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关键词:光伏阵列;不均匀光照;输出特性;信真模型;Matlab;Simulink 文献标识码:A
中图分类号:TM914 文章编号:1009-2374(2015)29-0024-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.012
1 光伏发电的基本原理
1.1 光伏电池的数学模型
光伏电池的等效电路如图1所示,图中,为光生电流,取决于光伏电池的面积和入射光的辐照度和本体的温度;为暗电流,是光伏电池无光照时由外电压作用下PN结流过的单向电流;为负载电流;为开路电压,与入射光的辐照度的对数成正比,与环境温度成反比;为串联电阻,一般小于1欧姆;为旁路电阻,一般为几千欧姆;I0为无光照时的饱和电流;为短路电流。
2 仿真探索不均匀光照下光伏阵列的输出特性
2.1 模型介绍
模型中每一个光伏电池都并联了一个旁路二极管,但只并联旁路二极管时运行中会报错,因此旁路二极管旁又并联一个电阻,光伏阵列模块由4个光伏电池串联。光伏电池模块如图2所示:
用以上模型仿真,将光伏阵列的输出电压、输出电流、输出功率导入matlab的workspace当中,即可画出相应的光伏阵列输出特性曲线。
2.2 不均匀光照下光伏阵列的输出特性
2.2.1 一种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照均设为时,输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线,如图3(a)和3(b)所示:
观察图3,在I-U特性曲线中,光伏阵列的开路电压即为4个光伏电池串联后的开路电压,;光伏阵列的短路电流即为4个光伏电池串联后的短路电流,。P-U特性曲线中,光伏阵列最大功率点电压为,最大功率为,。仿真所得图线与理论计算结果一致。
2.2.2 两种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、,输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线,如图4(a)和4(b)所示:
2.2.3 三种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、,输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线,如图5(a)和5(b)所示:
2.2.4 四种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、,输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线,如图6(a)和6(b)所示:
2.2.5 不均匀光照下光伏阵列的输出特性仿真总结。(1)当整个光伏阵列中只有一种光照时,其I-U特性曲线上只有一个膝点,其P-U特性曲线上只有一个峰值;(2)当某块光伏电池被遮挡时,由于所接受到的光照下降,导致被遮挡的光伏电池的I-U特性曲线上短路电流的下降,同时由于遮挡导致光伏电池温度升高,其相应的开路电压也会相应减小。因此,当光伏阵列中的某块电池被遮挡时,其光伏阵列的输出特性会发生变化,即整个光伏阵列的I-U特性曲线上会出现多个膝点,而对应的P-U特性曲线上可能会出现多个峰值;(3)当有个光伏电池串联,有()种光照时,光伏阵列的I-U特性曲线将有个膝点,P-U特性曲线可能会出现个波峰。
参考文献
[1] 薛定宇,陈阳泉.系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.
[2] 吴忠军,刘国海,廖志凌.硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计[J].电源技术,2007,31(11).
