风光互补发电系统技术和部件

风光互补发电系统技术和部件,中国风能设备协会,一、风光互补路灯技术、部件和运行,设计概念 结构和电路 特性 主要部件 标准解决方案,设计概念,从风光资源对照图上可以明显的看出风力资源和太阳能资源在不同的时段、季节、天气条件分布都不同,可从总的能源分布来看，风、光资源在时间上和地域上都有很强的互补性；通常白天太阳光最强时风很小,晚上太阳落山后光照很弱但由于地表温差变化大而风能加强;夏季太阳光强度大而风小,冬季太阳光强度弱而风大。风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统各自在资源上的缺陷。,风能和太阳能的月变化,风能和太阳能的日变化,设计概念,所谓风光互补发电系统就是指将太阳能和风能联合起来、使二者优劣互补进行发电的发电系统。太阳能与风能在时间上和地域上天然具有很强的互补性，风力发电机（风电）和太阳能发电（光电）系统在中国已经得到广泛应用。这两种发电方式各有其优点，但风电和光电分别在无风和阴雨天等气候条件下无法保证电能的连续供应，对于无电网的边远地区，单独使用风电或光电需配备相当大的储能设备。采用风力发电和太阳能发电互补（风光互补）技术后，可以有效解决单一发电不连续问题，保证基本稳定的供电。中国属季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射强度小；夏季风小，太阳辐射强度大，风光互补发电技术正在得到广泛应用。以风力和光资源为能源，通过风力发电机和太阳能电池将风能和太阳能转化为电能，供给用电设备使用。,系统配置,风力发电机,设计概念,概括来说，风光互补路灯系统具有几个特点：（1）、风电和光电系统在道路照明上的应用，解决了传统路灯建设工期长，投入大，维护成本高等缺点。（2）、风光互补路灯系统节省常规能源、环保、零碳排放。（3）、风光互补路灯系统，可满足特殊环境下，常规路灯不能安装的弊端。现在普遍应用的有两种机型：一种是水平轴；另一种是垂直轴。风力发电机组由风轮、永磁发电机、塔架、控制器、逆变器和蓄电池等组成, 整机结构简单,重量轻,低速发电性能良好,可靠性高,安装维护方便易搬迁等特性。应用于路灯系统的风力发电机组通常功率为 400W-1500W。太阳能电池组件是将太阳光能直接转换为电能的发电装置,主要是晶体电池片,具有效率高,寿命长, 抗风雨冰雹,以及安装方便等特性。应用于路灯系统的太阳能电池组件通常使用功率为 80W-160W。,设计概念,1、根据路面宽度进行光源的设计；2、根据风能、太阳能资源进行风电机组与太阳能电池板的匹配设计；3、根据亮灯时间要求进行蓄电池容量的设计；4、根据当地极限风速进行灯杆强度的设计；5、设计要符合国家道路照明的标准。,设计概念,耐受的强风,现场地形,照明要求,风力资源,太阳能资源,光源设计,基础与灯杆的设计,风能输出,太阳能输出,负荷的工作小时数,负荷能力,风光互补控制设计,蓄电池和光控系统设计,风光互补路灯,400w,LAMP,控制器,11m,太阳能电池板,风力发电机,蓄电池组,风光互补路灯,风光互补路灯,风光互补路灯是一种智能的、小型的和离网的 LED路灯系统。它由太阳能光电池、风力发电机、 PV 深循环蓄电池、控制器和 LED灯组成的系统。这种路灯系统以太阳能和风能做能源并利用这种能源在夜间自动照明。这种系统是免维护的、没有日常运行成本支出的离网独立运行照明装置。,Saipan Island 2011,风光互补路灯系统是怎样工作的?,风力机的风轮把风能转换成机械能，风轮轴驱动发电机把机械能转换成电能; 然后，通过控制器把这些电能储存在蓄电池中。,太阳能电池板使通过其光电效应把光能量转换电能,然后，通过控制器把这些电能储存在蓄电池中。,LED 灯泡是这个系统的用电器，它给道路提供照明的光源。,风光互补路灯控制器根据光照强度、风速大小和负荷的变化调节蓄电池的工作条件。一是为直流负荷提供可调节的电能，二是 把多余的电能储存在蓄电池里。,蓄电池组由多块蓄电池组成并在系统中具有调节功率和保持负荷平衡的作用 。蓄电池组把风电机组和太阳能电池板发出的电能转化成化学能储存在蓄电池中。并在需要时释放出电能提供给 LED灯泡进行照明。,风光互补路灯系统是怎样工作的?,控制器的作用是对供电系统进行全面的检测、控制、保护和管理，满足高质量供电的要求；1、充电：当有风吹动风轮旋转时，风力发电机开始发电，并通过控制器向蓄电池充电。当太阳有红紫外线时，太阳能板产生电能通过控制器向蓄电池充电。2、照明：当蓄电池电能达到一定设计值时，控制器根据大地的光线的强弱来开启或关闭照明灯具。