可靠性模型的建立

3．1．4 能源策略模型的建立

3．2 系统分析与优化算法

3．2．1 遗传算法

3．2．2 遗传算法的实现

第四章 可再生能源综合利用系统的实际应用

4．1 综合利用系统优化目标函数及约束条件

4．2 模拟数据

4．3 系统优化配置

4．4 本章小结

总结及展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录