无效风速小时能量平衡法

二、无效风速小时能量平衡法

所谓无效风速小时,是指当地风速小于风力发电机组发电运行风速的时间。在无效风速时,风力发电机组不发电,负荷只能依靠蓄能装置来提供电能。一旦风力发电机组的运行风速确定了,当地的无效风时便可计算出来。

采用无效风速小时数来选择和计算蓄电池的容量有两种方法,下面以户用型为例来说明这两种方法的应用。

1.连续最长无效风速小时计算法

根据一年的风速小时变化曲线,可以统计出不同时段的无效风速小时数。

【例】100 W的风力发电机组,其运行风速为3~15 m/s,当地风速小于3 m/s的时间为3361 h,共计54次,平均为62 h,其中无效风速最长时间为102 h,用户日负荷耗电量为0.493kW·h,则蓄电池的容量为

图示

式中:E——用户日耗电量,W·h;D——最长连续无效风速天数,取图示天;U——用电器电压,取24 V;η——蓄电池组的效率,取0.8。

同样,考虑适当的裕度,蓄电池组的容量选用120 A·h。

2.平均连续无效风速小时计算法

【例】在统计的无效风速小时数中,将1h的无效风速小时数删去(假定有13次),然后将求出的年平均无效风速小时数作为计算天数D,于是有

D=(3361-13)÷(54-13)÷24天≈3.4天

C=493×3.4÷24÷0.8 A·h=87 A·h

同样,考虑适当的裕度,蓄电池组的容量选用90A·h。

3.风电盈亏平衡计算法(https://www.daowen.com)

众所周知,独立运行的风力发电系统,如果不设置蓄能装置,风电与负荷之间经常会处于风电过剩或短缺的不平衡状态,即风电盈亏。风电盈亏平衡计算法的原理如下。

【例】某村落安装的独立运行的风力发电系统,统计出系统总的短缺电量为77508kW·h,无效风速小时数为3639 h,小时最大短缺量为76.6kW·h,小时平均缺电量为21.3kW·h。通常以小时平均缺电量来计算蓄电池的容量,即

C=ΔE/(KU)=21.3÷(0.1×0.44)A·h=484 A·h

式中:ΔE——小时平均缺电量,kW·h;U——蓄电池平均放电端电压,kV;K——蓄电池放电率。

根据计算结果,考虑适当的裕度,蓄电池的容量取500A·h为宜。

4.基本负荷连续供电保障小时计算法

由于蓄电池投资大、运行费用高,有时采用基本负荷连续供电保障小时计算法来计算独立运行的风力发电系统蓄电池的容量。

【例】某用户生活负荷为15.4 kW,供电处端电压为440 V,考虑用户用电量的增长,留20%的裕度,即按18.5 kW计算。若要保证向基本负荷连续供电8h,则有

C=ΔE/(KU)=18.5÷(0.125×0.44)A·h≈336 A·h

蓄电池的容量取400 A·h,即可完全满足用户要求。

采用年能量平衡法计算蓄电池的容量较简单,但计算结果往往偏大,尤其在低风月份,蓄电池会经常处于充电不足状态,影响其使用寿命。

连续最长无效风速小时计算法需要提供风速小时变化曲线,对于户用型独立运行的风力发电系统用户来说是非常困难的,因此可以通过一些年平均风速相似的典型分布曲线来获取。用这种计算方法得出的蓄电池容量基本满足用户需求,但也会在某些时候存在蓄电池严重放电后充电不足的问题。

风电盈亏平衡计算法主要适用于村落型独立运行的风力发电系统,往往在安装设备之前对这些地方的风力资源进行测量,可以得到比较完整的风速小时变化曲线。用这种方法计算出的蓄电池容量是可靠的。根据计算公式可以看出,配置的蓄电池容量与放电系数K有关。如果K=0.08(12.5 h放电),则配置的蓄电池容量将达到605 A·h。

基本负荷连续供电保障小时计算法是一种最简单的计算方法,适用于户用型独立运行的风力发电系统,也适用于村落型独立运行的风力发电系统。关键是设计者必须根据当地的风况,通过和用户协调,提出合理的基本负荷连续供电保障小时数。提出的指标过高,将使投资增加,也会使蓄电池充电容量不足,降低蓄电池的使用寿命,反之则会使蓄电池容量过低而使用户停电时间延长。