风能太阳能互补的发电方式

华 东 电力 1099年第 4期 §6一 f 风能太阳能互补的 华东 电力 集团公司(上悔 20000 Complementary Generating Mode and Wind Power 2 蓦 ) 王凡 I】V l U l 0fs0Ia ¨-T N 6 I ¨ 口’ Fan East China Electric Power Gronp Co Shanghai 200002 嘉键 ,F电ro太 能 嚣詈 与7-作 用风能舡太 能为辅 摘 要 介绍了 太用能与风能各自的优势互土}发电的装置与 作原理，阐明利用风能为主-太阳能为辅 的互补旋风发电装置 已具备实用价值．通过人为创造稳定、连续的发 电环境．制用可再生能源发电解决矿物燃 1 风力发电的现状 据估计 ，我国可利用的风能约有 1．6～2．5亿 kw ，相 当于 1992年全 国发 电总容量 的 1．5倍 ，平 均风能 密度为 0．1 kW ／m 。 风轮 机功率的大小 取决于风 速的 3次方 。如 果设 计的额定最大输 出功率 为 P ，所 对应 的风 速 为 ，则 当风 速小 于 时 ，功率 就 以风 速 下 降 的 3次方 幅度 下降 ，例如 ：风速 为 0．46 V 时 ，则 功 率仅 为额定 值 的 10 。 当风 速 大 于额定 风 速 时 ，风 轮机 也只能按设计 的最大功 率输 出 由于风 轮机要 承受一个 轴 向力 ，该 轴 向力 与 风速成正 比，即风轮 机受到 一个 与风速 成正 比的 扭 力作用 ，为 了避免过大的扭力使风 轮机 损坏 ，当 风速过大时 ，风轮 机将退 出运 行。也就是说 ，在 实 际运 行 中最大功率 仅存 在于较小的功率风速范 围 内 ，这就 是 一般 风力发 电机运行 风 速限 制在 3～ 20 m 范 围内，而且 风能利用系数很低的原因 。 一 般 设 计 较 好 的 风 轮 机 效 率 只有 3O ～ 42 因此 ，风力的易变性 及 由此 导致 的风轮 机 效率低下大大降低了利用风能作为独立发 电能源 系统 的发展 ，这 是制约 风力发电 的主要原 因。 由于 风是大 自然的 产物 ，不 依人 们 的意 志 而 转移 ，而 目前 自然风 能利用效 率低 使风 能发电 只 作为常规热 力和 水力发 电的 补充 ，要使风 能发 电 作为一 个 独立 、稳 定、连续 的发 电系统 形 式 而存 在．要么配置相 应容量 的蓄 电设备 ，要么设法为 风 轮机提 供一个稳定 、连续 的风能供给环境 。 利 用 蓄 电设 备 ，1 kW 风 力发 电容量 一 般需 配备 4 kw ·h容量蓄 电池 ，而蓄 电池运行成本非 常高 ，以酸性蓄 电池 为例 ，典型 的酸性 蓄电池 只能 完 成 1 000次 充放 电循 环 ，仅蓄 电所 花 费的费用 为 5美分／(kW ·h)。 人 们又设法在常年风能鞍丰 富的地区建立风 力 场 ．但 还是不 能解 决风力发 电的间断 性和不可 控性 问题 ，风力 发电只能作为辅助能源 ，解决 不 了 矿物燃 料紧缺和污染等根本 问题 。 2 旋风装置 在 自然界 中“龙卷 风”给 人类造 成巨大 的财产 损失 。它可以把一个 110 t重、三四层楼 高的油桶 卷到半空中 。一场普通的龙卷 风所 释放 的能量相 当惊人。 据估计 ，龙卷风风速 可达 1OO～200 m／a 龙 卷风 的 中心 气压很 低 ，只有 40 kPa．巨大 的气 压 差产生的功率可与 1O座大型 电站相 当。例如 ，当 漏斗就旋涡直径为 200 m时 旋转气流的功率可 达 30GW 。 旋风发电装置的原理是 在一个塔 型建筑的 四 周开设方 格型小 窗 由计 算机根 据风 向和在 建筑 翱内形成旋转风风力 的大小控 制朝风 的小窗洞开 启幅度 ，背 风的小窗则 关闭 ，在塔 底装设螺旋 形的 风转 叶轮 风 ，吹进塔 后 开始旋转 ，形成旋 涡 ，当塔 内形成 小旋风时，塔 内旋 涡中心呈低气压状态 ，将 塔下方空气 吸八 塔 内，从而迫 使大昔 高速 运动射 风不 断地 吹过转 子叶片 ，使叶 片快速转 动而发 电。 维普资讯 http://www.cqvip.com 1999年第4期 华 东 电力 由于旋风发 电装 置 内的风速大小是可 人为地 通过窗的开启大、小或开、闭进行控制，因此，可大 幅度降 低风 能利用 中存在 的离 散性和 不可 控性 ， 即人 为创 造具 有恒 定风 力的 发电环境 ，并 且还 可 有效地使风轮机基本处 于额定风速下输 出额定 功 率。 