高庭智

(內(nèi)蒙古草原勘察設(shè)計(jì)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

1 技術(shù)來(lái)源

該系統(tǒng)為內(nèi)蒙古草原勘察設(shè)計(jì)院、呼市草原河山能源開發(fā)有限責(zé)任公司聯(lián)合研制開發(fā),并率先在內(nèi)蒙古各牧區(qū)示范推廣,應(yīng)用于牧戶家用電器、飲水灌溉、取暖3種功能為一體的清潔能源創(chuàng)新產(chǎn)品。

2 產(chǎn)品開發(fā)目的與意義

風(fēng)能太陽(yáng)能等清潔可再生能源產(chǎn)品的應(yīng)用,是21世紀(jì)新農(nóng)村新牧區(qū)建設(shè)的發(fā)展方向。

在內(nèi)蒙古草原地帶生活著的牧民,很多都面臨著生產(chǎn)和生活上的諸多困難。一種能夠同時(shí)解決牧民生活用電、人畜飲水、飼料地灌溉、棚圈取暖的多功能系統(tǒng)解決方案對(duì)于提高牧民生產(chǎn)生活質(zhì)量將起到重要作用。

目前國(guó)內(nèi)利用風(fēng)能提水的裝置分為2種技術(shù)類型:一種是風(fēng)輪直接拖動(dòng)機(jī)械裝置提水的風(fēng)力機(jī),另一種是先由風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電,經(jīng)鎮(zhèn)流逆變后由蓄電池組驅(qū)動(dòng)單項(xiàng)水泵提水。

一般機(jī)械式的風(fēng)力提水機(jī)屬低轉(zhuǎn)速大扭矩風(fēng)車,只能提水,不能發(fā)電。機(jī)械結(jié)構(gòu)故障率偏高,但其明顯優(yōu)點(diǎn)是提水揚(yáng)程大,夏季啟動(dòng)風(fēng)速低,3～4m/s即可啟動(dòng)工作。

風(fēng)力發(fā)電提水則需要儲(chǔ)存較多電能用于電泵提水,所以蓄電池要加大容量,造成價(jià)格升高。同時(shí)逆變器提水時(shí),水泵的功率不能大于逆變器功率的20%,使用戶逆變器的功率比使用家用電器的逆變器功率要大3～5倍。例如驅(qū)動(dòng)1KW 的電泵,至少要配4KW的逆變器,而供彩電和照明使用的逆變器的功率僅需0.6～1KW。故風(fēng)力發(fā)電提水方式,大功率的水泵使蓄電池放電電流大,使用壽命短,推廣普及受到制約。

3 技術(shù)線路

鑒于上述原因,為了能最大效率的發(fā)揮太陽(yáng)能、風(fēng)能產(chǎn)品的應(yīng)用,盡量降低牧戶使用成本,我們歸納了 2種應(yīng)用技術(shù)路線,以適應(yīng)不同的使用要求。

3.1 戶用光伏發(fā)電、提水兩用系統(tǒng)。

3.2 戶用風(fēng)力提水、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電及輔助取暖三用系統(tǒng)。

4 各技術(shù)路線的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)配置

4.1 戶用光伏發(fā)電、提水兩用系統(tǒng)。

本系統(tǒng)主機(jī)為1000W太陽(yáng)能光伏電池為主,輔助以500W風(fēng)力發(fā)電機(jī)。配套設(shè)備包括2000W風(fēng)光互補(bǔ)逆變控制器、DC48V200Ah膠體免維護(hù)蓄電池組、QDX3-18-0.55單相交流潛水泵。是以前牧戶普遍使用的100W、200W 及300W 傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的替代方案。可帶動(dòng)除照明外的大功率家用電器使用,如冰箱冰柜。并能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的風(fēng)光互補(bǔ)。系統(tǒng)配套參數(shù)及設(shè)備價(jià)格如下:

?1000wp太陽(yáng)能光伏電池組件,1塊,價(jià)格16000元；

?500W輸出為三相48V的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,1臺(tái),價(jià)格3600元；

?2000W 風(fēng)光互補(bǔ)逆變控制器,1臺(tái),價(jià)格3400元；

?DC48V200Ah膠體免維護(hù)蓄電池組,2塊,價(jià)格3800元；

?QDX3-18-0.55潛水泵 1臺(tái),揚(yáng)程 18M,流量3m3/h,功率0.55KW,價(jià)格800元；

?附屬設(shè)備,1套,價(jià)格1600元；

?稅金利潤(rùn),3800元；

?合計(jì)33000元。(運(yùn)輸安裝另計(jì))

本系統(tǒng)的功率參數(shù)可以根據(jù)用戶的使用要求做相應(yīng)調(diào)整,如灌溉控制面積較大時(shí),可以增大光伏電池板數(shù)量,則逆變器和蓄電池也相應(yīng)增加。其缺點(diǎn)是更換蓄電池造價(jià)較高。

4.2 戶用風(fēng)力提水、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電及輔助取暖三用系統(tǒng)。

本系統(tǒng)以FD2000型風(fēng)力發(fā)電提水機(jī)為核心,輔助配套450wp太陽(yáng)電池組件。

大功率風(fēng)力機(jī)可以不通過(guò)蓄電池而直接驅(qū)動(dòng)水泵和發(fā)熱器工作,明顯降低了用戶使用成本。同時(shí)再?gòu)?000W的風(fēng)機(jī)功率中抽取500W,與太陽(yáng)能光伏電池聯(lián)網(wǎng)組成風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng),用于帶動(dòng)家用電器。在滿足戶用家電的前提下,逆變器和蓄電池的投資降到了最低。