晚上，当大地光线强度减弱到一定亮度时，开关被控制器开启，此时，蓄电池电能通过控制器对灯具供电，从而达到照明目的。3、熄灯：当大地光线强度达到一定亮度时，通过控制器关闭对灯具的供电，灯具熄灭（简称光控，还可以设定时间来控制）,High-tech Industrial Zone Application 2009,系统 的特性,安装方便:线路长度较短、 不用挖沟埋线、 采用快速连接插头易于安装。,节省常规能源: 使用的是将风能和太阳能这些自然界取之不尽的新能源转换成的电能。,高效率: 光源使用高效率25 - 120 w LED灯,可发更高的亮度,消耗更少的电。,使用寿命长: 系统具有长的使用寿命 风电机组寿命15年, 太阳能光电板寿命30年。,免维护: 独立的解决方案灯的开/关由日光感应或预设定时自动控制,没有运行或维护成本,可靠性: 对We对风能和太阳能充电的良好控制延长了蓄电池的工作寿命,在雨天或多云天气,蓄电池组可以连续支撑 3-5天保证路灯照明。,安全性: 风力机振动很小, 精心设计的重型灯杆可以承受 40m/s的强风; 只有电压12V/24V的电流,没有触电的危险。,风力机发电机的主要部件,产品特性Product Special Features高效率轻风就可起动长寿命、免维护重量轻、易安装大风下可以自我保护运行时，振动很小、噪音很低防锈、抗腐蚀防潮湿、抗风沙,Highlight Features,Light Breeze Start Up5 blade wind turbine is specially designed for low-wind area where has annual wind speed of 2.5-8m/s, as most world area has over 85% of time (hours) is at wind speed of 2.5-8m/s, which means wind generator could generate power in 85% of yearly time and this is why 5 blade wind turbine would have better annual power output.,Minimal Vibration & Low Noise OperationThe blades have exceptional consistency and aerodynamic outline with a mass distribution which ensures the rotor operate with minimal vibration and very low noise.,Perfectly matched rotor and generator cause much less resonance of wind turbine and tower.,Blade Aerodynamics Braking limits blade to rotate at rated RPM which could avoid higher noise and vibration caused by extreme wind.,Over-speed Control SystemSmart Blade Aerodynamics BrakingAbandoned the traditional failure-prone mechanical furling system, the blade itself is designed with over-speed braking system which will generate a reverse reluctant torque to lower the blade rotation speed so that the blades and generator can be well protected in higher wind, it solved safety and reliability problems facing by most small wind turbines.,Electromagnetic Speed LimitationCombination of Electromagnetic braking and aerodynamic braking maximizes energy capture by extending turbines operating speed range into higher and lower wind speed which are missed by the old style wind turbines.,这个功率曲线表明：该风轮的空气动力制动系统在 14-15m/s风速时开始起作用。