另一个 优点 是 ，突破 了 目前对风 力发 电机规 定 的 2～20 m 的限 定范 围．特别是 当外界风 大 于 20m／s，或外 界风不是 太小时 ，通 过窗户 的开启 程 度 ，仍 能有效发 电，大大提高 了风 能可用系数 。 旋风发电装置 的原理是建造一 座面积很大 的 透明圆型大栅 ，栅顶是塑料膜 ，从棚 的四周向 中心 逐渐升高 ，与中心烟 筒状 塔相连 当棚 内空气被太 阳加热后，流向简状高塔，气流迅速带动塔 中叶轮 而发电，据有关科学实验 明 ，每小时发 电功率可 达 700 Mw～1 GW 。该装置 能在无风 的条件 下工 作 。但 当外界是 阴、雨天气时 ，该装置将 无法工作 该装置工作原理是 ，当有适当自然风时，风轮 机通过旋风发 电装置发 电。当有太 阳光时 ，太阳光 经过聚焦镜后聚焦在太 阳能集热装置上。 太 阳能集热装 置主要 由石英和 陶瓷 细杆 群组 成 。太 阳射线 聚焦 并通 过石英 由流动空气 中的许 多陶瓷细杆群传递给周围空气，由于陶瓷杆群具 有极大的表面积．能以极高的效率使周围的空气 升温。聚焦能量过程 的开 始是 由聚焦镜把太 阳射 线引 导到这个 漏斗 型的装 置 中，这 个装置 可 把 能量集中到 10 Mw／m=的程 度。 随后 ．这些聚焦 的太阳射线 穿过 石英 窗 口(用 石英 窗 口的 目的是 由于它透 明而且经得住气体 的 压强 )。细杆吸收太 阳的 能量 ，并可达到 l 800 C。 冷 、热空气产生强 烈对 流 ，形 成了“风 ”。与此同时 ， 通 过 管道 分 一部 分“风 ”到 某 一排 同 向的 小窗 口 中，使旋风装置 内仍 有旋 转风 ，从而风轮 机照样运 行发 电。 3 风能 、太阳能互补发 电装置 4 结束语 风 能和太 阳能的能量 密度低、稳 定性差 ．常受 天气影 响。风 能有季节性 变化 ．太 阳能有 日夜间 断，但是采用 旋风风力发电装置为主 ，以太阳能旋 风发 电装置为 辅 的互补装置 ，同时变 化为弱 势 的 机率就 小些 ，尤其 是 白天太 阳光 强 ，夜 间风 多 ；夏 天 日照好风弱 ，冬春 季节 风大 ．正好 互补 ，只要 风 不是非常 小 ，旋风 发电装置就能正常运行。 一 般 而 言，只有 在夏 天 才会 出现无 风或 微 风 的天气 ，而夏天 正好利用 太 阳能旋风 发 电装置发 电弥补 ，从 而组 成一个独立利用可再性 能源稳定、 连续 、可控发供 电系统 ，从 而打破 了且前 以矿物燃 料发 电为主 ，可再 生能源只能为辅 的发供 电格局 。 风能 、太 阳能互补旋 风发 电装 置的 主要 组 成 部分(含蓄热储 能装置—— 夏季晚峰发 电)有太阳 能聚焦镜 、漏 斗型人造 旋风 建筑 、风轮 及发 电机 、 太阳能集热装置 、蓄热装置 。 (1)风 能、太 阳能互 补旋 风发 电装 置 以利用 风 能为主 、太 阳能为辅 ，从理 论上和逻辑上解决 了 制约 目前利 用可再生性 能源 时最 主要 的离散性 和 非可控性 两个问题 。 (2)旋 风发 电装置 在 以色列 早 已建成 使用 。 据报道该装置可 使普通风力发 电机敬 率至少提高 10倍 ，因此 ，旋 风发 电装 置 已具有一 定 的实用性 ， 而且使用旋风装置 可以跳 出我国 目前大型 的风力 发电只能建在一些受普 通风力发电技术条件 和风 力资源严格限制地 区的束缚 (3)旋 风发 电装置 很大程度上 代替 了大容量 蓄电设 备·为开发大容量 ，完全独立 利用 可再 性能 源稳 定 、连续 、可控 发电 装置提 供 了条件 ，使 利用 可再生能源发 电解 决矿物燃 料紧缺 和污染 等问题 成为可能 收稿 日期 l 998 l!一! * {}早 }嚣 ’融 {}砖 哥 、}} * 收 * }}慧 * 懈 ： 近期要实施的联网-I-程 据 全 国联 网 规赴I工作 座谈 会报 道 ·到 2Ol。年 左 右 ．全 国将 形 成 北 部 (华 北 ， 东 北 、西 北 及 山 东 电 网 )，中部 (华 中、华 东 、川滴 及福 建 电罔 )、南部 (广 东 、广 西 、贵州 、云南 ， 香 港 、澳f1、海 南 电同 >---J<~ 网 ，至 202[}年 ，将 形成 ± 国统 一联 台 电 网·近期要实施的几项联网工程有 ：(1】三蛱输变电工程：(2)东北与华北联网工程 ；(3)福建与华东联 同工程 ；【4 山 东 与华北 联 网工 程 ；(5)川渝 与西 北联 网工 程 ；(6)华 中与华 北的联 网工 程 = 维普资讯 http://www.cqvip.com