楊 賀，吳永忠，曾令健，張 艷

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

1 引言

內(nèi)蒙古牧區(qū)幅員遼闊，居住分散，當(dāng)?shù)厝罕姀氖聜鹘y(tǒng)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)。因用電負(fù)荷小，輸送距離遠(yuǎn)，采用常規(guī)的電網(wǎng)給當(dāng)?shù)鼐用窆╇姌O不經(jīng)濟(jì)，致使這些地區(qū)電網(wǎng)未及，能源短缺，絕大部分還沒有告別無電的歷史[2]。而在這些地區(qū)卻有著豐富的風(fēng)能資源，90%地區(qū)風(fēng)能可開發(fā)利用，年有效風(fēng)能量在1000～2480kW·h／m2·a之間。因此近年來，500W離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在這些地區(qū)得到了大量的推廣，這種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也為提高當(dāng)?shù)厝罕姷纳钏狡鸬搅酥匾淖饔谩?/p>

2 500W離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性分析

該離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一種以單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器、蓄電池組、逆變器組成。采用的技術(shù)路線是：三葉片、水平軸、上風(fēng)向尾翼對風(fēng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出三相交流電，經(jīng)整流穩(wěn)壓后存于蓄電池，再經(jīng)控制器提供使用。目前在這種發(fā)電系統(tǒng)中普遍采用的是FD－500型風(fēng)力機(jī)，該風(fēng)力機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)為：風(fēng)輪直徑3m、塔高10m、額定功率500W，切入風(fēng)速為3m／s，工作風(fēng)速3～20m／s。通過型式實(shí)驗(yàn)測試出其相關(guān)性能參數(shù)從而得到功率特性曲線，如圖1所示。

圖1 功率特性曲線

從圖1中可以看出風(fēng)速為16m／s時(shí)，風(fēng)力機(jī)輸出功率最大。

3 典型地區(qū)介紹

錫林郭勒盟位于中國的正北方，內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，地處西風(fēng)帶，地域遼闊，風(fēng)資源豐富，品質(zhì)好，年有效風(fēng)速持續(xù)時(shí)間長。按照自治區(qū)風(fēng)能區(qū)劃，全盟各旗縣市區(qū)均為可利用風(fēng)能區(qū)，10m高度層的年平均風(fēng)速為4.2m／s；年平均風(fēng)能密度約在240～320W／m2；年可利用風(fēng)小時(shí)數(shù)約在4380～7800h。本地區(qū)的風(fēng)資源狀況具有很好的代表性，因此把錫盟做為典型地區(qū)來分析[6]。從當(dāng)?shù)貧庀笳救〉脺y風(fēng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出各等級風(fēng)速的風(fēng)速小時(shí)數(shù)，風(fēng)速范圍3～20m／s，如表1所示。

4 發(fā)電量與用電量計(jì)算

4.1 發(fā)電量計(jì)算

一般采用一年的測風(fēng)數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)計(jì)出月風(fēng)速分布（表2），再根據(jù)對應(yīng)風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)的輸出功率來計(jì)算月發(fā)電量，具體計(jì)算公式如下：

式中：Pwi為風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速j m／s時(shí)的輸出功率（W）是第i月風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂處風(fēng)速為jm／s時(shí)的累計(jì)小時(shí)數(shù)；Ewi為風(fēng)力發(fā)電機(jī)在第i月的發(fā)電量（kW·h）；

其中t為當(dāng)?shù)販囟?，p為當(dāng)?shù)貕簭?qiáng)（百帕），e為當(dāng)?shù)貪穸取?/p>

通過公式（1）計(jì)算出系統(tǒng)各月發(fā)電量，然后再計(jì)算出日均發(fā)電量，如表2所示。

表1 風(fēng)速小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 各月日均發(fā)電量

4.2 用戶用電負(fù)荷

錫盟地區(qū)用戶的負(fù)載情況，通過對農(nóng)牧民收入情況的了解，可推測一般家庭擁有的家用電器（表3）。

表3 戶用家庭日耗電量估計(jì)

根據(jù)用戶的實(shí)際需要對電器的使用時(shí)間進(jìn)行了調(diào)配，電熱毯使用時(shí)間1、2、11、12月份。季節(jié)不同白晝時(shí)間長短不同，燈的使用時(shí)間不同，根據(jù)季節(jié)不同分為3種情況：1、2、10、11、12月份日耗電時(shí)間為8h；3、9月份為7h；4、5、6、7、8月份為6h，燈日耗電量分別為0.48 kW·h、0.42kW·h、0.36kW·h。電冰箱耗電量由于環(huán)境溫度以及儲存食物的多少不同而分為3種情況：1、2、11、12月用電量0.6kW ·h；3、10月耗電量0.72kW·h；4、5、6、7、8、9月耗電量0.84kW·h。發(fā)電系統(tǒng)日耗電0.1kW·h，家庭各月日耗電量如表4所示。

表4 家庭各月日耗電量

5 分析及結(jié)論

系統(tǒng)日供電量與用戶日用電量對比曲線如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)日供電量與用戶日用電量對比曲線

由圖2可知5月份發(fā)電量最高，1、2、10、11、12月份發(fā)電量相對較高，而且這幾個(gè)月用電量相對大，8月份系統(tǒng)發(fā)電量最低，仍可以滿足用戶的需求。每個(gè)月都有一定的富余電量，5月份富余電量最多，8月份最少。

從以上分析得出500W離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電能力良好，工作穩(wěn)定可靠，年供電保證率大于90%，可以滿足用戶的用電需求，適宜在內(nèi)蒙古無電地區(qū)推廣。

[1]彭 磊，董 軍.偏遠(yuǎn)無電地區(qū)供電模式經(jīng)濟(jì)性分析及實(shí)證研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.

[2]格日勒圖.對錫林郭勒盟邊遠(yuǎn)牧區(qū)推廣風(fēng)能、太陽能發(fā)電的思考[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007，132（2）：14.

[3]徐 坦，方 濤.離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].設(shè)計(jì)與計(jì)算，2013，152（2）：29～32.

[4]林文品.戶用型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率控制研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[5]吳育華，張林武.我國農(nóng)村離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國農(nóng)機(jī)化，2009，222（2）：54～57.

[6]趙永勝，李然濤.錫林郭勒盟風(fēng)資源狀況及風(fēng)電場建設(shè)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2012，260（10）：57～58.