基于遺傳算法的新能源船舶電站優(yōu)化研究.pdf

1、隨著社會的不斷發(fā)展，能源消耗的與日俱增，環(huán)境污染日趨嚴重，全球范圍內都將面臨可持續(xù)性發(fā)展的重大課題，而充分開發(fā)利用新能源，為降低環(huán)境污染，提高能源利用率帶來了希望。在船舶運輸領域，燃料節(jié)約與溫室氣體排放也越來越受到行業(yè)重視。在這一形勢下，結合船舶運動特性，將新能源引入大型船舶，建立新能源船舶電站這一課題一經提出，就引起了全球范圍內的廣泛關注。新能源船舶與傳統(tǒng)船舶相比，在保證船舶正常航行的同時，可減少船舶柴油機的柴油消耗，節(jié)約石化能源，減

2、少環(huán)境污染，降低船舶噪音。盡管風力發(fā)電與太陽能發(fā)電技術在國內外諸多領域的應用已較為成熟，但將風能與太陽能應用于大型船舶中的研究尚處于實驗探索階段。限于風力發(fā)電與太陽能發(fā)電技術的成熟度與經濟性等問題，新能源在大型船舶中的實際應用并不廣泛。值得注意的是，與國外發(fā)達國家相比，我國新能源船舶電站的設計應用還存在較大差距。
　　本文著眼于新能源及船舶海洋工程領域，以工信部大型項目《太陽能在油船上的應用技術研究》為背景，以大型油輪為研究對象，

3、選擇中國大連—也門亞丁的遠洋航線，搭建包含有太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風能發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、柴油機發(fā)電系統(tǒng)和船舶負載在內的新能源船舶電站；基于太陽能發(fā)電與風力發(fā)電技術特點，結合海洋環(huán)境與船舶特點，解決了新能源船舶電站中太陽能光伏組件的優(yōu)化布置、風力機組的優(yōu)化布置與儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化匹配等問題。首先，建立了船舶太陽能發(fā)電系統(tǒng)、船舶風能發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、柴油機發(fā)電系統(tǒng)和船舶負載的數學模型?；谔柛叨冉?、太陽能時角和太陽赤緯角與經緯度和時間的關系，

4、引入陰影因素影響，提出了具有船舶特點的太陽能光伏發(fā)電數學模型。根據船舶航向及航速，建立了具有相對風速特性的船舶風力發(fā)電系統(tǒng)數學模型。根據船舶太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和風力發(fā)電系統(tǒng)輸出特性，搭建了鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)數學模型，并考慮其充放電特性，以平滑新能源系統(tǒng)不穩(wěn)定的輸出。其次，完成了太陽能船舶電站中太陽能光伏組件的優(yōu)化布置和儲能容量的優(yōu)化匹配。根據船型特點，選擇主甲板具有大面積可利用區(qū)域的大型油輪為目標船舶，選擇中國大連到也門亞丁為航線，進行

5、太陽能輻射總量核算，計算太陽能光伏組件在不同傾斜角下的總發(fā)電量。綜合考慮太陽能船舶電站建設成本與運行成本，結合陰影因素，分析得到太陽能光伏組件在油輪中固定水平鋪設時，太陽能船舶電站的綜合利潤最高，故在大型油輪中光伏組件平鋪方式為最佳。以太陽能光伏系統(tǒng)理想輸出功率與實時輸出功率差值為依據，確定儲能系統(tǒng)的最大輸出功率；以太陽能發(fā)電系統(tǒng)運行成本和儲能系統(tǒng)建設成本總和最低為目標，充分考慮儲能系統(tǒng)能量損失與光伏系統(tǒng)棄電成本，建立鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)

6、容量優(yōu)化模型。運用多目標遺傳算法，對太陽能船舶電站中儲能容量進行優(yōu)化配置分析。最后，完成了風能船舶電站中風電機組的優(yōu)化布置和儲能容量的優(yōu)化匹配。與陸上風電場不同，風能船舶電站中風電機組的工作風速為自然風速與船舶航速相互作用下的相對風速，因此本文結合中國大連到也門亞丁航線中船舶航向和航速特點，核算大型油輪中風力發(fā)電機組的工作風速，并基于此結果，完成風力發(fā)電機組的優(yōu)化布置分析。根據船舶風力發(fā)電特性，結合多目標遺傳算法，對風能船舶電站中的儲能