某镇某村位于镇平县西南部,与邓州市接壤,距张林镇10公里。某村为传统农业村庄,农田水利设施健全,村民生产生活用水用电均有保障。但经济发展滞后,结构单一,经济薄弱。全村下辖五个自然庄,10个村民小组,分别是四户庄、门家、赵庄、井庄。全村共计583户、2341人;共有耕地3052亩,人均耕地1.3亩。
现有建档立卡贫困户59户170人。其中因病致贫38户108人,占全村贫困户64%;因学致贫4户12人,占全村贫困户7%;因残致贫7户20人,占全村贫困户12%;因灾致贫1户1人,占全村贫困户1%;缺资金1户2人,占全村贫困户1%;缺劳力2户9人,占全村贫困户5%;缺技术4户16人,占全村贫困户9%;因自身发展动力不足1户2人,占全村贫困户1%。
经过2016年、2017年的帮扶,已脱贫24户94人。截止2018年春季仍有35户76人未脱贫。2018年计划脱贫13户43人。到2018年底贫困发生率达到1.4%。
二、精准扶贫
某村通过近二年的帮扶工作,基础设施、公共服务设施取得了明显的改善。村集体经济收入明显提高。
2017年新建党群服务中心一座,建筑面积360平方米;标准化卫生室一座,建筑面积120平方米;文化戏台一座;文化广场一个,占地2000平方米。修建通村部水泥道路一条800米。广播电视实现户户通;宽带实现村村通;全村生产生活用电均有保障;建有水厂一座,全村安全饮水得到保障;县交通局在我村设有客运站点,村民外出乘坐班车得到保障。基础设施、公共服务设施达到贫困村脱贫标准。
三、精准脱贫
2017年底某村已脱贫24户,2018年计划脱贫13户。到2018年底贫困发生率达到1.4%。
2016年脱贫户
序号
户主姓名
人数
贫困户
属性
致贫
原因
帮扶措施
1
6
低保贫困户
因病
到户增收、转移就业、光伏分红、健康扶贫、社会保障、教育扶贫、金融扶贫
2
3
一般贫困户
缺技术
到户增收、转移就业、光伏分红、健康扶贫、教育扶贫、金融扶贫、安居工程
3
4
一般贫困户
因学
到户增收、转移就业、光伏分红、健康扶贫、教育扶贫、金融扶贫
4
4
低保贫困户
因病
到户增收、转移就业、光伏分红、健康扶贫、社会保障、教育扶贫、金融扶贫
5
5
低保贫困户
缺技术
到户增收、转移就业、光伏分红、健康扶贫、社会保障、教育扶贫、金融扶贫
6
3
低保贫困户
因病
到户增收、转移就业、光伏分红、健康扶贫、
社会保障、金融扶贫、
安居工程
总计
25
2017年脱贫户
序号
户主姓名
人数
贫困户
属性
致贫
原因
帮扶措施
1
4
低保贫困户
因学
转移就业、到户增收、光伏分红、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
教育扶贫、公益岗位
2
5
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
3
4
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
4
2
低保贫困户
缺资金
转移就业、到户增收、光伏扶贫、社会保障、金融扶贫
5
4
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫
6
5
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
7
5
低保贫困户
缺技术
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
8
4
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
教育扶贫、公益岗位、
9
5
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、公益岗位
10
2
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
11
3
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
教育扶贫
12
4
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
教育扶贫、公益岗位、
13
3
低保贫困户
因学
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫、公益岗位、
