小型風(fēng)光互補系統(tǒng)設(shè)計方案

小型風(fēng)光互補系統(tǒng)設(shè)計方案小型風(fēng)光互補供電系統(tǒng)是由小型風(fēng)力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、蓄電池、控制一逆變器等組成(見圖4—2)。根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)能、太陽能資源及不同的用電需求，用戶可配置不同的供電模式。小型風(fēng)光互補供電系統(tǒng)的控制一逆變器上設(shè)置了風(fēng)力機和太陽能光電板兩個輸入接口，風(fēng)力發(fā)電機和太陽能光伏電池發(fā)出的電，通過充電控制器向蓄電池組充電，然后將從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。小型風(fēng)光互補供電系統(tǒng)的優(yōu)點是可以同時利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力資源和太陽能資源，起到多能互補的作用。目前，小型風(fēng)光互補供電系統(tǒng)中風(fēng)電與光電的匹配比例一般為3：1左右。例如：300瓦的風(fēng)力發(fā)電機可以配用100瓦的光電板；500瓦的風(fēng)力發(fā)電機可以配用150—200瓦的光電板；1千瓦的風(fēng)力發(fā)電機可配用300～350瓦的光電板。洪湖地區(qū)32戶漁民應(yīng)用了400瓦的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，供電更加充足，取得了成功的經(jīng)驗。二、微水能綜合利用微水能綜合利用技術(shù)是指利用微型水利資源的動能作功的技術(shù)，包括微型水力發(fā)電(簡稱微水電)、水輪泵、水碾、水磨等多種以水流為動力的工作技術(shù)。由于有了水電之后，其他各種水力機械都可以用電動機械代替，并且更加方便，所以其他水力機械的應(yīng)用逐步減少。因此，現(xiàn)在的微水能利用一般只討論微型水力發(fā)電技術(shù)的利用。(一)概述1．微水電的定義微型水力發(fā)電簡稱微水電，是指將小溪、小河水(即微水能資源)的位能轉(zhuǎn)換成符合民用電要求的電能設(shè)施和設(shè)備組成的系統(tǒng)。其工作原理和小水電基本相同，但裝機容量較小。目前，世界各國對微水電的裝機容量規(guī)定不一，總的格局是工業(yè)發(fā)達的國家趨于大。英國規(guī)定微水電的最大裝機容量為l000千瓦，其次是美國和法國規(guī)定微水電的最大裝機容量為500千瓦，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定微水電的最大裝機容量為100千瓦。微水電系統(tǒng)主要由蓄水引水建筑、微水電站和供電系統(tǒng)三部分組成。蓄水引水建筑包括水壩、取水口、引水渠等；微水電站包括機房、微型水力發(fā)電機組、配電裝置、壓力前池、攔污排污設(shè)施、引水管道、機組尾水排放渠道等；供電系統(tǒng)主要由變電設(shè)備、輸電線路、線路安全保護裝置構(gòu)成。其中核心的是微型水力發(fā)電機組，它主要由水輪機、發(fā)電機、控制器(或調(diào)速器)三大部件組成。由此可見，微水電是集水利、水工、機械、電機、控制、輸電、土建等多項技術(shù)為一體的系統(tǒng)工程，不僅技術(shù)復(fù)雜、工作條件艱苦，而且工程質(zhì)量和操作規(guī)程涉及人身安全。2．分類(1)單戶型微水電技術(shù)。單戶型微水電設(shè)備的功率小，一般都是整裝機組。單戶型微水電只供單家獨戶的用戶使用，所需要的投入資金、工程量等也很小，可以由農(nóng)戶自投、自建、自管、自用。單戶型微水電站建設(shè)包括土建、設(shè)備安裝和電力輸送等內(nèi)容。單戶型微水電配置的發(fā)電機一般為永磁發(fā)電機，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率高、少維護或免維護、使用方便等優(yōu)點。單戶型微水電站需要配備自動穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的電子調(diào)控器，供電距離不應(yīng)超過1千米。