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利用风能、太阳能解决边远地区独立供电的研究和实践

 作者: 马胜红 刘杰 郭小坚 刘金启 李安昌 来源:不详 时间:2006-6-25

 
 

风力机系统专门设计有驱动潜水泵工作的模式,以满足泵水的需求。每台风力机可以带动专用的功率为4.6KW的潜水泵工作,具有相当高的提水能力。表4是单台风力机分别带动两种扬程的潜水泵的年提水量。

表4 INVENTUS 6/19 风力发电机带水泵年出水量

表5 各种形式供电系统的比较

注:在计算kWh电成本时,各种供电系统的供电基本条件必须一致,即按无电地区距最近常规电网为30km;供电系统容量为日供电量60kWh;计算用电地区年平均风速6m/s;相同的供电时间(即同为24h连续供电);负载消耗相同的电能(目前边远乡所在地的日耗电总量为10~40kWh,这里按56kWh计算);用电地点距最近电网距离30km;系统按20年折旧计算;计算中假设投资的60% 由国家拨款,20%由当地政府解决,其余20%由银行贷款解决。

表5给出了与其它形式供电系统的比较情况。

由机械工业部呼和浩特畜牧机械研究所(内蒙古华德新技术公司)与德国WENUS等公司合作,共同开发了适用于我国边远无常规电网地区生活和部分生产用电的风力/蓄能/柴油系统,从1994年到1996年已在内蒙古自治区解决了7个乡政府所在地的用电问题。目前正在进一步扩大该供电系统使用范围,将在更多省、市、自治区边远村落推广使用。

从安装投入运行以来,系统工作安全可靠、无故障运行,保证了当地的用电要求。以内蒙古四子王旗白音敖包苏木2×5kW风力/蓄能/柴油供电系统为例,其使用情况如下:

表6 白音敖包苏木2×5kW风力/蓄能/柴油供电系统运行收支表

系统至1994年11月投入运行以来,运行一直正常。根据实际记录的截止到1996年8月底的数据,其电费收支情况见表6。

2.1.2 乡(苏木)用光电/柴油/蓄能系统

内蒙古华德新技术公司从1994以来,先后在伊盟嘎鲁图苏木呼和淖尔嘎查和阿拉善盟阿左旗罕乌拉苏木设计安装了2000W和8000W。太阳能发电系统,系统运行良好,保证了苏木所在地不间断供电,效益十分显著。罕乌拉苏木系统的配置情况见图7。

系统采用多晶硅太阳能电池板,其特点为无机械运动、无噪声、寿命长、效率高,与国产57600Wh固定式干荷蓄电池以及12~15kW柴油发电机配合,组成光电/蓄电池/柴油机备用发电系统,所选用的逆变器具有噪声低、效率高、自我保护性能好等特点。为了有效地保护蓄电池,系统采用了全自动充放电控制器,具有过压调节、欠压保护等功能,以防止电瓶过充和过放电,从而延长其寿命。除上述特点之外,光电/蓄电池/柴油机发电系统不受无风的影响,适用于日照强、平均风速低的边远农村、牧区。

该系统技术示范在内蒙古西部地区取得非常好的结果,深受当地政府和牧民欢迎。按照内蒙古自治区的安排,1997年阿拉善盟将有13个苏木安装这种系统。

图7 罕乌拉光电/蓄能/备用柴油发电系统配置图

(1) 160×50WP 光电池;(2) 5×1.60KW组合接线盒;(3) 2×4.00KW充电控制器;(4) 24×2.40KWH蓄电池;

(5) 2×3.50KW逆变器,1×1.50KW逆变器;(6) 12.00KW开关柜;(7) 1×12.00KW柴油发电机组

2.2分散农牧户用系统

一般人口不超过10人,主要用电需求为照明、电视及其它家用电器,表7是用电估算结果,图8是全天用电分布情况。

表7 分散农牧户用电估算

图8 牧户用电功率分布

我国内蒙古、甘肃、青海、新疆、西藏、四川等省区的辽阔草原上,散居着几百万户各族牧民。实践证明,采用风/光互补系统或光电系统是解决散居牧户生活用电的好办法。典型的风/光互补系统由一台300W风力充电机、150WP光电板、6KWH蓄电池和一台600W逆变器组成,系统价格15000元左右,可以根据当地风能资源条件和负载情况相应地调整光电容量。其配置见图9。

从1994年以来,华德新技术公司研制开发出了该系统的关键设备,包括充电控制器、逆变器系列产品,这些产品的设计分考虑了用户技术水平低、维修困难的实际情况,具有全自动保护、高效率、高可靠性。1995年以来,华德新技术公司在内蒙古的锡林郭勒盟、乌兰察布盟、巴彦淖尔盟等地先后安装了10套这种系统,让这些祖祖辈辈点羊油灯的牧民用上了电冰箱、洗衣机、电风扇、小水泵,看上了彩电,享受到现代文明。一年多的运行表明,该系统设计合理、技术先进、使用可靠,日均发电量2~3KWH,满足了牧户的生活需求,深受牧民欢迎。目前正在解决贷款渠道,不久就会大规模推广应用。

图9 分散农牧户用风/光互补系统配置

在风况不好的地区,户用光伏系统就成为优选的系统。光伏系统突出的优点是整机使用寿命长、少维护、可靠性高、无噪音、无环境污染、对蓄电池的保护较好,但一次性投资较大。

一般地说,这种系统有交流和直流两种供电方式。50W以下的系统采用直流供电,50W以上的则采用交流供电。系统组成有太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器、逆变器。图10是100W的这种系统。

图10 光电系统构成框图

1996年测试了内蒙古赛汉塔拉的一套100W系统,该系统每天发电0.52kWh。

针对不同家庭的用电需求,华德公司从1992年起陆续开发了200W、150W、100W、50W、20W、10W等不同级别的户用光伏系统,应用在内蒙古的锡盟、乌盟、巴盟、伊盟和阿盟以及西藏、宁夏、青海等地,总容量超过10kW,运行良好,用户给予很高的评价。预计今后两年华德公司将推广300套户用系统,总容量不低于30kW。下面以100W系统为例计算电成本。

整个系统价格7000元,包括下面几个部分:太阳能电池,5000元;控制逆变器,1000元;蓄电池,400元,电缆、支架、安装,600元。

系统使用寿命20年。假定20年内更换三次蓄电池,更换一次控制逆变器,更换电缆、小部件等费用300元,则整个系统运行20年后共花费9500元(静态价格)。该系统可日供电0.5kWh(内蒙古本部的年平均值),20年内可供电3650kWh,故每kWh电成本为2.6元。

对于边远无电地区的农、牧民来说,使用柴油发电的kWh成本为3~4元(包括维护费用),所以光伏系统的成本低于柴油发电,经济效益是显著的。

2.3 沿海岛屿及有较大生产负荷的边远村镇供电系统

沿海岛屿因冷藏、渔业加工的需要以及人口相对较多,所以用电负荷较大,对供电的品质要求较高,中西部内陆一些有较大生产负荷的边远村镇也有类似的要求。智能化风力/柴油/蓄能独立供电系统是适合于这类应用要求的最佳选择,其供电质量(电压和频率稳定性)优于中小型柴油发电站;在风况好的地区,风力发电量可达40~70%,柴油机运行时间可减少40%以上,电成本仅为单纯柴油发电成本的1/2~1/3。

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