小型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

小型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)是由小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能光伏電池組、蓄電池、控制一逆變器等組成(見(jiàn)圖4—2)。根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)能、太陽(yáng)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(bǔ)供電系統(tǒng)的控制一逆變器上設(shè)置了風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能光電板兩個(gè)輸入接口，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能光伏電池發(fā)出的電，通過(guò)充電控制器向蓄電池組充電，然后將從蓄電池出來(lái)的直流電通過(guò)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(bǔ)供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力資源和太陽(yáng)能資源，起到多能互補(bǔ)的作用。目前，小型風(fēng)光互補(bǔ)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(jī)可以配用100瓦的光電板；500瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以配用150—200瓦的光電板；1千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，供電更加充足，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。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(dòng)能作功的技術(shù)，包括微型水力發(fā)電(簡(jiǎn)稱微水電)、水輪泵、水碾、水磨等多種以水流為動(dòng)力的工作技術(shù)。由于有了水電之后，其他各種水力機(jī)械都可以用電動(dòng)機(jī)械代替，并且更加方便，所以其他水力機(jī)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(jiǎn)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(jī)容量較小。目前，世界各國(guó)對(duì)微水電的裝機(jī)容量規(guī)定不一，總的格局是工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家趨于大。英國(guó)規(guī)定微水電的最大裝機(jī)容量為l000千瓦，其次是美國(guó)和法國(guó)規(guī)定微水電的最大裝機(jī)容量為500千瓦，我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定微水電的最大裝機(jī)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(jī)房、微型水力發(fā)電機(jī)組、配電裝置、壓力前池、攔污排污設(shè)施、引水管道、機(jī)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(hù)裝置構(gòu)成。其中核心的是微型水力發(fā)電機(jī)組，它主要由水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制器(或調(diào)速器)三大部件組成。由此可見(jiàn)，微水電是集水利、水工、機(jī)械、電機(jī)、控制、輸電、土建等多項(xiàng)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(jī)組。單戶型微水電只供單家獨(dú)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(jī)一般為永磁發(fā)電機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、少維護(hù)或免維護(hù)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。單戶型微水電站需要配備自動(dòng)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的電子調(diào)控器，供電距離不應(yīng)超過(guò)1千米。單戶型機(jī)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(shí)，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(jìn)行建造。(2)村級(jí)聯(lián)網(wǎng)型微水電技術(shù)。村級(jí)聯(lián)網(wǎng)型微水電其設(shè)備以整裝機(jī)組為主，發(fā)電可以供一個(gè)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(jìn)行。機(jī)組配有自動(dòng)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的電子調(diào)控器或調(diào)速器，可多臺(tái)機(jī)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(guò)5千米。村級(jí)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(shí)，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(jí)并網(wǎng)型微水電技術(shù)。鄉(xiāng)級(jí)并網(wǎng)型微水電的裝機(jī)容量為30—100千瓦，采用并網(wǎng)供電，可以對(duì)處于電網(wǎng)末端山鄉(xiāng)電網(wǎng)進(jìn)行電力就近補(bǔ)充，提高山鄉(xiāng)電網(wǎng)的供電質(zhì)量和運(yùn)行效率。發(fā)電設(shè)備以整裝機(jī)組為主，需要安裝并網(wǎng)變電設(shè)備。