渔船推广使用风光互补发电的技术分析
一、推广使用可再生能源的重要性
能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展,能源消费也相应的持续增长。全面应对化石燃料日益枯竭的威胁以及减排压力的不断增大,大规模开发和利用可再生能源已成为世界各国能源战略中的重要组成部分。风能、太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源,具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点,在长期的能源战略中具有重要地位,而且应用技术也日趋成熟 。
我国沿海及海岛拥有丰富的风能资源,为风能发电提供了取之不尽的资源宝库。水深不到15m海域,季风强盛,年平均风速在7m/s以上, 风速上3m/s的时间全年达7000～8000h,有效风能密度在300～600W/m2 ,而且海上风能资源稳定度高、连续性好,是风能资源极为丰富的地方。
二、渔船使用风光互补发电系统的必要性
渔船在出海作业时,船上的用电设备包括通讯联络、卫星定位、夜间照明灯和安全指示灯、AIS自动识别系统以及娱乐等,在船行过程中,电源依靠主发动机带动发电机发电,同时将蓄电池充满;在渔船停泊作业时,主发动机关闭,这时满足船上用电需要就靠蓄电池,不足时需启动辅助柴油发电机发电并充电。通过大量的统计资料估计 [6] , 船用辅助发电机平均每发2.5kWh电就要消耗1L的柴油。根据最低标准消耗,1条渔船1年至少 因此消耗掉1t的柴油。这样的消耗,一方面增加了捕捞成本,同时也对环境造成污染。在渔船停泊或台风期间避风时,渔民由于要省油而停电,使得经常出现通讯中断、安全指示灯不明等安全隐患。因此,选择可再生能源既能节省渔民的负担,提高渔民的安全保障,又能保护环境。
小型户用风光互补发电系统在渔船上的应用也就为此而提出。与常规发电设施的性价相比,单独的大功率太阳能发电系统往往造价十分昂贵。由于海上风力资源丰富,组成以风能为主、以太阳能为辅的风光互补发电系统,既可以使单一系统设计中必须考虑的因连续阴雨天或无风天而造成储能电池容量偏大的问题得以解决,又可以使造价明显降低。同时风光互补发电由于风能与太阳能互补而平稳发电,使供电质量要明显优于上述两种中的任一单个系统,这也为该系统的大规模推广消除了成本障碍 。
三、小型风光互补发电系统的选定
3.1 发电功率的选定
3.1.1 用电量 渔船小型风光互补发电功率的 大少,主要是依据当前渔船上常用设施的用电量,渔船1d用电情况: (1)21寸电视+DVD机,220V用电,需要在电池后逆变为交流电对其供电,逆变器的转换效率80%,电器的实际功耗大约100W,以每天使用3h计算,用电量Q1=0.375kWh。
(2)24V节能灯20盏,每个功耗8W,信号灯3只,每天使用12h,其它17盏平均1d用1h电量,这样每天的用电量Q2=0.424kWh。
(3)电台(直流电压为13.8V)每天使用时间约为24h。其中:待机时间为98%,待机时电流为1.5A,待机用电0.486kWh;而使用时电流为15A,用电0.104kWh。合计每天的用电量Q3=0.590kWh。
(4)AIS自动识别系统:Q4=0.216kWh。
(5)卫星定位通讯终端:Q5=0.192kWh。 渔船每天总用电量约为Q=Q1+Q2+Q3+ Q4+Q5=1.797kWh。
3.1.2 发电量 根据气象资料,东海地区年度的 平均日照时间为5.4h/d,按照太阳能电池板每平方米大约100W的能量密度计算,东海地区太阳能电池板平均日发电量0.540kWh。东海浙南地区2007年度日风速为7m/s以上小时数平均为5h。风速大于3.5m/s小于7.0m/s的小时数平 均为11h。 风能发电的公式为 [9] :P=P0??1??79??1??79(v/v0) 3 式中:v—实际风速,m/s;v0—额定风速,m/s;P—风能发电实际输出功率,W;P0—风能发电额定功率,W。笔者使用的风光互补发电产品额定风速 v0为9.0m/s,风能发电额定功率P0为600W。 P1=P0??1??79??1??79(v1/v0) 3 =600×(3.5/9.0)3 = 35.3W,P2=P0??1??79??1??79(v2/v0)3=600×(7.0/9.0) 3 =282.2W每天平均风能发电量P=P1??1??79??1??79T1+P2??1??79??1??79T2=35.3W×11h+282.2W×5h=1.799kWh。太阳能电池板平均日发电量为0.540kWh,则风光互补日发电量平均可达2.339kWh,是大于每天渔船的用电量。考虑到发电量会有些损耗,但渔船上还有一对蓄电池(24V,100mA)可以调节,所以小型户用风光互补发电设备的配置 以600W+100W的组合较为可行[10211] 。
3.2 产品的选择要求
3.2.1 产品的评价方法
(1)风力发电机在当地每天实际发电输出量,最大、最小和平均值;
(2)光伏电池实际发电量,并根据当地所处的纬度确定向阳角度;