14
2
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
15
7
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
公益岗位、教育扶贫、
16
5
低保贫困户
因残
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、公益岗位、教育扶贫、
17
3
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
18
2
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、
总计
69
2018拟脱贫户
序号
户主姓名
人数
贫困户
属性
致贫
原因
帮扶措施
1
3
低保贫困户
缺劳动力
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫、安居工程、
2
1
低保贫困户
因学(将毕业)
到户增收、光伏扶贫、、社会保障、金融扶贫、教育扶贫
3
4
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程、
4
3
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程
5
3
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程
6
7
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫、安居工程、
7
4
低保贫困户
因残
公益岗位、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫、安居工程、
8
1
低保贫困户
因病
到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程、
9
1
低保贫困户
因病
到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程、
10
3
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫、安居工程、
11
6
低保贫困户
缺劳动力
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、教育扶贫、公益岗位、
12
2
低保贫困户
自身发展动力不足
公益岗位、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程
13
4
低保贫困户
因病
转移就业、到户增收、光伏扶贫、健康扶贫、社会保障、金融扶贫、安居工程
合计
43
四、村级集体经济
1、村级光伏电站
2017年6月29日,某村两个光伏电站并网发电,两个光伏电站共计639KW,按每千瓦400元收入计算,每年可实现收入20余万元。除去全村59户贫困户光伏分红以外,每年可为村增加集体收入3万元左右。
2、扶贫基地
2018年拟建设扶贫基地一个,占地150余亩,发展无公害蔬菜种植,可带动贫困户20人。每人每年可增加收入8000元左右。
3、扶贫车间
2018年拟建设扶贫车间一座,建筑面积1000平方米,引进电子加工项目一个,可带动贫困户15人。每人每年可增加收入1万元左右。
五、关于某村脱贫工作的建议
1、村委班子建设
自2017年4月份扶贫工作以来,某村两委班子,遇事推诿扯皮、相互埋怨,遇事推三阻四,没有把本村的工作作为自己的分内之事,存在“存在当一天和尚撞一天钟”的现象。并且群众基础极不稳定,不是发生大闹村部、上访等情况。
综上所诉,提出以下建议。“要想火车跑的快,全靠车头带”,村支书作为村两委的第一负责人,要有清晰的思路、豁达的内心与敢于担当的责任感;遇到难事、大事要敢于承担,勇于克难。为村两委其他同事做个表率作用。
而村两委其他人员,也要认真工作,为全村老百姓尽自己一份绵薄之力;村民无小事,村委干部能解决的尽力解决,无法解决的村委班子开会商量对策给予解决。火车跑的再快,也没有动车快;动车之所以快,除了有车头提供动力以外,还有若干车厢也为其提供动力,为动车提供了更加充足的动力来源。村委班子应像动车这样,互相帮助,团结一心,这样才能为 村的未来发展提供强大的动力支持。