即使在高风速下，风轮的转速也总是被限制在额定的最大转速之内。,主要部件 太阳能光电板,太阳能光电板（多晶硅）,Major Component LED Streetlight,使用 LED灯泡的优点,耗电少开关迅速效率高每瓦流明高光线分布更均匀 对夜间活动的昆虫缺少吸引力寿命长达60,000小时 LED灯泡的预期寿命可以延长到 10到15 年 运行安静 没有哼哼或嗡嗡的噪声,LED 路灯 技术参数,主要部件 风光互补控制器,风光互补控制器是太阳能和风能输入和输出的控制器。该装置可以同时控制太阳能光电板和风力机对蓄电池的充电。 在晚上，一个开放的双向直流输出光控制器就会自动激活直流输出,并在白天关闭直流输出，该系统可以由定时器或光传感器控制照明的时间。,风光互补控制器-技术性能,基本特性蓄电池过充电、过放电保护和蓄电池开路保护.负荷过电压保护。夜间反逆向充电保护。光感应或时间输出控制，或综合控制。可选的低电压充电模块可选的远程通讯功能。,主要部件 蓄电池组,对于风光互补照明系统来说,作为蓄能装置的蓄电池组是一个关键部件。 它的性能对整个风光互补照明系统的预期寿命有致关重要的影响。根据所需的电压和安培小时容量，它可以是一块蓄电池或多快蓄电池连接在一起组成的蓄电池组。蓄电池的容量配置是最重要的电力决策,在这方面,一个明智的选择可以帮助保证稳定的电力供应,并使系统的操作简单、维护方便。,标准胶体电池的性能参数,Specification of a Standard gel battery,主要部件 灯杆,灯杆的总高度被设计成 8/10/12米三个等级, 灯源距离地面约 7米。灯杆由有缝钢管制成，壁厚不小于5毫米。 灯杆表面采用了热浸镀锌层处理，镀层厚度 75u 85u, 然后对表面喷洒塑料粉末涂料。保证的工作寿命为30年 (5-年 不退色） 表面 20年不锈蚀）。灯杆被设计成可抗 40m/s的大风。,Single light,Double Lights,Main & sidewalk light in 1,风光互补路灯系统使用方案,一带一系统,1,2,3,一带三系统,一带六系统,一带一风光互补路灯照明系统,一带一的风光互补路灯照明系统,负荷条件: 一盏 90W LED灯泡每天工作 8小时, 前4个小时全功率工作，后 4个小时半功率工作。 在无风而且阴雨的情况下,系统可以连续工作三天。 风能和太阳能资源条件: 年平均风速3.5-4m/s的内陆地区。 太阳能三类资源地区,每年晴天超过 280天。应用:城市主要道路照明军用照明 高速公路照明 大门前照明,风光互补路灯应用中遇到的问题,随着风光互补路灯的大规模推广应用，在某些应用场合,一带一的模式出现了路灯照度低、亮灯时间不保证、系统故障率高和建设成本高等一系列问题。分析其原因，主要有以下几个方面： （1）路灯的安装位置受路边障碍物的影响，风和太阳都被遮挡，影响了风力发电机和太阳能电池板的发电量，路灯的供电量得不到保证；（2）每套路灯一套发电系统，运行维护成本高；而且，只能采用巡检的方式发现路灯的故障，无法对路灯进行远程监测管理； （3）这种应用模式的风光互补路灯的建设成本高，不适合大规模推广应用。,已有解决办法,针对风光互补路灯所面临的这些问题，我们提出了优化风光互补发电系统集中供电的解决方案，就是将风光互补发电系统和路灯分离，采用一套风光互补发电系统为多支路灯供电的方案，这种方式有以下优势：1 风光互补发电系统可以在100-200米的路边地段选择优势位置安装，安装高度不受路灯高度的限制，可以避开路边的障碍物，最大程度地利用风能和太阳能资源，保证路灯的供电量； 2 多支路灯采用一套风光互补发电系统，系统维护成本低；而且，每套系统可以安装远程数据采集系统，实现路灯的远程管理； 3 采用这种模式建设风光互补路灯，降低了路灯的建设成本，提高了路灯的照度和亮灯保证率，使风光互补路灯真正成为可以大规模推广应用的产品。,一台风光互补发电系统为多台路灯供电方案,一台风光互补发电系统给多台分散式路灯供电的原理图,推荐采用一台风光互补发电系统为多台路灯供电的方案,一台风光互补发电系统给多台分散式路灯供电的布置图,一带三风光互补路灯照明系统,一带三风光互补路灯照明系统,one light pole with wind-solar hybrid power to power the two traditional light pole next to it.,负荷条件: 3盏35W的 LED灯泡,每天全功率 8小时.