海岛风能海水淡化组合体系研究.pdf

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海岛风能海水淡化组合体系研究任典勇1，施慧雄2MARINE离网型与并网型风电的技术特征学JoURNAL要：利用风能作为海水淡化的动力能源是目前较新颖的研究课题，国际上报道的还不多。根据东南沿海丰富的海岛风能资源和海岛缺淡水的现状，就如何利用洁净能源——风能和从降低海水淡化成本的角度出发，研究如何将风力发电与海水淡化装置进行组合。通过对不同功率的离网型和并网型风力发电机技术特征的分析，设计了风能发电与不同规模海水淡化装置的组合，研究表明，30以下的海水淡化装置可以利用储能电池把风能聚集起来，作为海水淡化的动力能源，大于30水淡化装置必需并网。该研究还以宁波市象山县高塘岛为实例，在测得该岛风能效益时间表的基础上，设计了以不同功率的离网型风力发电机与300本进行了分析。研究表明，如果不计投资利息，500t／d的海水淡化装置产水的单位成本为2．77元／t，间隙性生产(单纯的风力发电制水)产水的单位成本为1．43元／t，有望低于市政供水价格。引言空气是地球赋予人类的宝贵财富，空气流动变成风，空气无时不刻在流动，从这个意义上说，风力发电是人类用之不竭的无污染可再生能源，也是洁净能源。利用洁净的能源是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现，也是一个地区环保的重要指标。风力发电与火力发电相比，不排放二氧化碳，不会污染环境；与核电相比，不需燃料费用，没有安全问题，而且见效快，设备安装容易，发电立竿见影，基本不需要维修。因此，风力发电将在我国可再生能源结构中占有举足轻重的地位。我国东南沿海是风能资源比较丰富的区域，风能密度为200W／m2，大多数海岛都可满足建设风电项目的基本气象条件。根据有关资料，全年平均风h以上的风电就可取得较大经济效益口]。宁波市沿海年平均风速为m／s(4级)；全年10．8m／s(8级)以上风速持续的平均时数为6d)，最多年份为6d)；全年17级)以上大风持续的平均时数为2最少年份为1d)；其中可供风力发电的5～m／s风速全年持续的时数约为4d左右)。我国东南沿海大多数海岛缺水、缺电，从目前经济技术条件和成本效益角度出发，利用我国东南沿海丰富的风能资源为反渗透海水淡化提供能源是最经kW以下、独立运行、户用、用蓄电池储能的风力发电机组。它可作为沿海缺电、缺水的海岛地区小型海水淡化的动力能源。离网型风力机单台装机容量约为100kW，一般不超过15kW。它由风力发电机、充电器和数字逆变器构成。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组第27卷第2期海洋研究oFSCIENCES文章编号：1001-909X(2009)02-0111-08(1．宁波海洋开发研究院，浙江宁波315040；2．宁波市海洋与渔业研究院，浙江宁波315012)摘t／dt／d的海t／d和500t／d的海水淡化装置相配套，并对制水成关键词：风力发电；海水淡化；组合；产水成本中图分类号：TM315文献标识码：A0速为5m／s出现的时间在4d)，最少年份为5m／s(10济的方式。1．1离网型风电离网型风电机组是指15W～109年6月V01．27June，25．61lO．4h(254．6912h(288184h(216373．6h(98．9d)，608h(6717800h(2001作者简介：任典勇(1954～)，男，浙江象山县人，教授级高级工程师，主要从事海洋环境工程研究。2No．29300000收稿日期：2007—06—10
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成。叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；转动的机头是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。因风量不稳定，故小型风力发电机输出的是13～25V的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能，然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220电，才能保证稳定供电[2]。离网型风力发电机组的调向装置大部分是上风向尾翼调向。调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构或风轮上仰式调速。功率较大的机组还装有手动刹车机构，以确保风力机在大风或台风情况下的转动安全。风力发电机组配套的功能外，还具有保护蓄电池过充、过放、交流卸荷、过载和短路保护等功能，以延长蓄电池的使用寿命。目前较常见的小型风电机及其参数见表1。1．2并网型风电风力发电能顺利并入一个地区或有电海岛电网的电量，主要取决于电力系统对供电波动反应的能力。风力发电机在并网和大小发电机切换时产生的瞬间电流，对电网会造成冲击，这种冲击随着风力发电机组单机容量的增大而增强。过大的冲击不仅引起电力系统电压的大幅下降，并且可能对发电机和机械部件(塔架、桨叶、增速器等)造成损坏。如果并网冲击时间持续过长，还可能使系统瓦解或威胁其它