2、扶贫先扶志
一、太阳能光伏并网系统发电预测的基本程序
太阳能光伏并网体系发电量预测和展望工作需要具体的统计和总结太阳能光伏发电并网体系安置的位置和相干的安置数据,然后按照现实的成长环境成立与之相关的预测机制和预测模型。在预测方案和预测模型建立之后则需要明确相应的计算方法,从而保证太阳能光伏并网系统发电预测有效性。在此基础之上,需要紧密结合以往的太阳能光伏并网系统发电量以及安装的相关数据开展研究工作,不断地总结和积累经验,改进和完善太阳能光伏并网系统发电量预测模型,借以逐渐完善太阳能光伏并网系统发电量的变化性质。下图1所示的是太阳能光伏并网体系发电量展望的根基法式图:要根据太阳能辐射预告展望的成果来勘误辐射量实测数据和辐射量预告值,然后总结得出水平面辐射展望数值和斜面辐射展望数值。将预测所得的数据同其他的天气因素预报相结合,利用专业的预测方法来总结得出太阳能光伏并网系统发电量的预测值。
二、太阳能光伏并网系统发电量预测的基本方式
太阳能光伏并网系统发电量预测方法重点包括原理预测方法、统计预测方法、智能预测方法以及不确定性预测方法等。
(1)原理预测方法。原理预测方法主要是将太阳能发电方式为基础,通过分析和探究太阳能资源在转换成为电力资源的过程中能量耗损的现状,然后将这些现状所得到的数据建立成相应的经验分析公式以及相关的经验分析系数。预测光伏发电量,此方法的原理和计算都非常简单,预测效果主要取决于光电转换效率模型、逆变效率模型和辐射预报的准确性。原理预测方法所得到的经验分析公式,也就是太阳能光伏并网系统发电功率公式为:P(t)=ηsAG(t)其中P(t)表示的是太阳能光伏并网系统极板的整体输出转化的电功率,ηs表示的是表示的是太阳能资源转换成电力资源的整体效率,A表示的是太阳能光伏并网发电设备极板的整体有效面积(m2),最后的G(t)则表示的是太阳能光伏并购系统发电设备的斜面辐射能力。
(2)统计学预测分析方法。统计学预测分析方法主要是指利用回归分析、时间序列等统计学分析方法来预测太阳能光伏并网系统发电量。将光伏发电历史数据作为自变量,视其预测值作为因变量,将二者的关系量化成为相关系数,建立回归方程,完成预测。太阳能光伏并网系统发电工作中尤为重要的因素是太阳能辐射板的整体辐射量和太阳能辐射极板的温度,而且其对太阳能光伏并网系统发电功率的影响性相对较高,这样才能够建立多元线性的统计学预测分析模型。太阳能光伏并网系统发电的转换输出功率公式为:Pm=Um・Im;但是Um・Im=Uoc×Isc×FF×KTP在上述公式中,KTP表示的是太阳能光伏并网系统发电输出整体功率同太阳能发电极板温度之间的权值,Uoc、Isc、FF则表示的是太阳能光伏并网系统发电极板的开路电压数值、短路电压的数值以及填充因子等。多元线性回归模型的构建工作比较简单,而且在太阳能光伏并网系统发电量预测工作中计算的速度比较快,其缺点在于不能够很好地将气候因素和天气因素反应出来,在这种情况下就必须根据实际的气候因素建立不同类型的多元线性回归模型,借以提升太阳能光伏并网系统的发电量预测科学性和准确性。时间序列分析法就是将光伏发电量历史数据按时间顺序排列成时变的统计序列,建立随时间变化的变化模型,并将模型外推进行预测。
(3)智能预测方法。智能预测方法主要是利用神经网络来开展太阳能光伏并网系统发电量预测工作,这是因为神经网络系统的记忆能力相对较高,而且在非线性反应能力方面比较突出,具有较高的自主学习水平,然而也会因为气候因素和其他的自然因素使其预测质量较低。因此可以利用人的经验和知识水平来构建预测体系,从而实现预测目标。
三、结论
关键词:风力提水:光伏提水;泵站建设,设计方法
中图分类号:TU992.25 文献标识码:A 文章编号:
风力和光伏提水技术可用于农村牧区的村镇供水、灌溉人工草场和农田等工程。该项技术的实施不但解决了我国农牧区常规能源不便的实际问题,同时对节能、减排控制全球温室效应和改善我国能源结构具有重大意义。但目前在风力和光伏提水的建设中,缺乏将资源、供水量、保证率等匹配的因素进行科学合理的系统分析和优化设计,致使风力和光伏提水泵站的功能不健全、保证率低、效益差。只有科学的设计才能建设出高效、功能齐全的提水泵站。现依次介绍风力和光伏提水泵站的各个设计环节,对每个环节的设计内容、技术要求和指标的计算确定进行阐述,为今后风力和光伏提水泵站的建设提供一个科学的设计方法。