電站建設(shè)應(yīng)進(jìn)行正規(guī)勘測(cè)和設(shè)計(jì)，工程要在專業(yè)技術(shù)人員的管理指導(dǎo)下進(jìn)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(dú)立供電枯水期五電可供，發(fā)出的電無(wú)法全部利用，發(fā)電戶自己收費(fèi)的高人力成本及無(wú)法避免糾紛等離網(wǎng)運(yùn)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(xiǎn)投資項(xiàng)目之一。鄉(xiāng)級(jí)并網(wǎng)型微水電站需要的水資源流量為100～10000立方米／時(shí)，落差5～120米。往往需要借用小一或小二型水庫(kù)或較大的灌溉水渠蓄調(diào)水量，才能保證年發(fā)電時(shí)間，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。3．應(yīng)用成效(1)經(jīng)濟(jì)效益。微水電的直接經(jīng)濟(jì)效益來(lái)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(fèi)開(kāi)支。二是直接向用戶供電，發(fā)電戶上門(mén)向用電戶收費(fèi)。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(shí)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(huì)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(jí)、鄉(xiāng)級(jí)的微水電就會(huì)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民投資的熱門(mén)項(xiàng)目。(2)社會(huì)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_(kāi)發(fā)利用。從微水電的開(kāi)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(hù)農(nóng)田水利、實(shí)現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的電動(dòng)加／12)的“三農(nóng)”水電。其社會(huì)屬性肯定姓“農(nóng)”。微水電的開(kāi)發(fā)利用是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后的山區(qū)，其直接的社會(huì)效益就是扶助弱勢(shì)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(tái)300瓦的微水電電動(dòng)碾米機(jī)，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(tái)5千瓦的微水電機(jī)組配套安裝磨漿機(jī)后，每年為腐竹生產(chǎn)專業(yè)農(nóng)戶節(jié)省電費(fèi)五六千元。云南的咖農(nóng)用微水電拖動(dòng)咖啡脫殼機(jī)，解決了咖啡收獲后脫殼難的問(wèn)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(kāi)展卡拉OK、跳舞、看錄像等活動(dòng)。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(hù)農(nóng)田水利設(shè)施的“以電養(yǎng)灌”行動(dòng)，為部分小型水庫(kù)的養(yǎng)護(hù)開(kāi)辟出一條充滿希望的新思路，也成為微水電發(fā)展的一個(gè)新方向。4．我國(guó)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)20多年的努力，我國(guó)微水電技術(shù)在水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制器等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，國(guó)內(nèi)微水電的整機(jī)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(jī)組，經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，證明其使用壽命、穩(wěn)定性、安裝操作方便性等都達(dá)到了產(chǎn)品化的要求，適用于我國(guó)農(nóng)村。2006年，在四川微水電的多機(jī)并聯(lián)供電也取得了成功?？偟膩?lái)說(shuō)，只要用戶在經(jīng)費(fèi)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(fèi)用，這是水電行業(yè)的一貫做法，而用在微水電上，就會(huì)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(kāi)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)模化推廣的基礎(chǔ)。5．國(guó)外發(fā)展情況(1)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、英國(guó)、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(jī)、水輪機(jī)效率兩個(gè)方面與國(guó)內(nèi)微水電相比有較大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外微水電的整機(jī)效率最高可達(dá)到75％，使用壽命可達(dá)20年。隨著發(fā)展中國(guó)家微水電需求量的增長(zhǎng)和各國(guó)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，微水電開(kāi)始受到各國(guó)政府的重視。國(guó)外的一些較大公司和研究所開(kāi)始關(guān)注微水電的研發(fā)工作，但是尚沒(méi)有大的作為。(2)發(fā)展趨勢(shì)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(guó)、加拿大、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的微水電機(jī)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(jī)，以柴油發(fā)電機(jī)替代水力發(fā)電機(jī)等，取得了很好的效果。尤其是小功率機(jī)組方面，替代部件集成的機(jī)組大有取代專用機(jī)組之勢(shì)。