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(huì)的不斷發(fā)展，能源消耗的與日俱增，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，全球范圍內(nèi)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(yùn)輸領(lǐng)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(jié)合船舶運(yùn)動(dòng)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(jīng)提出，就引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)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(shí)，可減少船舶柴油機(jī)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(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)外諸多領(lǐng)域的應(yīng)用已較為成熟，但將風(fēng)能與太陽能應(yīng)用于大型船舶中的研究尚處于實(shí)驗(yàn)探索階段。限于風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電技術(shù)的成熟度與經(jīng)濟(jì)性等問題，新能源在大型船舶中的實(shí)際應(yīng)用并不廣泛。值得注意的是，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國新能源船舶電站的設(shè)計(jì)應(yīng)用還存在較大差距。
　　本文著眼于新能源及船舶海洋工程領(lǐng)域，以工信部大型項(xiàng)目《太陽能在油船上的應(yīng)用技術(shù)研究》為背景，以大型油輪為研究對(duì)象，

3、選擇中國大連—也門亞丁的遠(yuǎn)洋航線，搭建包含有太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、柴油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)和船舶負(fù)載在內(nèi)的新能源船舶電站；基于太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合海洋環(huán)境與船舶特點(diǎn)，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(fēng)力機(jī)組的優(yōu)化布置與儲(chǔ)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(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、柴油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)和船舶負(fù)載的數(shù)學(xué)模型。基于太陽高度角、太陽能時(shí)角和太陽赤緯角與經(jīng)緯度和時(shí)間的關(guān)系，

4、引入陰影因素影響，提出了具有船舶特點(diǎn)的太陽能光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型。根據(jù)船舶航向及航速，建立了具有相對(duì)風(fēng)速特性的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)船舶太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出特性，搭建了鉛酸蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)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(chǔ)能容量的優(yōu)化匹配。根據(jù)船型特點(diǎn)，選擇主甲板具有大面積可利用區(qū)域的大型油輪為目標(biāo)船舶，選擇中國大連到也門亞丁為航線，進(jìn)行

5、太陽能輻射總量核算，計(jì)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(shè)成本與運(yùn)行成本，結(jié)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(shè)時(shí)，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(shí)時(shí)輸出功率差值為依據(jù)，確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大輸出功率；以太陽能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行成本和儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本總和最低為目標(biāo)，充分考慮儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)

6、容量優(yōu)化模型。運(yùn)用多目標(biāo)遺傳算法，對(duì)太陽能船舶電站中儲(chǔ)能容量進(jìn)行優(yōu)化配置分析。最后，完成了風(fēng)能船舶電站中風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化布置和儲(chǔ)能容量的優(yōu)化匹配。與陸上風(fēng)電場不同，風(fēng)能船舶電站中風(fēng)電機(jī)組的工作風(fēng)速為自然風(fēng)速與船舶航速相互作用下的相對(duì)風(fēng)速，因此本文結(jié)合中國大連到也門亞丁航線中船舶航向和航速特點(diǎn)，核算大型油輪中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作風(fēng)速，并基于此結(jié)果，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化布置分析。根據(jù)船舶風(fēng)力發(fā)電特性，結(jié)合多目標(biāo)遺傳算法，對(duì)風(fēng)能船舶電站中的儲(chǔ)能