青肯泡風光互補發電技術綜述

蔡翠佳 李平杰 吳小峰

【摘要】風光互補發電技術是風電系統產品研發和設計的關鍵。本文從風光互補系統組成及風光互補發電技術原理，綜合闡述了風光互補發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帶來的經濟效益和社會效益，認為風光互補發電技術這一項目是可行的。

【關鍵詞】風光互補 節能 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排放污水，集中排放到青肯泡，經凈化處理達標后，流入松花江，國家通過衛星監控系統進行隨機監控。

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

2風光互補技術系統概述

根據國家權威部門的統計資料顯示：大慶石化污水處理場區域，通常風速在1.5～4.0之間，我們以務實的態度面對現實，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。風力發電的塔架造價是與高度成指數上升，使用電力12米機塔，是最節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電機起動風速一般在1.5米/秒-4米/秒之間，而國產普通小型風力發電機的額定風速一般在3米/秒-10米/秒之間；歐洲小型風力發電機的額定風速一般在12米/秒-15米/秒之間。小型風力發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組成

3.1小型風力發電機工作原理

3.1.1風輪的功率特性

風輪產生的功率與空氣的密度成正比，風輪產生的功率與風輪直徑的平方成正比，風輪產生的功率與風速的立方成正比，風輪產生的功率與風輪的效率成正比。風力發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風力發電機的發電機理

在風的吹動下，風輪轉動起來，使空氣動力能轉變成了機械能（能速+扭矩）。風輪的輪轂固定在發電機軸上，風輪的轉動驅動了發電機軸的旋轉，帶動永磁三相發電機發出三相交流電。風速的不斷變化、忽大忽小，發電機發出的電流和電壓也隨著變化。發出的電經過控制器的整流和穩壓，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風力機的調向原理

在額定風速以內，尾翼板與風輪旋轉面保持垂直，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，尾翼板也隨之轉動，但始終與風向保持平行，所以風輪旋轉面也總是對著風向。

3.1.4蓄電池的工作原理

當外電路通入電流時，在蓄電池內部由電能轉變為化學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，在蓄電池內部由化學能轉變為電能向外電路供電的過程稱為放電。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與混在一起的細小硫酸鉛結晶變成較大的晶粒，增加極板的電阻，使蓄電池內阻增大；過充且電流過大時，則容易產生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質脫落而損壞。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的工作狀態。

3.1.6小型風力發電機的應用

當使用地區的年平均風速為2.5米/秒時，一臺5000瓦的小型風力發電機每年平均可發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風光互補發電系統組成規模

戶用風/光互補供電系統是由小型風力發電機組、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。根據不同地區的風能、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，風力發電機的太陽能光伏電池發出的電，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/光互補供電系統的優點是可以同時利用當地的風力資源和太陽能資源，起到多能互補的作用。由于本地區夏季風力資源較弱，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-光互補系統能夠保證用戶均衡充足的用電需求。

通常，獨立的光伏發電系統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結語

風光互補技術應用的經濟效益分析。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，每臺5000瓦風力機在保證全年處于正常工作狀態下，每年可發電11900度左右，平均每天30.6度電。根據多年的實際使用情況，使用小型風力發電機的經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濟效益卻是顯而易見的，在有些地區是很顯著的。使用風力和太陽能發電，兼有社會效益、環境效益和經濟效益，本方案是可行的。

參考文獻：

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