(3)對(duì)我國(guó)的啟示由于中國(guó)小水電開(kāi)發(fā)有很好的工作基礎(chǔ)，聯(lián)合國(guó)工發(fā)組織在世界微水電發(fā)展方面對(duì)中國(guó)寄予厚望。許多國(guó)家也不斷在中國(guó)尋求微水電方面的合作，但目前都還處于小規(guī)模試驗(yàn)階段。我國(guó)應(yīng)該盡快立項(xiàng)開(kāi)展系列化微水電設(shè)備的研發(fā)，以3～5個(gè)系列的產(chǎn)品覆蓋整個(gè)微水能資源，形成批量生產(chǎn)，以確立我國(guó)微水電設(shè)備在國(guó)際上的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。(二)技術(shù)要點(diǎn)1．單戶型微水電機(jī)組(1)技術(shù)路線(工藝流程)。見(jiàn)圖4-3(2)主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點(diǎn)。①各部件和設(shè)備的特點(diǎn)。核心部分是一體化的微型水力發(fā)電機(jī)組，即水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、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(jī)相數(shù)：?jiǎn)蜗?；?lì)磁方式：永磁、三次諧波；發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速：1500轉(zhuǎn)／分；整機(jī)效率：35％～50％；額定輸出電壓：230伏；額定頻率：50赫茲。③推廣該項(xiàng)技術(shù)需要注意的事項(xiàng)。單戶型微水電機(jī)組由用戶自行建設(shè)安裝，需要對(duì)用戶進(jìn)行簡(jiǎn)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(shuō)明書(shū)要通俗、詳細(xì)、實(shí)用。要有公益性的技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)和修理網(wǎng)點(diǎn)。④主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況。單戶型微水電機(jī)組是成套性整裝機(jī)組，我國(guó)目前性能較好的單戶型微水電機(jī)組主要有以下機(jī)型。(a)軸流式微水電成套整裝機(jī)組：在農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所指導(dǎo)下，由四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院設(shè)計(jì)生產(chǎn)，水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速較高，適用水頭較低、流量大的水力資源，能夠自動(dòng)穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。300～500瓦機(jī)組，含進(jìn)水管接口、尾水管等，每套價(jià)格在1500～2000元之間。功率1千瓦以上的機(jī)組，價(jià)格在每千瓦2000～3000元之間。到目前推廣使用量約為200臺(tái)。(b)沖擊式微水電成套整裝機(jī)組：由大理力達(dá)能源實(shí)用技術(shù)研究所生產(chǎn)，水輪機(jī)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(dòng)穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。300～500瓦機(jī)組，含進(jìn)水閥門(mén)，每套價(jià)格在1200～1500元之間。功率1千瓦以上的機(jī)組，價(jià)格在每千瓦2000～3000元之間。到目前推廣使用量約為500臺(tái)，已出口約100臺(tái)。此外大理力達(dá)能源實(shí)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(jī)組：由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所設(shè)計(jì)，張家港英德利公司生產(chǎn)，水輪機(jī)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(dòng)穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。300～500瓦機(jī)組，含進(jìn)水閥門(mén)，每套價(jià)格在l400～2000元之間。到目前推廣使用量約為50臺(tái)。2.村級(jí)聯(lián)網(wǎng)型微水電機(jī)組（1.）技術(shù)路線（工藝流程）。見(jiàn)圖4-4.(2)主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點(diǎn)。各部件和設(shè)備的特點(diǎn)。微型水力發(fā)電機(jī)組為整裝機(jī)組，即水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)是組裝在一起的，安裝機(jī)組比較方便。②技術(shù)的主要性能參數(shù)。發(fā)電機(jī)相數(shù)：?jiǎn)蜗?、三相；?lì)磁方式：永磁、三次諧波；發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速：1500轉(zhuǎn)／分；整機(jī)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(xiàng)技術(shù)需要注意的事項(xiàng)。控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制調(diào)整需要專業(yè)人員到場(chǎng)。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(jī)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(jī)械化研究所和水利部南京水利科學(xué)院的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推出的產(chǎn)品有：軸伸貫流式微水電機(jī)組、混流式微水電機(jī)組，效率高，適用水頭范圍廣；配套上海強(qiáng)輝電機(jī)有限公司的同步發(fā)電機(jī)和大理力達(dá)能源實(shí)用技術(shù)研究所的控制器。整機(jī)價(jià)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(tái)機(jī)組