1风力和光伏提水泵站的工作原理
1.1风力提水泵站的工作原理
风力提水是人类最早开发利用的机械设备,一般为低速阻力型风车驱动往复式容积水泵,但该类系统风能利用率低(一般小于10%),且出水不连续,随着科学技术的发展,现在使用的大多是发电式提水系统,该系统效率高、性能可靠、布置灵活。
发电式风力提水系统的工作原理是:风轮将风的动能转化为机械能来驱动发电机,水泵和潜水电机构成一体的泵水装置,风力发电机和泵水装置通过控制器达到电磁兼容和匹配,从而实现提水的功效,提出的水通过输配水装置供向用水终端,用于人畜饮水、灌溉农田和草场。其原理方框图如图1。
图1发电式风力提水系统工作原理
机械式风力提水系统工作原理是低速风轮(阻力型)将风的动能转化为机械能,再通过机械传动装置来驱动水泵达到提水的功效。其原理方框图如图2。
图2机械式风力提水系统工作原理
1.2光伏提水泵站的工作原理
太阳能光伏提水系统由光电池、控制器、光伏水泵组成。光电池是将太阳的辐射能直接转换成电能的装置。控制器是将直流电转变为交流电,实现逆变,对水泵进行变频控制和最大功率点跟踪的装置,而专用潜水电泵是实现扬水的装置。其原理方框图如图3。
图3光伏提水泵站工作原理
2泵站设计的一般要求
(1)风力和光伏提水泵站周围应没有阻风和遮阳障碍物,对于风力机,其主风向与单个障碍物的距离应大于障碍物的5倍,其他方向为2倍。对于光伏阵列,要求其周围的障碍物以影子最长的冬至那天,其午前9时到午后3时光伏阵列不受影子的影响为准。
(2)对于容量超过5 kW的风力和光伏提水泵站应设有专用控制室,并要求地面硬化、墙壁粉刷,设有通风采暖设施和消防器材。
(3)蓄水池应建在有重力供水条件的高处,且要有一定的容积,在连续三天无有效风和阳光出现时泵站仍能正常供水,蓄水池出水管应设有阀门,在蓄水池周围不宜建垃圾点、牲畜饮水处,避免对水源造成污染。
(4)主输水管线应有防冻措施,地埋时不应有较大的起伏,穿越不良地质、地段时应采用相应的技术措施。
(5)在风力机、光伏阵列、控制室、水源口、蓄水池、用水终端处应设有安全防护设施和警示标志。
3泵站设计的技术要求
风力和光伏提水泵站应在环境温度-30~+40℃的条件下正常工作;噪声应控制在75 dB以下;容量超过5 kW的提水泵站,其卸荷系统与主控系统要分室放置;应有欠压、过载、卸荷、制动等自动保护功能,风力机、光伏阵列和控制室应尽可能的靠近水源,不宜大于30 m;蓄水池最低点的水头应高于用水终端处水头2~3 m,容积应大于日最大用水量的3倍;风力和光伏提水泵站的供水能力应大于日需水量的1.5倍;主输水管内水的流速宜为0.3~1.0 m/s。水源的涌水量与涌水速度应大于风力机和光伏提水系统的额定提水量。
4泵站的选址
泵站应选择有利的场地,以求增大风力机和光伏网阵的出力,提高供能的经济性、稳定性和可靠性。
4.1风力和光伏提水泵站的资源条件分析
(1)风力提水泵站风资源条件。风能资源应具备以下条件:①年平均风速大于等于2.5m/s(10m高度),年平均有效风能密度不大于260 W/m2(10 m高度);②年有效风速小时数大于3 000 h(10 m高度),最大连续无有效风速小时数(10 m高度)小于100 h,30年一遇最大风速小于42.5 m/s(轮毂高度);③盛行风向、次盛行风向比较稳定,季节变化比较小的地区。盛行风向的风频应大于40%,次盛行风向的风频应大于25%;④避开由于上风向地形的起伏或由于障碍物而引起的频繁湍流。
(2)光伏提水泵站光资源条件。光能资源应具备以下条件:①年平均日照小时数大于等于2 800 h,年平均辐射总量大于等于4 500 MJ/cm2;②最大连续无光照小时数小于72 h;③人畜供水光伏泵站总辐射量的月际变化与年振幅要小于200MJ/cm2。
风能、光资源状况资料一般使用附近气象站的资料。
4.2风力和光伏提水泵站的建设条件分析
(1)水源条件。机械式直接提水机组的水源应在机位附近,一般机位与水源工程为一体,发电式提水机组的机位和水源可分开布置,但距离越近越好。
(2)水质条件。一般要求为清水,如河水、湖水、池塘水、井水等。固体物质含量(按质量计)不大于0.01%,固体物质颗粒直径不大于0.5 mm。选用地下水源时,其允许开采量应大于设计取水量,选用地表水源时,其设计枯水流量的保证率应不低于90%。当单一水源水量不能满足要求时,可采用多水源或调蓄等措施。