本系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)電腦模塊智能控制系統(tǒng)直接將專用發(fā)電機(jī)與專用交流變頻潛水泵匹配組成了風(fēng)力發(fā)電提水機(jī)。解決了長(zhǎng)期以來(lái)由于水泵與風(fēng)輪扭矩特性差異大、功率不能在一個(gè)區(qū)間吻合的難題,使機(jī)組從啟動(dòng)到額定風(fēng)速之間基本能夠在高效工況下工作,實(shí)現(xiàn)了水泵從柔性啟動(dòng)到最大功率之間的平穩(wěn)工作。該機(jī)性能特點(diǎn)可以概括描述為“具有能夠脫開蓄電池并使用交流潛水電泵變速提水功能的智能型發(fā)電、提水及取暖多用系統(tǒng)”。系統(tǒng)配套參數(shù)及設(shè)備價(jià)格如下:

?2000W輸出為三相380V的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,1臺(tái),價(jià)格14500元；

?300wp太陽(yáng)能光伏電池組件,1套,價(jià)格4800元；

?2000W 提水智能控制系統(tǒng),1臺(tái),價(jià)格2000元；

?2000W 自動(dòng)卸荷保護(hù)器1臺(tái),價(jià)格500元；

?600W單相逆變器,1臺(tái),價(jià)格1800元；

?DC48V200Ah膠體免維護(hù)蓄電池,2塊,價(jià)格3800元；

?QD3-18-0.55潛水電泵 1臺(tái)。揚(yáng)程18M,流量3m3/h,功率0.55KW,價(jià)格800元；

?2000W 發(fā)熱壁畫1塊,價(jià)格1200元；

?附屬設(shè)備,1套,價(jià)格1800元；

?稅金利潤(rùn),3800元；

?合計(jì)35000元。(運(yùn)輸安裝另計(jì))

5 戶用風(fēng)力提水、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電及輔助取暖三用系統(tǒng)功能及使用范圍

?直接提水功能:

由于本機(jī)組發(fā)電機(jī)的輸出是380V的三相交流電,輸出頻率為35～55HZ,因此本機(jī)組的發(fā)電機(jī)可以不經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)直接驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的潛水電泵、離心電泵提水,且提水量大。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到5M/S時(shí),智能控制器自動(dòng)異通潛水泵提水電路；達(dá)到12M/S最大風(fēng)速時(shí),卸荷保護(hù)與機(jī)械偏尾同時(shí)起作用,有效的保護(hù)了風(fēng)力機(jī)。?發(fā)電與供電功能:

人工關(guān)閉“風(fēng)力提水控制箱“里的提水電路,開啟充電電路,則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的380V電流經(jīng)過(guò)三相小功率變壓器將電壓降低到48V后向蓄電池充電,而太陽(yáng)電池組件則始終直接向蓄電池充電。這樣風(fēng)機(jī)、太陽(yáng)電池組件通過(guò)智能化控制器與蓄電池、逆變器就共同組成獨(dú)立運(yùn)行的離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)電發(fā)電系統(tǒng)。輸出50HZ的單相220VA交流電,供彩電和照明等日常使用。由于家用電器負(fù)載總功率較小,可以明顯的提高蓄電池的使用壽命。?輔助取暖功能:

本系統(tǒng)采用FD2000型大功率專用風(fēng)力發(fā)電機(jī)配套若干組遠(yuǎn)紅外電暖壁畫構(gòu)成。發(fā)電機(jī)在8M/S風(fēng)速時(shí)的額定功率為2000W,在12M/S風(fēng)速時(shí)的最大功率25000W,配套發(fā)熱器的額定功率為1500W。能滿足牧區(qū)家庭、棚圈的輔助取暖。

遠(yuǎn)紅外電暖壁畫是一種環(huán)保、舒適、節(jié)能的新型取暖器具,采用國(guó)際上新型高科技碳纖維發(fā)熱材料,電熱轉(zhuǎn)換率高達(dá)98%。升溫快,通電后短時(shí)間內(nèi)表面溫度可恒定在80度左右,使用壽命在10年以上。傳熱方式為紅外線輻射出熱。經(jīng)過(guò)特殊處理后的絕緣強(qiáng)度可達(dá)到 3750V,泄漏電流＜0.25mA,使用安全可靠。

6 戶用風(fēng)力提水、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電及輔助取暖三用系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

本系統(tǒng)利用智能化控制器,將風(fēng)力發(fā)電提水機(jī)、取暖機(jī)及小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)科學(xué)的配成一機(jī)三用系統(tǒng)由于將蓄電變?yōu)閮?chǔ)存水,大大減少了蓄電池容量和逆變器的功率,就同樣功率的機(jī)型來(lái)說(shuō),成本價(jià)遠(yuǎn)低于逆變器提水型多用系統(tǒng),也遠(yuǎn)低于使用提水與發(fā)電兩套系統(tǒng)。

風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電結(jié)合組成混合供電系統(tǒng),提高了供電系統(tǒng)的可靠性。風(fēng)能和太陽(yáng)能在時(shí)間上、季節(jié)上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性,風(fēng)力機(jī)和太陽(yáng)能電池組成混合獨(dú)立供電系統(tǒng)更有效地利用自然資源(太陽(yáng)能、風(fēng)能),可達(dá)到提高系統(tǒng)供電可靠性的目的。在太陽(yáng)能電池的獨(dú)立供電系統(tǒng)中,蓄電池的壽命問(wèn)題一直制約著太陽(yáng)能的應(yīng)用。系統(tǒng)并入風(fēng)力機(jī)后可改善蓄電池的充電特性,提高蓄電池的壽命。

風(fēng)力機(jī)的千瓦單位成本只是光伏發(fā)電的1/4左右,風(fēng)力機(jī)同太陽(yáng)能電池組成混合供電系統(tǒng)后,系統(tǒng)成本可大幅降低,使供電系統(tǒng)更具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。