青肯泡风光互补发电技术综述

蔡翠佳 李平杰 吴小峰

【摘要】风光互补发电技术是风电系统产品研发和设计的关键。本文从风光互补系统组成及风光互补发电技术原理，综合阐述了风光互补发电技术在大庆石化公司水气厂污水处理地青肯泡的应用，分析了风光互补系统带来的经济效益和社会效益，认为风光互补发电技术这一项目是可行的。

【关键词】风光互补 节能 效益分析

1引言

大庆石化公司水气厂污水排放处理厂是黑龙江省最大的污水处理场，年处理污水量60万吨，大庆石化公司的十一个化工分厂的生产排放污水，集中排放到青肯泡，经净化处理达标后，流入松花江，国家通过卫星监控系统进行随机监控。

目前，青肯泡污水处理厂用电来自农电网，电压不稳，线损大，电费较贵，停电现象时有发生，严重影响污水场的正常工作和国家卫星监控系统的随机监控。如果在大庆石化公司水气厂污水处理场建设一座50KW风力和太阳能发电站，可解决这一被动局面。

2风光互补技术系统概述

根据国家权威部门的统计资料显示：大庆石化污水处理场区域，通常风速在1.5～4.0之间，我们以务实的态度面对现实，适应于大自然，计算出最佳的设计方案，使其投资回报率与小水电站相当。风力发电的塔架造价是与高度成指数上升，使用电力12米机塔，是最节约投资的一个非常好的设计方案。本项目选用的微风启动小型风力发电机起动风速一般在1.5米/秒-4米/秒之间，而国产普通小型风力发电机的额定风速一般在3米/秒-10米/秒之间；欧洲小型风力发电机的额定风速一般在12米/秒-15米/秒之间。小型风力发电机的最大工作风速一般在25米/秒左右。

3风光互补技术原理及系统组成

3.1小型风力发电机工作原理

3.1.1风轮的功率特性

风轮产生的功率与空气的密度成正比，风轮产生的功率与风轮直径的平方成正比，风轮产生的功率与风速的立方成正比，风轮产生的功率与风轮的效率成正比。风力发电机风轮的效率一般在0.35-0.45之间（理论上最大值为0.593）。

3.1.2风力发电机的发电机理

在风的吹动下，风轮转动起来，使空气动力能转变成了机械能（能速+扭矩）。风轮的轮毂固定在发电机轴上，风轮的转动驱动了发电机轴的旋转，带动永磁三相发电机发出三相交流电。风速的不断变化、忽大忽小，发电机发出的电流和电压也随着变化。发出的电经过控制器的整流和稳压，由交流电变成了具有一定电压的直流电，通过逆变器后变成了220伏的交流电，供给用户的家用电器。

3.1.3风力机的调向原理

在额定风速以内，尾翼板与风轮旋转面保持垂直，尾翼板与风向保持平行，因而保证了风轮的正向迎风。当风向变化时，尾翼板也随之转动，但始终与风向保持平行，所以风轮旋转面也总是对着风向。

3.1.4蓄电池的工作原理

当外电路通入电流时，在蓄电池内部由电能转变为化学能储存起来的过程称为充电。当蓄电池向外电路输出电流时，在蓄电池内部由化学能转变为电能向外电路供电的过程称为放电。任何蓄电池的使用过程都是“充电”、“放电”周而复始地进行的。使用中，要防止蓄电池过充或过放。过放会造成活性物质与混在一起的细小硫酸铅结晶变成较大的晶粒，增加极板的电阻，使蓄电池内阻增大；过充且电流过大时，则容易产生气泡过于剧烈，易使极板活性物质脱落而损坏。同时水分消耗也大，浪费蒸馏水和电力。所以，必须对蓄电池进行过充或过放自动保护。

3.1.5控制逆变器的保护功能

过充保护：当风速持续较高，蓄电池充电很足，蓄电池组电压超过额定电压1.25倍时，控制器停止向蓄电池充电，多余的电流向卸荷器。

过放保护：当风速长期较低，蓄电池充电不足，蓄电池组电压低于额定电压0.85倍时，逆变器停止工作，不再向外供电。当风速再增高，蓄电池组电压恢复到额定电压的1.1倍时，逆变器自动恢复工作、向外供电。控制逆变器上装有电压表，便于用户随时了解系统的工作状态。

3.1.6小型风力发电机的应用

当使用地区的年平均风速为2.5米/秒时，一台5000瓦的小型风力发电机每年平均可发11900度电。平均每天30.6度电，基本可以满足石化污水处理场的用电。

3.2风光互补发电系统组成规模

户用风/光互补供电系统是由小型风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、控制-逆变器、电线和用电设备等组成。根据不同地区的风能、太阳能资源，以及不同的用电需求，用户可配置不同的供电模式。户用风/光互补供电系统的控制逆变器上设置了风力机和太阳能光电板两个输入接口，风力发电机的太阳能光伏电池发出的电，通过充电控制器向蓄电池组充电；然后将蓄电池出来的直流电通过逆变器转换为适合通用电器的220伏、50赫兹交流电。户用风/光互补供电系统的优点是可以同时利用当地的风力资源和太阳能资源，起到多能互补的作用。由于本地区夏季风力资源较弱，但太阳能资源较强；在冬季太阳能资源较弱，而风力资源较强。采用风-光互补系统能够保证用户均衡充足的用电需求。

通常，独立的光伏发电系统主要由太阳电池方阵、蓄电池、控制器、逆变器、支架、导线、阻塞二极管及输配电组成。

4结语

风光互补技术应用的经济效益分析。以目前应用最多的5000瓦风力机为例：在年平均风速2.5米/秒的地区，每台5000瓦风力机在保证全年处于正常工作状态下，每年可发电11900度左右，平均每天30.6度电。根据多年的实际使用情况，使用小型风力发电机的经济效益不能单一看直接效益。虽然收回成本需要10年到15年的时间。但是用户所获得的间接经济效益却是显而易见的，在有些地区是很显著的。使用风力和太阳能发电，兼有社会效益、环境效益和经济效益，本方案是可行的。

参考文献：

[1]叶杭治.风力发电机组的控制技术.机械工业出版社，2002.

[2]黄素逾.能源与节能技术.北京中国电力出版社，2004.

[3]赵凤山.风力发电论文集.金佰出版社，2002.