青肯泡風光互補發(fā)電技術綜述

蔡翠佳 李平杰 吳小峰

【摘要】風光互補發(fā)電技術是風電系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)和設計的關鍵。本文從風光互補系統(tǒng)組成及風光互補發(fā)電技術原理，綜合闡述了風光互補發(fā)電技術在大慶石化公司水氣廠污水處理地青肯泡的應用，分析了風光互補系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，認為風光互補發(fā)電技術這一項目是可行的。

【關鍵詞】風光互補 節(jié)能 效益分析

1引言

大慶石化公司水氣廠污水排放處理廠是黑龍江省最大的污水處理場，年處理污水量60萬噸，大慶石化公司的十一個化工分廠的生產(chǎn)排放污水，集中排放到青肯泡，經(jīng)凈化處理達標后，流入松花江，國家通過衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)進行隨機監(jiān)控。

目前，青肯泡污水處理廠用電來自農(nóng)電網(wǎng)，電壓不穩(wěn)，線損大，電費較貴，停電現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響污水場的正常工作和國家衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)的隨機監(jiān)控。如果在大慶石化公司水氣廠污水處理場建設一座50KW風力和太陽能發(fā)電站，可解決這一被動局面。

2風光互補技術系統(tǒng)概述

根據(jù)國家權威部門的統(tǒng)計資料顯示：大慶石化污水處理場區(qū)域，通常風速在1.5～4.0之間，我們以務實的態(tài)度面對現(xiàn)實，適應于大自然，計算出最佳的設計方案，使其投資回報率與小水電站相當。風力發(fā)電的塔架造價是與高度成指數(shù)上升，使用電力12米機塔，是最節(jié)約投資的一個非常好的設計方案。本項目選用的微風啟動小型風力發(fā)電機起動風速一般在1.5米/秒-4米/秒之間，而國產(chǎn)普通小型風力發(fā)電機的額定風速一般在3米/秒-10米/秒之間；歐洲小型風力發(fā)電機的額定風速一般在12米/秒-15米/秒之間。小型風力發(fā)電機的最大工作風速一般在25米/秒左右。

3風光互補技術原理及系統(tǒng)組成

3.1小型風力發(fā)電機工作原理

3.1.1風輪的功率特性

風輪產(chǎn)生的功率與空氣的密度成正比，風輪產(chǎn)生的功率與風輪直徑的平方成正比，風輪產(chǎn)生的功率與風速的立方成正比，風輪產(chǎn)生的功率與風輪的效率成正比。風力發(fā)電機風輪的效率一般在0.35-0.45之間（理論上最大值為0.593）。

3.1.2風力發(fā)電機的發(fā)電機理

在風的吹動下，風輪轉(zhuǎn)動起來，使空氣動力能轉(zhuǎn)變成了機械能（能速+扭矩）。風輪的輪轂固定在發(fā)電機軸上，風輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動了發(fā)電機軸的旋轉(zhuǎn)，帶動永磁三相發(fā)電機發(fā)出三相交流電。風速的不斷變化、忽大忽小，發(fā)電機發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過控制器的整流和穩(wěn)壓，由交流電變成了具有一定電壓的直流電，通過逆變器后變成了220伏的交流電，供給用戶的家用電器。

3.1.3風力機的調(diào)向原理

在額定風速以內(nèi)，尾翼板與風輪旋轉(zhuǎn)面保持垂直，尾翼板與風向保持平行，因而保證了風輪的正向迎風。當風向變化時，尾翼板也隨之轉(zhuǎn)動，但始終與風向保持平行，所以風輪旋轉(zhuǎn)面也總是對著風向。

3.1.4蓄電池的工作原理

當外電路通入電流時，在蓄電池內(nèi)部由電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來的過程稱為充電。當蓄電池向外電路輸出電流時，在蓄電池內(nèi)部由化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟蛲怆娐饭╇姷倪^程稱為放電。任何蓄電池的使用過程都是“充電”、“放電”周而復始地進行的。使用中，要防止蓄電池過充或過放。過放會造成活性物質(zhì)與混在一起的細小硫酸鉛結(jié)晶變成較大的晶粒，增加極板的電阻，使蓄電池內(nèi)阻增大；過充且電流過大時，則容易產(chǎn)生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質(zhì)脫落而損壞。同時水分消耗也大，浪費蒸餾水和電力。所以，必須對蓄電池進行過充或過放自動保護。

3.1.5控制逆變器的保護功能

過充保護：當風速持續(xù)較高，蓄電池充電很足，蓄電池組電壓超過額定電壓1.25倍時，控制器停止向蓄電池充電，多余的電流向卸荷器。

過放保護：當風速長期較低，蓄電池充電不足，蓄電池組電壓低于額定電壓0.85倍時，逆變器停止工作，不再向外供電。當風速再增高，蓄電池組電壓恢復到額定電壓的1.1倍時，逆變器自動恢復工作、向外供電。控制逆變器上裝有電壓表，便于用戶隨時了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

3.1.6小型風力發(fā)電機的應用

當使用地區(qū)的年平均風速為2.5米/秒時，一臺5000瓦的小型風力發(fā)電機每年平均可發(fā)11900度電。平均每天30.6度電，基本可以滿足石化污水處理場的用電。

3.2風光互補發(fā)電系統(tǒng)組成規(guī)模

戶用風/光互補供電系統(tǒng)是由小型風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、蓄電池、控制-逆變器、電線和用電設備等組成。根據(jù)不同地區(qū)的風能、太陽能資源，以及不同的用電需求，用戶可配置不同的供電模式。戶用風/光互補供電系統(tǒng)的控制逆變器上設置了風力機和太陽能光電板兩個輸入接口，風力發(fā)電機的太陽能光伏電池發(fā)出的電，通過充電控制器向蓄電池組充電；然后將蓄電池出來的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為適合通用電器的220伏、50赫茲交流電。戶用風/光互補供電系統(tǒng)的優(yōu)點是可以同時利用當?shù)氐娘L力資源和太陽能資源，起到多能互補的作用。由于本地區(qū)夏季風力資源較弱，但太陽能資源較強；在冬季太陽能資源較弱，而風力資源較強。采用風-光互補系統(tǒng)能夠保證用戶均衡充足的用電需求。

通常，獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池、控制器、逆變器、支架、導線、阻塞二極管及輸配電組成。

4結(jié)語

風光互補技術應用的經(jīng)濟效益分析。以目前應用最多的5000瓦風力機為例：在年平均風速2.5米/秒的地區(qū)，每臺5000瓦風力機在保證全年處于正常工作狀態(tài)下，每年可發(fā)電11900度左右，平均每天30.6度電。根據(jù)多年的實際使用情況，使用小型風力發(fā)電機的經(jīng)濟效益不能單一看直接效益。雖然收回成本需要10年到15年的時間。但是用戶所獲得的間接經(jīng)濟效益卻是顯而易見的，在有些地區(qū)是很顯著的。使用風力和太陽能發(fā)電，兼有社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，本方案是可行的。

參考文獻：

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