高原地区扶贫示范性分布式风光互补能源系统配置

一、方案综述

分布式发电可以充分开发利用地区优势的各种分散能源, 尤其是我国高原地区光照资源丰富, 荒山荒坡、沙漠化区域面积大, 可以就地获取高原地区非常方便的太阳能和风能等可再生能源, 因其发电方式灵活, 初期建设投资低, 临近用电负荷终端, 在我国越来越受到重视。单独的分布式风力发电和分布式太阳能发电都是清洁无污染的可再生能源, 存在着能量在空间上分散, 在时间上有峰谷波动等问题, 如风力发电的间歇性, 以及太阳能发电系统在夜间和光照条件不好时无法提供电力等等。而分布式的风光互补应用综合了风力发电和太阳能发电的优势, 提高了资源的利用效率, 也很好地解决了单独使用风力发电或太阳能发电受季节和天气等因素制约的问题, 使得风力发电和太阳能发电形成了很强的互补性, 提高了独立分布式供电的可靠性。

二、系统配置示意

三、系统参数

分布式风光互补发电系统如图1所示, 由光伏电池板组件及安装支架、光伏控制器、光伏逆变器、风力发电机、风机控制器、蓄电池、交流配电柜、负载、市电等部分构成, 另外根据用户的实际需要和系统管控的要求, 也可以选配远程数据监控系统和远程视频监控系统。

(一) 光伏电池板组件

光伏电池板可采用单晶硅或多晶硅两种电池, 共10kW功率;如太阳能电池采用目前更高光转换效率的单晶硅电池组件, 在屋面上搭建轻型钢架, 使钢架的上表面水平, 在钢架上再架设檩条, 在檩条上安装三角支架和光伏板。钢架的高度高过屋顶的通风设备及女儿墙。光伏板按照有利于发电的最佳倾角20°倾斜安装, 在这一倾角的斜面上年太阳辐射量约922kWh/m2, 即3320MJ/m2。光伏板每排的前后间距预留足够空间, 防止产生阴影遮挡。

光伏板安装环境中应避免被高大植物遮挡, 所以光伏板布置一般在屋面上, 这样既减少了独立光伏结构支撑的费用, 也形成一个独立片区方便日常维护及检修;设计由光伏板50块, 分成5排, 每排10块太阳能电池板组成。光伏板布置在轻型钢架上, 其两侧预留出适当的检修空间。光伏阵列中每10块光伏板组成一个光伏组串, 额定端电压为37.6V×10块=376V, 光伏阵列10排并联光伏阵列的额定功率为2kW×5排=10kW。

(二) 风力发电组件

由风力发电机、风力发电机塔架、电缆、风机控制器、蓄电池储能装置、DC/AC逆变器、直流负载、交流负载以及监控系统等组成, 为了让风轮在地面上较高的风速带中运行, 需要安装合适塔架把风轮系统支撑起来。塔架所用材料采用钢材作成的桁架结构, 小型风力发电机百瓦级的大多采用空心、立柱拉索式, 千瓦级的采用空心立柱式, 本方案采用两根8米空心立柱杆塔独立支撑两台1KW风机, 在相对空旷地点间隔安装实现风机在各种天气情况的安全运行工作。据了解目前光伏扶贫作为精准扶贫的创新和有效手段, 得到了我国各个层面的充分认可和积极推进, 其推广效果十分明显。该分布式发电示范方案可维持25年甚至30年以上的稳定发电, 能够满足一般家庭及学校的照明及冬季供暖等用电需求, 如果作为一种精准扶贫的方式, 投入少、回报稳定, 如果系统进行联网汇集供应电网后还会持续产生收入。

希望该方案能够抛砖引玉, 为高原贫电贫困地区利用丰富的绿色自然资源带动产业扶贫提供了参考思路。

摘要：能源危机和环境污染是人类所面临的两大问题, 大力发展以清洁、可再生能源为主的能源结构已经成为解决两大问题的主要方式之一。风能和太阳能作为清洁无污染、具有大规模开发利用前景的可再生能源, 受到世界各国的普遍重视, 近年来发展迅速, 风力发电和光伏发电已经成为可再生能源利用中技术最成熟、最具商业化发展前景的能源利用方式, 成为21世纪最具开发前景的新能源之一。

关键词：能源危机,环境污染,可再生能源