(3)地质条件。要求在风力和光伏提水系统安装的局部区域内,地基土应有一定的承载能力,应尽可能避免沼泽、滩涂、流沙,便于运输车辆进入工作场所。
5风力和光伏提水泵站机组的选择
5.1风力提水泵站机组的选择
(1)一般年平均风速小于4 m/s的区域宜选用多叶片、阻力型风力提水机组。这样的风力机便于启动,提高风力机的有效工作时间,当该地区年平均风速大于4 m/s是宜选择高速升力型风力机,这样可提高风能利用率。
(2)装机容量大于5 kW时宜选用发电型风力提水机组。这样的风力机传动系统比机械式简单,造价低,控制方便,使用安全可靠。
(3)高扬程、小流量的工程宜选用往复式活塞泵提水机组。在高扬程大压力的作用下,容积泵的容积效率较离心泵高,在校流量(小于2 m3/h)时更加明显。
(4)农田灌溉宜选用发电式提水机组。这样系统流量大,出流连续,能更好地满足灌溉的需要。
(5)水源情况(包括水源位置、水井情况、水源周围地质条件等)布置较困难时宜选用风力发电提水机组。因风力机或光伏阵列与泵水系统为电缆连接,这样布置方便。
(6)水中含沙量大的宜选用离心泵风力提水机组。
(7)流量大于3 m3/h时选用发电提水机组驱动离心泵提水机组。在大流量时采用该组合能使整个提水系统的高效、简单、可靠。
5.2风力提水泵站机组的选择
(1)一般提水量小于3 m3/h的提水机组。装机容量大于1kW时宜选用高扬程、小流量往复式活塞泵提水机组。
(2)农田灌溉和水中含沙量大的宜选用离心泵提水机组。流量大于3 m3/h时选用离心泵提水机组。
6风力和光伏提水泵站性能参数扬程和流量的设计
6.1总扬程的确定
风力提水泵站总扬程是风力机在定额风速时,抽取的水量与水源供给的水量达到平衡时,水源此时的动水位到出水口中心的垂直高度与输水管道的阻力之和。
光伏提水泵站总扬程是指光伏提水系统在9~15时,抽取的水量与水源供给的水量处于平衡时,水源此时的动水位到出水口中心的垂直高度与输水管道的阻力之和。
总扬程一般应为:
式中:H1为动水位到用水终端的垂直距离;H2为蓄水池底部到用水终端的垂直距离,一般取2~3 m;H3为蓄水池深度;为管道阻力。
6.2泵站日均提水量的确定
风力提水泵站的日均提水量是在风力提水机额定扬程下,全年不同级别的有效风速小时数与该级别风时水泵流量乘积之和除365天。
光伏提水泵站的日均提水量是在光伏提水机额定扬程下,选用全年不同级别的光照条件下与该级别时流量乘积之和。
式中:为日提水量,m3/d;为开始工作时的风速(或开始泵水时的光照强度),m/s;为最大的风速(或最大光照强度),m/s;为某一级别有效风小时数(或某一级别光照强度的小时数),h;为特定机型额定扬程时相应级别的流量,m3/d。
7蓄水与输配水系统的设计
7.1蓄水工程的设计
蓄水工程形式的选择应根据地形、地质、用途、建筑材料等因素确定。宜采用水罐、水池、水窖等形式,位置应避开填方或易滑坡地段,地下式蓄水工程的外壁与崖坎和根系较发达的树木的距离不应小于5 m。蓄水工程与水源的垂直高度差应该与风力和光伏提水机组的设计扬程相匹配,不应大于风力和光伏泵站的设计扬程;蓄水工程的设计容量不应小于最大日用水量的3倍;为生活用水修建的蓄水工程或干旱地区的蓄水工程宜建顶盖;蓄水工程的进水管应设置堵水设施,并布置泄水道,在正常蓄水位处应设置泄水管(口)。
7.2输配水工程设计
输水管线应根据地形、蓄水构筑物的位置和用户的分布,通过技术经济比较确定。应尽量满足管道地埋要求,避免急转弯、较大起伏、穿越不良地质地段,减少穿越公路、河流等障碍物。供水优先采用重力输送。当规模较小,可采用单管布置,在管道隆起处应设置自动进(排)气阀,地势平缓地段每隔800~1 000 m也应设置自动进(排)气阀,在管道低凹处应设置排气阀。重力流输水管道,地形高度差超过60 m并有富余水头时,应在适当位置设置减压设施。地埋管道在转弯、穿越障碍物等处应设置标志。管网中所有管段的沿线处流量之和应等于最高日用水量。重力流管道的经济流速应按充分利用地形高度差确定,但长距离重力流输水管道的设计流速不宜大于2.0 m/s。
结语:
本文介绍的风力和光伏提水泵站的设计方法,是多年来从事风力和光伏提水泵站工作经验的总结。在具体的工程设计中,要因地制宜地进行分析与计算,才能使泵站达到建设的预期设计目标。
参考文献:
[1][日]牛山泉.小型风力机的设计与制造[M].北京:能源出版社,1985.