單戶型機組的發(fā)電量分為：100、200、300、500、800瓦，1、2、5千瓦等。單戶型水電站所需要的水流量為40—140立方米／時，落差為2—40米。一般在小溪小河上選擇自然形成的較高落差進行建造。(2)村級聯(lián)網(wǎng)型微水電技術(shù)。村級聯(lián)網(wǎng)型微水電其設(shè)備以整裝機組為主，發(fā)電可以供一個自然村(10～100戶)使用，建設(shè)安裝應(yīng)在專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下進行。機組配有自動穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的電子調(diào)控器或調(diào)速器，可多臺機組聯(lián)網(wǎng)供電，操作使用方便。供電范圍原則上應(yīng)在2千米之內(nèi)，最多不應(yīng)超過5千米。村級聯(lián)網(wǎng)型微水電設(shè)備發(fā)電量為5～30千瓦。電站需要的水資源流量為100～500立方米／時，落差5～60米。需要建造或借用水工建筑才能滿足其水資源要求。(3)鄉(xiāng)級并網(wǎng)型微水電技術(shù)。鄉(xiāng)級并網(wǎng)型微水電的裝機容量為30—100千瓦，采用并網(wǎng)供電，可以對處于電網(wǎng)末端山鄉(xiāng)電網(wǎng)進行電力就近補充，提高山鄉(xiāng)電網(wǎng)的供電質(zhì)量和運行效率。發(fā)電設(shè)備以整裝機組為主，需要安裝并網(wǎng)變電設(shè)備。電站建設(shè)應(yīng)進行正規(guī)勘測和設(shè)計，工程要在專業(yè)技術(shù)人員的管理指導(dǎo)下進行。并網(wǎng)型微水電站向電網(wǎng)賣電，再由電網(wǎng)向用戶供電，克服了微水電獨立供電枯水期五電可供，發(fā)出的電無法全部利用，發(fā)電戶自己收費的高人力成本及無法避免糾紛等離網(wǎng)運行三大固有障礙，可以逐步成為山區(qū)農(nóng)民致富的低風(fēng)險投資項目之一。鄉(xiāng)級并網(wǎng)型微水電站需要的水資源流量為100～10000立方米／時，落差5～120米。往往需要借用小一或小二型水庫或較大的灌溉水渠蓄調(diào)水量，才能保證年發(fā)電時間，取得較好的經(jīng)濟效益。3．應(yīng)用成效(1)經(jīng)濟效益。微水電的直接經(jīng)濟效益來源于賣電收入。目前微水電的供電和賣電方式有三種：一是自發(fā)自用，節(jié)省自家電費開支。二是直接向用戶供電，發(fā)電戶上門向用電戶收費。三是并網(wǎng)向供電公司賣電。影響賣電收入的因數(shù)很多，目前正常工作的微水電站的普遍情況是平均每千瓦時每年的賣電收人為1000元。不少發(fā)電戶都自己辦有碾米磨面等加工作坊，可使收入比直接賣電提高2～5倍。因此，發(fā)電戶往往都會成為當(dāng)?shù)叵刃兄赂坏娜思?。目前，在山區(qū)農(nóng)村，如果賣電方面得到政府的法規(guī)保障，村級、鄉(xiāng)級的微水電就會成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民投資的熱門項目。(2)社會效益。微水電資源主要存在于降水量豐富的山區(qū)，由于投資小、產(chǎn)出少，只適合于在當(dāng)?shù)亻_發(fā)利用。從微水電的開發(fā)情況、產(chǎn)權(quán)現(xiàn)狀、利用效果都可以看出，微水電是生于農(nóng)民(投資主體是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民)、建于農(nóng)村、利于農(nóng)業(yè)(養(yǎng)護農(nóng)田水利、實現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的電動加／12)的“三農(nóng)”水電。其社會屬性肯定姓“農(nóng)”。微水電的開發(fā)利用是在經(jīng)濟發(fā)展相對落后的山區(qū)，其直接的社會效益就是扶助弱勢群體，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活生產(chǎn)條件，幫助農(nóng)民脫貧致富。