(3)在风电量最低的月份,光伏和风电的日平均发电量应大于设定的最低日均耗电量的1.8倍;
(4)发电总量的峰值不超过月平均用电量的10%。
3.2.2 产品的使用要求
(1)安全性能:主要是安装后对渔船的稳定性无影响;使用时对渔船捕捞作业无影响;产品避雷性能要好;对渔民的平常生活无影响。
(2)产品质量:目前说明书上产品的寿命都有10～12年的,还没证实(推广才2年);抗12级台风能力也未受过检验;在海上使用的产品防腐性能一定要好。
(3)性价比:即要价廉物美。要求产品在满足渔船非作业期间的用电需求的前提下,价格要适中,性价比要高。
四、 初步的应用结果
根据浙江省温州市2008年渔业节能减排的 工作安排,在全市各县、市(区)的钢质渔船上进行了风能、太阳能发电设备的应用试验,并开展了几种产品的性能对比试验,同时对这些渔船的船长进行问卷调查,考察试验前后各渔船的辅机使用情况及用油量变化。试用取得了较好的效果,主要表现在以下几个方面:
(1)经过对比试验,在正常情况下,600W+100W风光互补发电设备的发电量可以始终大于渔船负载的耗电量,风光互补能在渔船较长时间停港而风力不足的情况下,解决充电与用电问题。
(2)所有安装风能、太阳能发电设备的试验渔船,在主机停机期间即非作业时间,都不再用辅机发电充电,风能、太阳能发电设备完全可以满足渔船停泊时所需的用电量。经测算,每艘渔船每年以10次出海捕捞计,每次约可节约100kg柴 油,每年可以节约燃油1t以上。
(3)风光互补发电设备能较好地控制船上蓄电池充电时间,在电力不足时能及时充电,饱和时自动停止充电,对蓄电池起保护作用,大大地延长了蓄电池的使用寿命,节约了蓄电池的费用成本。
(4)经试验,风光互补发电设备完全能够满足船上非动力仪器设备(对讲机、雷达、探鱼器、导航仪)的使用和渔船的照明。在避风和休息时可以一直开启安全照明设备(如尾灯、锚灯),大大改善船上渔民的生活质量,同时能够及时知道台风等灾害性气象信息。特别是渔船上的发电机出故障时,风光互补发电设备可以一直保持发电,可保证与各方联系或求救,对渔民的安全生产起到了非常大的作用。 初步试验结果表明,风能、太阳能设备在渔船上的试验取得较好的效果,通过半年多的试用,受到渔民普遍的欢迎,既节约了油耗,降低生产成本,又减少对环境的污染,特别是可以大大地提高渔船出海安全性。因此,渔船推广使用风能、太阳能发电设备具有较好的经济和社会效益,推广前景广阔。
风光互补船用供电系统原理图
尚能MAX-1600W家用供电系统配置如下：
风机配置：MAX系列 五叶小型风力发电机110V 1600W
电机类型：无刷三相永磁电机
风力发电机连接类型：法兰连接
太阳能电池板：36V 250W *8块
铅酸蓄电池：12V 200Ah*16块
风光互补控制逆变一体机：MPPT方式充电,48V 风机输入1.6W,太阳能输入1KW,逆变输出最大功率1000W，AC220V.具备所有的保护功能。
斜拉杆：高6M，主杆用圆无缝管，主杆Ø140*3.0mm ，热镀锌防锈处理打磨光滑后喷白色户外漆。
电缆：3*4平方长20米，2*2.5平方长25米，2*4平方长2米。
太阳能电池板支架：4×4角钢热镀锌喷漆 8个
尚能风光互补渔船供电系统工程案例
关于我们
广州尚能风力发电设备有限公司是一家专注于小型风力发电机及风光互补发电系统的研发，生产以及销售的高新节能科技型企业。公司主要生产400瓦至2000瓦水平轴风力发电机。风光互补发电系统分为离网型和并网型两种，广泛应用于通信基站供电，监控设备供电，路灯供电，家用供电等各类型需要独立发电的系统。
本公司引进英国风力发电机的设计理念与先进的工艺制造技术，努力打造世界级的小型风力发电机领航者。公司拥有毕业于英国著名大学，专长于空气动力学，永磁电机设计，机械力学结构的博士和硕士科研人员组成的雄厚的科研技术团队。公司在变频电机和永磁电机行业发展多年，拥有大批的电机设计和制造经验的专业人才。
公司现有4层高独立厂房3栋，独立的生产组装车间，机加工车间和办公大楼，面积超过5000平方。严格按ISO9001 国际标准生产制度管理生产，标准的流水生产线和自动化包装线，严格的产品检测制度，多台先进的测试设备，保证给予客户最优质的产品与服务，所有产品均取得CE和RoHS国际通行认证。公司年产风力发电机10万台以上。
公司曾参与北京奥运会和广州亚运会国家级的大型节能项目建设，参与广汽丰田，中国联通，国家海洋局，中交航道局，奥园房地产，四川阿坝州牧民家用供电等大型风光互补监控和路灯项目建设，同时也参与广惠高速，京珠高速，宜黄高速，宜连高速，渔平高速等多条高速公路风光互补监控工程建设。产品远销美国，欧洲，澳洲，南美洲，中东和非洲60多个国家与地区。公司已成为中国风能协会和英国风能协会会员单位，目前已取得20多项发明和外观专利。公司以促进国家低碳经济发展，致力于零能耗，零污染，零排放的节能减排项目建设，研发和生产高效发电，低噪音，稳定性强，可靠性高的风力发电机作为广州尚能的企业发展理念和责任。
产品通过CE、TUV、ROHS等多种专利认证
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