無人島無人值守觀測系統(tǒng)的配電規(guī)劃和建設(shè)

【摘要】本文以汕尾遮浪無人島綜合觀測平臺系統(tǒng)為例，簡要介紹了無人島供電配電規(guī)劃和建設(shè)。由于歷史的原因我國的無人島的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和管理處于相對比較薄弱，隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，要開發(fā)利用和管理海島資源、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋生態(tài)修復(fù)、防震減災(zāi)、維護(hù)國家領(lǐng)土主權(quán)，海島建設(shè)是我國海洋發(fā)展戰(zhàn)略必不可少的重要環(huán)節(jié)。海島建設(shè)首先要解決的問題就是各種設(shè)備的供電配電問題，為此我們在建設(shè)無人島的無人值守綜合觀測平臺過程中意在進(jìn)行一些探索性的嘗試。

【關(guān)鍵詞】太陽能；風(fēng)能；工程應(yīng)用

一、項目工程概況

汕尾遮浪島有一個無人小島，面積大約0.1平方公里，擬在小島上建設(shè)一套無人值守的綜合觀測平臺。規(guī)劃建設(shè)有自備清潔能源的供電配電系統(tǒng)、具有晝夜視頻監(jiān)控、微波雷達(dá)海浪海流觀測、水文氣象觀測、溫鹽觀測、無線遠(yuǎn)程圖像和數(shù)據(jù)傳輸控制等功能較為完善的綜合性觀測系統(tǒng)。

二、設(shè)備用電規(guī)劃

1.海況視頻監(jiān)控穩(wěn)定功率48W，安防視頻監(jiān)控設(shè)備穩(wěn)定功率40W，合計功率88W；

2.S波段測波雷達(dá)設(shè)備功率120W ；

3.水文觀測設(shè)備功率2W；

4. 氣象觀測設(shè)備功率2W；

5. 島上處理機(jī)設(shè)備和光通訊交換機(jī)，由于處理機(jī)采用功能強大用電損耗小的工控機(jī)，其功率合計20W；

6. 無線通訊設(shè)備的發(fā)射功率500mW，整機(jī)功率功率1W；

7.無線語音設(shè)備其用途不是全天候的，僅在需要時進(jìn)行語音播放，因此只需考慮設(shè)備的待機(jī)功率為功率10W；

8.其他設(shè)備，本次溫鹽觀測設(shè)備和可選設(shè)備（光輻射測量、能見度測量、二氧化碳測量）沒有安裝，今后如果增加估算功率20W；島上設(shè)備綜合估算功率總計263W。

三、供電配電設(shè)計

島上供電配電根據(jù)用電設(shè)備進(jìn)行配置設(shè)計，設(shè)備用電功率263W，全天候24小時工作用電需求為6312W。

島上的供電配備以太陽能發(fā)電為主風(fēng)力發(fā)電作為補充，太陽能板配備32片，磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)1臺，免維充電蓄電池60只，風(fēng)能太陽能互補控制器一臺，充放電控制器與逆變器一體機(jī)一臺。

每天發(fā)電量與耗電量計算：

單片太陽能每天發(fā)電總功率：100W*4.5小時（汕尾地區(qū)每天光照時間）=450W，32片太陽能板每天發(fā)電14400W。

增加風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)機(jī)（能）每天發(fā)電總功率：1200W*2（每天按2小時有效發(fā)電）=2400W。

太陽能和風(fēng)能發(fā)電量合計每天16800W，發(fā)電遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每天的耗電量6312W，因此設(shè)備每天用電可以自足。

電池儲能與每天用電需求計算：

儲能電池組可放電總功率：12V*100A*0.75（75%放電深度）*60節(jié)=54000W，與需求相比如果遇到極端惡劣天氣，電池可以維持島上設(shè)備用電8.5天。

電池充電計算：

每天發(fā)電與用電后多余的電量用于充電電池充電10488W，實際可充電為10488W*0.7（充電損耗30%）=7341.6W，用以60節(jié)電池充電54000W充滿，需要7.35天。

四、分析與結(jié)結(jié)論

通過以上的計算我們可以認(rèn)為：

1、無人島的供電設(shè)備可以滿足設(shè)備24小時全天候運行。

2、在極端惡劣氣候條件下，儲能電池可以維持島上設(shè)備用電8.5天。

3、設(shè)備的多余電量可以給電池充電，且只需7.35天可將電池充滿。

根據(jù)以上計算和實際安裝運行的設(shè)備工作情況，利用清潔能源在無人島建設(shè)過程中完全是一個可行的方法。本次項目的實施以及實際運行的6個月的情況來看，項目完成了實時海況視頻監(jiān)控；海浪和海流信息實時觀測；水文氣象、潮位參數(shù)的實時觀測；數(shù)據(jù)儲存與查詢，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和控制等工作。做了一次非常有意義的探索，為海洋環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警、維護(hù)海洋權(quán)益、決策制定提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭文峰，風(fēng)光電互補節(jié)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2005；