一臺300瓦的微水電電動碾米機，可使農(nóng)民省去擔(dān)著稻谷走幾十里山路去碾米的煩惱。一臺5千瓦的微水電機組配套安裝磨漿機后，每年為腐竹生產(chǎn)專業(yè)農(nóng)戶節(jié)省電費五六千元。云南的咖農(nóng)用微水電拖動咖啡脫殼機，解決了咖啡收獲后脫殼難的問題。四川大邑西嶺雪山的農(nóng)民利用微水電在風(fēng)景秀麗的山上辦起了旅游接待站，使游客們白天能欣賞美麗的風(fēng)光，夜晚又能開展卡拉OK、跳舞、看錄像等活動。目前山區(qū)農(nóng)村正在逐步興起的辦微水電站，用賣電收入養(yǎng)護農(nóng)田水利設(shè)施的“以電養(yǎng)灌”行動，為部分小型水庫的養(yǎng)護開辟出一條充滿希望的新思路，也成為微水電發(fā)展的一個新方向。4．我國技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀經(jīng)過20多年的努力，我國微水電技術(shù)在水輪機、發(fā)電機、控制器等方面都取得了長足的進步。目前，國內(nèi)微水電的整機效率大多在40％～60％之間，使用壽命為10～15年。一批一體化的整裝機組，經(jīng)過幾年的運行，證明其使用壽命、穩(wěn)定性、安裝操作方便性等都達到了產(chǎn)品化的要求，適用于我國農(nóng)村。2006年，在四川微水電的多機并聯(lián)供電也取得了成功?？偟膩碚f，只要用戶在經(jīng)費上能夠承受，在技術(shù)上完全可以滿足其要求。由于微水電的資源情況差異很大，用戶往往不容易找到完全符合自己要求的微水電設(shè)備產(chǎn)品。如果用戶提出自己的要求，就必須承擔(dān)額外的費用，這是水電行業(yè)的一貫做法，而用在微水電上，就會讓微水電投資者難以承受，極大地阻礙了微水電的發(fā)展。因此，必需開發(fā)出能夠覆蓋微水電資源的系列化微水電設(shè)備，以此作為微水電技術(shù)規(guī)?；茝V的基礎(chǔ)。5．國外發(fā)展情況(1)發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)達國家，如美國、英國、加拿大等，依靠其良好的工業(yè)基礎(chǔ)，生產(chǎn)的微水電在可靠性和發(fā)電機、水輪機效率兩個方面與國內(nèi)微水電相比有較大的優(yōu)勢。國外微水電的整機效率最高可達到75％，使用壽命可達20年。隨著發(fā)展中國家微水電需求量的增長和各國環(huán)保意識的增強，微水電開始受到各國政府的重視。國外的一些較大公司和研究所開始關(guān)注微水電的研發(fā)工作，但是尚沒有大的作為。(2)發(fā)展趨勢水電設(shè)備的生產(chǎn)屬于單件生產(chǎn)，制造成本很高，必然成為作坊式的生產(chǎn)。世界上所有的微水電設(shè)備，包括英國、加拿大、美國等發(fā)達國家的微水電機組，也都是出自家庭工廠。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，經(jīng)常在相近專業(yè)產(chǎn)品中去尋找替代部件，如用水電泵替代水輪機，以柴油發(fā)電機替代水力發(fā)電機等，取得了很好的效果。尤其是小功率機組方面，替代部件集成的機組大有取代專用機組之勢。(3)對我國的啟示由于中國小水電開發(fā)有很好的工作基礎(chǔ)，聯(lián)合國工發(fā)組織在世界微水電發(fā)展方面對中國寄予厚望。許多國家也不斷在中國尋求微水電方面的合作，但目前都還處于小規(guī)模試驗階段。我國應(yīng)該盡快立項開展系列化微水電設(shè)備的研發(fā)，以3～5個系列的產(chǎn)品覆蓋整個微水能資源，形成批量生產(chǎn)，以確立我國微水電設(shè)備在國際上的性價比優(yōu)勢。(二)技術(shù)要點1．單戶型微水電機組(1)技術(shù)路線(工藝流程)。見圖4-3(2)主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點。①各部件和設(shè)備的特點。核心部分是一體化的微型水力發(fā)電機組，即水輪機、發(fā)電機、控制器、假負(fù)載組裝在一起，以提高用戶安裝和使用的方便性。②技術(shù)的主要性能參數(shù)。