【关键词】特变电工;风光互补;光伏发电
一、项目概况
1 世界和我国风光互补发电现状
风能与太阳能在时间和空间上具有互补性, 风光互补发电是比单一的风力或太阳能发电更有效的方式。
国外在新能源领域的研究主要集中于大型并网发电场及单独风力发电和单独太阳能光伏发电的控制,风光互补发电方面的研究比较少,但也有一些初步的研究成果。
在我国,风光互补发电主要是小型带蓄电池的孤立用户,主要集中在青藏高原、内蒙古等偏远地区,采用独立式发电。1998年和2000年,我国的长江源自然保护站分别安装了600W/400Wp(Wp为光伏发电功率)和1000W/400Wp 2套独立运行的风光互补发电系统,用于解决保护站内的生活和工作用电。当前,我国风光互补发电的研究主要集中在风光互补发电场体系结构的优化设计、底层设备的控制及系统仿真。
2 项目概况
本工程建设地点位于新疆吐鲁番市境内,吐鲁番大河沿火车站南侧。
吐鲁番小草湖风区风资源、太阳能资源都很丰富,从直观和统计的角度看,小草湖白天风速相对较小,日照非常丰富;晚上风大光伏不发电。这就为在小草湖地区建设风光互补发电项目提供了基础资源条件。其主要特点是:(1)弥补独立风力发电和太阳能光伏发电系统的不足,向电网提供更加稳定的电能;(2)充分利用空间,实现地面和高空的合理利用,发挥风、光资源的互补优势,实现两种资源最大程度的整合;(3)共用一套送变电设备,降低工程造价;(4)同用一套经营管理人员,提高工作效率,降低运行成本。将风力发电与太阳能发电技术加以综合利用,从而构成一种互补的新型能源,将是本世纪能源结构中一个新的增长点。
本项目建设规模规划总容量为(100MW+100MWp),一期建设容量为(49.5MW+50MWp)。项目分期进行,本期建设风光互补并网电站,包括49.5MW风力发电系统、50MWp太阳能光伏发电系统及相应的配套上网设施,风电场与光伏电站共建一座110kV升压站,升压站位于光伏电站西北部。
二、设计思路
首先介绍当前风光互补发电系统的概况,然后对吐鲁番小草湖地区风能资源特性和太阳能资源特性进行分析比较,得出本工程风能和太阳能在时间出力上具有较强的互补性的结论,重点从分析小草湖区域的风电实际开况、现有电网送出能力及负荷消纳能力的角度出发,并结合电网发展规划,研究本工程的建设必要性和建设方案。然后对特变电工风光互补荒漠并网电场一期项目接入新疆主电网方案进行研究,对风、光发电单元对电网的影响及相关要求作简要分析。工程占地遵守节约用地原则,施工运行交通方便,依据推荐的建设方案确定本期工程建设规模,并进行相关的电气计算和分析,编制工程投资估算。
通过本项目的建设实施,可为将来更大规模的风光互补并网技术打下基础,提供可靠的技术支持,通过该电站的示范作用,记录电站的运行数据,总结运行状态,考察其技术和经济的可行性,对光伏产业的发展趋势作出合理的预测,为决策部门提供合理的决策依据,讨论切实可行的并网指导政策,推动我国风光互补并网乃至整个新能源开发的发展。
三、本工程要解决的问题
1风光互补发电系统的互补特性
风电和光电系统都存在一个共同的缺点,就是风和光资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡,传统的风电和光电系统都须通过蓄电池储能才能稳定供电。如传统的小型户用光伏发电系统都是利用了蓄电池组稳定光伏发电和风电的出力,因此风光发电系统互补首要解决的一个问题就是混合发电系统的稳定出力。
