海岛可再生能源发电系统总体设计.pdf

第31卷第4期
海洋技术
Vol 31. No4
2012年12月
OCEAN TECHNOLOGY
Dec,2012
海岛可再生能源发电系统总体设计
张中华,夏增艳,刘靖飙2,王海峰',黄勇
(1.国家海洋技术中心,天津300112;2.中国船舶重工集团公司711研究所,上海201203)
摘要:首先介绍嵊山岛島的基本情況及岛上的实际需求,然后详细分析嵊山鸟可再生资源的构成和特征,确定岛上
资源状况适合采取多能互补的形式发电,在此基础上设计一个樂波浪能、太阳能、风能和生物质能于一体的发电系
统,用于岛上供电、海水淡化和制冰的需要。
关键词;嵊山岛;多能互补;可再生能源;发电系统;总体设计
中图分类号:TP274+.2
文献标志码:B
文章编号:1003-2029(2012)04-0087-04
在海岛的沿岸及附近水域蕴黷着较丰富的海洋能源,如
潮汐、海流、波浪、温差和盐差能等。同时,大多数海岛有丰富
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的风能和太阳能资源。所以,同时开发与利用多种可再生能
源,利用其不同的强度周期,形成彼此间的能量互补,实现均
衡供电,从而改善海岛能源供给状况,优化海岛的能源结构。
嵊山岛位于浙江省舟山群岛最北部,境内气候受西北太
求区迎
平洋、欧亚大陆的影响,形成了独特的海岛气候一北亚热带
南缘海洋性季风气候,具有冬夏季风交替显著、年温适中、四
季分明、温变和缓、气候资源丰高的特点。嵊山岛上居民约
1.1万人,是典型的海岛渔区。目前,岛上主要通过海底电缆
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进行供电,但海底电缆受台风影响较大,出现台风时,岛上会
月份
主动切断电力供给。此外,由于岛上经济是以渔业捕捞、水产
图1有效风时频率
品加工为主,对淡水和冰的需求量较大。
600
1可再生能源分析
100
1.1波浪能
根据统计资料,嵊山海域波功率值在0.5-8.8kW/m变
化,平均波功率值约为2.4kWm。每米迎波面波功率值大于
1kW的天数占总统计时间的90%以上,波功率值为2kW/m
的频率分布在60%左右。由于波浪随风的变化而变化,所以
波浪能能流密度具有明显的季节变化,秋季较高,春季较低,
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冬、夏季相差不大?
月份
1.2风能
图2各月平均有效风能密度
嵊山岛区域的风能资源十分丰富,反映在季风上,春夏
季风速较小,冬季风速最大,但夏季多台风。
1.3太阳能
嵊山有效风时在500h以上,有效风时频率如图1所
该区域年总辐射量为4126MJ/m2,一年中冬季最小,夏
示,均在80%以上,有效风能密度(图2)在200W/(m2h)以
季最大,春秋季介于冬夏之间。年照时数为1940.6h,其
上,为风能丰富区。
中,7、8月份月均日照量是1a中最多的,最少月份是1月
收稿日期:2012-03-1
基金项目:海洋可再生能源专项资金资助项目(GHME20 11GC01)
作者简介:张中华(1981-),女,博士,丁程师,主要从事结构可靠性研究。 Email: 2zhrabbite126com
万方数据
海洋技术
第31卷
和2月,四季分布特点是:夏季最多,冬季最少,秋季多于
可以进行人为的调节,保讧系统输出电量的稳定性,起釗俙
季。
能和调峰的作
1.4生物质能
可以看出,嵊山岛的可再生能源具有明显的季节特征
目前,嵊山岛上常住居民超过1万人,有各种企业超过适于利用波浪能、太阳能、风能资源和生物质能、采取多能与
50家。这些居民和企业在F常的生产、生活中产生:了大量补的形式发电、制淡水和冰
的废乔物。这些垃圾废弃物的堆积必然会影响生态环境,将
圾运出海岛的成木较高,前如果直按投放住海洋里,对海2发电系统组成
洋环境也将造成极大的危害。因此,如果利用其产生的沼气
进行发电,这样既可以解决岛上垃圾处理的问题,也可以变
独立电力系统巾波浪能发电系统、太阳能发电系、风
废为宝,为岛上提供动力。同时,由于生物质沼气发可以进能发屯系统、生物质能发电系统、条用电源柴油机发电系统
行人为控制,因此具有很好的发电系统调峰和储能功能。
海水淡化装置和电力控制及监控系统组成。波浪能发电系
1.5可再生能源资源特征分析
统、太阳能发电系统、风能发电系统和生物质能发电系统是
综合分析,在季节变化时,波浪能秋季较高,春季较低
4个独立的发电单元,输出电能给也力控制系统,经逆交后
冬、夏季相差不大;风能则是春夏季较小,冬季最大;而太阳提供给岛上居民和海水淡化装置用电叫。独立电力系统示意
能冬季最小,复季最大,春秋季介于冬夏之间;此外牛物质能。如图3所示。
太阳能发电机组
可以壹接接入家庭或者各种用电较小的观测站等
人1能
风能
风,能发电
日kW
中池
载に电
波浪能
浪能发电州
on kk
电力控制系统
海水谈化装
热气发
估气
备用电源
2x54=1(0kW
油)
垯油机发电札组
I x 130 kh
崑气非定
上物质发
水供
监控系统
图3独立电力系统示意图
2.1波浪能发电系统
摆板运动形式如图4所示,摆轴位于摆板底部,摆板在
波浪能发电系统采用离岸浮力摆形式,离岸浮力撰裴置由波浪的作用下偏离平衡位置,此时摆板在浮力作用ド向平衡
摆板(波浪俘获系统)、液压传动系统和电控系统3部分组成位置恢复,同时択板还受到重力和水的阻力的作用,从而使
慫板绕摆轴前后摆动
摆板运动
形式
波浪能发电系统理如图5所示,将波浪的动能通过摆
板装置转换为往复运动的机械能,然后通过液压系统带动发
电机,从而将机被能转化为电能,最后电控系究将系统发出
的电能转换为能够供用广使的交流申
2.2太阳能发电系统
太能热发电系统采杼热发电方式其工作塚理如图6
所示,利州聚光器将低度的太阳能汎聚到焦斑处,使其生
成高密度的能量,然厂.作流体将具转化为热能,再通过
汽轮/斯特林发动机将热能转化为机械能,最终带动发电
图4摆板运动形式
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