發(fā)電機相數(shù)：單相；勵磁方式：永磁、三次諧波；發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速：1500轉(zhuǎn)／分；整機效率：35％～50％；額定輸出電壓：230伏；額定頻率：50赫茲。③推廣該項技術(shù)需要注意的事項。單戶型微水電機組由用戶自行建設(shè)安裝，需要對用戶進行簡單而有效的培訓(xùn)，尤其注重安全用電的教育。設(shè)備使用說明書要通俗、詳細(xì)、實用。要有公益性的技術(shù)服務(wù)機構(gòu)和修理網(wǎng)點。④主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況。單戶型微水電機組是成套性整裝機組，我國目前性能較好的單戶型微水電機組主要有以下機型。(a)軸流式微水電成套整裝機組：在農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所指導(dǎo)下，由四川省農(nóng)業(yè)機械研究院設(shè)計生產(chǎn)，水輪機比轉(zhuǎn)速較高，適用水頭較低、流量大的水力資源，能夠自動穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡單，維護方便。300～500瓦機組，含進水管接口、尾水管等，每套價格在1500～2000元之間。功率1千瓦以上的機組，價格在每千瓦2000～3000元之間。到目前推廣使用量約為200臺。(b)沖擊式微水電成套整裝機組：由大理力達能源實用技術(shù)研究所生產(chǎn)，水輪機比轉(zhuǎn)速較低，適用水頭較高、流量較小的水力資源，能夠自動穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡單，維護方便。300～500瓦機組，含進水閥門，每套價格在1200～1500元之間。功率1千瓦以上的機組，價格在每千瓦2000～3000元之間。到目前推廣使用量約為500臺，已出口約100臺。此外大理力達能源實用技術(shù)研究所還生產(chǎn)單戶型微水電控制器，供其他企業(yè)產(chǎn)品配套。(c)雙擊式微水電成套整裝機組：由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所設(shè)計，張家港英德利公司生產(chǎn)，水輪機比轉(zhuǎn)速較低，適用6～12米水頭、流量較小的水力資源，能夠自動穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡單，維護方便。300～500瓦機組，含進水閥門，每套價格在l400～2000元之間。到目前推廣使用量約為50臺。2.村級聯(lián)網(wǎng)型微水電機組（1.）技術(shù)路線（工藝流程）。見圖4-4.(2)主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點。各部件和設(shè)備的特點。微型水力發(fā)電機組為整裝機組，即水輪機、發(fā)電機是組裝在一起的，安裝機組比較方便。②技術(shù)的主要性能參數(shù)。發(fā)電機相數(shù)：單相、三相；勵磁方式：永磁、三次諧波；發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速：1500轉(zhuǎn)／分；整機效率：40％一60％；額定輸出電壓：230伏／400伏；額定頻率：50赫茲。③推廣該項技術(shù)需要注意的事項。控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制調(diào)整需要專業(yè)人員到場。輸電線路的架設(shè)也需要持證電工上崗。④主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況。(a)軸伸貫流式微水電機組：由南京龍潮微小水電研發(fā)推廣有限公司生產(chǎn)，該公司組建不久，主要借助農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所和水利部南京水利科學(xué)院的技術(shù)優(yōu)勢，推出的產(chǎn)品有：軸伸貫流式微水電機組、混流式微水電機組，效率高，適用水頭范圍廣；配套上海強輝電機有限公司的同步發(fā)電機和大理力達能源實用技術(shù)研究所的控制器。整機價格在每千瓦3000元左右。產(chǎn)品在四川、湖南推廣，有少量出口。目前總共銷售了20多臺機組