对于本工程,其特殊性在于光伏发电容量和风力发电容量都较大,不同于小型户用风光互补发电系统。如果采用类似小型风光互补系统的蓄电池稳定出力,将造成投资过高,增加发电成本,不利于产业的发展。同时本工程也不具备类似抽水蓄能的方式来稳定发电出力。
本工程风能和太阳能在季节上具有较强的互补性,本地区春季风资源最丰富,也即风电春季出力最大,光伏发电则在夏季最大,春、夏、冬季基本上为新疆用电负荷高峰季节,风电和光伏发电的这种出力在季节上的特点可以互补单一电源在季节上的出力不均。
鉴于此,本工程的互补主要体现在光伏发电和风力发电在白天和夜间二者出力波动的日\季节互补以及电量上的日\月\年互补。
2探索研究风力发电和光伏发电在空间可否整合
风电场内两排风机之间间距约690m,如果可以将光伏电厂布置于风电场内,可以节省用地面积,降低成本。现对风机的阴影遮挡面积进行分析。
选用风机轮毂高80m,叶片直径90m,拟建厂址纬度约为42度22分,分析阴影最长的冬至日(12月22日)早上9:00至下午15:00的阴影轮廓如图8-6所示。风机阴影最长有663m,北侧509m,东西侧455m。
对整个风电场区域进行阴影分析,如图8-7所示,四台风机中间具有一个三角形区域,在上午9:00至下午15:00时间段内,不受风机阴影的影响,区域面积约为3.4万m3,相邻两区域间距离约为700m。如果在此区域布置光伏电池板,则太过分散,一方面由于低压线路过长,发电量损耗较大,另一方面很难设置保护围栏集中管理和定期清洗。
因此,对于风光互补在空间上的互补性还需要做进一步的探索和研究。本期暂不考虑将光伏电站布置在风电场内部。
3风力发电和光伏发电属于不稳定出力电源
电网系统中需要其他如火电、水电作为其调峰电源,因此出现了电力系统调度与调峰的问题,此时需要提高风电和光伏发电功率预测技术和完善预报制度,加强风电和光伏发电调度管理,改善电网电源结构等。
四、结论与建议
通过在吐鲁番建设100MW级风光互补荒漠并网示范电站,掌握100MW级风光互补发电系统高压并网光伏电站的关键技术研究和设备研制,并利用本示范电站的实际运行数据的分析比较和综合分析,提出适用于新疆荒漠地区使用的跟踪型光伏电站建设形式。研究100MW级风光互补发电荒漠并网电站的优化设计及系统集成、大容量太阳光伏阵列自动跟踪装置的机械和控制设计技术、高效率低并网电流谐波的1MW光伏高压并网控制逆变器设计技术等关键技术点;并制定大型荒漠光伏高压并网电站的建设规程。为我国发展大规模荒漠光伏并网电站提供技术支撑和实践经验。
本工程项目目前尚在起步阶段,有很多不确定因素,为更好地促进风光互补发电系统的发展, 使其成为一种具有竞争力的清洁电源, 还需做以下进一步的工作:①进一步研究风光互补发电系统的体系结构, 寻找更好的蓄能方式和备用发电装置, 合理配置互补发电场, 降低其建设费用;②研究风光互补发电系统的能量管理控制,实现互补发电场设备的动态优化组合, 降低系统运行成本,提高电场运行质量;③由于风光互补发电系统具有强非线性,利用传统的控制理论与方法进行控制是非常困难的,积极探索智能控制方法在风光互补发电系统中的应用将会对风光互补发电技术的发展起到很大的促进与提升作用。
参考文献:
[1] 王硕,李晓乐,向睿,秦颖. 风光互补发电数据采集监测系统的设计[J]. 信息与电脑(理论版). 2011(07)