在无风而且阴雨的情况下,系统可以连续工作三天。 风能和太阳能资源条件: 年平均风速3.5-4m/s的内陆地区。 太阳能三类资源地区,每年晴天超过 280天。应用范围:农村道路照明人行道照明 校园（或广场）照明 停车场照明 农场和牧场照明,一带六风光互补路灯系统,一带六风光互补路灯照明系统,负荷条件: 6盏 35W LED 灯泡,每天全功率工作8小时在连续三天没有太阳和风的情况下系统可保持工作 风能和太阳能资源条件: 年平均风速 3.5-4m/s 太阳能资源达到三级,每年晴天超过 280天应用:农村乡镇道路照明人行道照明 广场或庭院照明 停车场照明 农场和牧场照明,实际应用情况,一台风光互补发电系统带多台路灯的实际安装图,中国北方乡村安装的风光互补路灯,风光互补路灯系统夜间照明效果,风光互补户用供电系统,photovoltaic-wind hybrid system in town,Wind-photovoltaic hybrid generating system,photovoltaic-wind hybrid system in rural areas,photovoltaic-wind hybrid system in rural areas,1kW wind-photovoltaic generating system,风光互补通讯基站供电系统,通信基站对风力发电机要求,风力发电机组额定功率要求：0.5kW，1kW，2kW，5kW，10kW（型号要少、便于集中采购、单个基站可多台风机，并联使用）发电系统输出电压要求：-48V使用环境要求类地区：沿海地区抗风能力强，相对湿度：95(25)，适用温度范围：-30+45风机在承受60m/s风速时，不致于损坏；耐腐蚀，要求在沿海地区耐腐蚀年限为10年。类：高寒、高海拔地区要求可以适应低温环境；相对湿度：90(25)；要求可以适应低温环境：-40+45；适应高海拔低气压环境。类：沙漠、戈壁地区要求可以适应高温酷热环境；相对湿度：90(25)；要求可以适应高温酷热环境：-30+55；适应沙尘天气。可靠性要求高（基站无人值守、维护成本高、运营商有故障率考核。）,使用方式：,使用方式2：,通信基站风光互补供电系统,专为通信基站开发的控制器,直接输出直流24V/48V适合于无市电或四类市电,高海拔、高严寒、沙漠、海岛等地区风、光、柴、燃、四类市电互补无缝切换实现系统的远程实时监控,2018/1/5,52,通信基站风/光/市电互补系统,53,项目名称：四川瓦吉木移动基站风柴互补供电系统项目时间：2007年用户负载:800W，预扩1400W 连续工作：24小时工作电压：DC220V项目配置：10台5kW风力发电机组后备设备：1台柴油机风机运行状况：该系统配置合理，发电量满足基站供电要求，节省了大量柴油及人工费用；该系统在20以下、大雾、10级以上大风等恶劣气候环境中运行稳定，在旺风季节只需2台5kW风力发电机发电即可满足移动基站和生活用电需求，得到了用户的好评。经过第三方评定，在运行中，柴油机仅启动4次，有2次为误判。,案列分析（1）：风柴互补供电系统,应用实例,应用实例,二、舟山东福山岛风光储柴综合新能源微网项目概况,舟山群岛地处浙江东部，普陀区东极诸岛远离舟山本岛，拥有大小28个岛屿和108个岩礁。东福山岛位于舟山群岛东北部的中街山列岛，距深家门渔港45.5公里，面积2.95平方公里，隶属舟山市普陀区东极镇，是中国最东端的有人居住岛，人称东海“极地”。,二、舟山东福山岛风光储柴综合新能源微网项目概况,长期以来东福山岛居民靠部队的柴油发电机发电供电，容量小且供电不稳定，生活质量受到很大影响，也影响当地的旅游发展。2010年1月，中国国电集团浙江舟山海上风电开发有限公司与普陀区政府商议，投资2300万元人民币建设东福山岛风光储柴及海水淡化综合新能源微网项目，安装7台单机容量30kW的风力发电机组、100kWp的光伏发电系统、1台200kW柴油发电机及一套海水淡化系统，风光总装机容量310kW，工程总装机容量510kW，设蓄电池组调节。设置1台315kVA升压变压器，通过10kV线路送电东福村和驻岛部队，海水淡化系统与居民用电负荷错峰运行。,该项目是目前中国海岛微网系统的第一个应用项目，也是世界上除夏威夷岛以外最大的一个微网孤网应用案例。,三、东福山岛风光储柴综合新能源微网项目进展,东福山岛风光储柴及海水淡化综合新能源微网项目总装机容量510KW，其中风能210KW，光伏100KW，东福山岛地处东海，常年雾大风大，因此微网中风机系统将挑起供电的重担，而且要克服海岛