海岛可再生能源发电系统总体设计.pdf

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1、第31卷第4期2012年12月海洋技术OCEANTECHNOLOGYV01．31．No．4Dec，2012海岛可再生能源发电系统总体设计张中华1，夏增艳1，刘靖飙2，王海峰1，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：首先介绍嵊山岛的基本情况及岛上的实际需求，然后详细分析嵊山岛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集波浪能、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

2、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藏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，境内气候受西北太平洋、欧亚大陆的影响，形成了

3、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、气候资源丰富的特点。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进行供电，但海底电缆受台风影响较大，出现台风时，岛上会主动切断电力供给。此外，由于岛上经济是以渔业捕捞、水产品加工为主，对淡水和冰的需求量较大。1可再生能源分析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2．4kw／m。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

4、，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，冬、夏季相差不大岬】。1．2风能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。嵊山有效风时在5000h以上，有效风时频率如图l所示，均在80％以上，有效风能密度(图2)在200W／(m2·h)以上，为风能丰富区。10095誉霉90爨匿85裁∞75123456789101112月份图1有效风时频率2。{ij、J】份图2各月平均有效风能密

5、度1．3太阳能该区域年总辐射量为4126MJ／m：，一年中冬季最小，夏季最大，春秋季介于冬夏之间。年lI照时数为1940．6h，其中，7、8月份月均日照量足la中最多的，最少月份是1月收稿日期：2012—03—14基金项目：海洋可再生能源专项资金资助项目(GHME201IGC01)作者简介：张中华(1981一)，女，博士，工程师，主要从事结构可靠性研究：Email：zzhrabbit@126．corn海洋技术第3l卷和2月，四季分布特点是：夏季最多，冬季最少，秋季多于春季。1．4生物质能目前，嵊山岛上常

6、住居民超过1万人，有各种企业超过250家。这些居民和企业在日常的生产、生活q，产生了大量的废弃物。这些垃圾废弃物的堆积必然会影响生态环境，将垃圾运出海岛的成本较高，而如果直接投放在海洋里，对海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，也可以变废为宝，为岛上提供动力。同时，由于生物质沼气发电可以进行人为控制，因此具有很好的发电系统调峰和储能功能。1．5可再生能源资源特征分析综合分析，在季节变化时，波浪能秋季较高，春季较低，冬、夏季相差不大；风能则是春夏

7、季较小，冬季最大；而太阳能冬季最小，夏季最大，春秋季介于冬夏之间；此外生物质能口J以进行人为的调节，保证系统输出电量的稳定性，起到储能和调峰的作用。可以看出，嵊山岛的可再生能源具有明显的季节特征，适于利用波浪能、太阳能、风能资源和乍物质能，采取多能互补的形式发电、制淡水和冰：2发电系统组成独立电力系统由波浪能发电系统、太阳能发电系统、风能发电系统、生物质能发电系统、备用电源柴油机发电系统、海水淡化装置和电力控制及监控系统组成。波浪能发电系统、太阳能发电系统、风能发电系统和生物质能发电系统是4个独立的发电

8、单元，输出电能给电力控制系统，经逆变后提供给岛上居民和海水淡化装置用电I‘I。独立电力系统示意图如图3所示。图3独立电力系统示意图2．1波浪能发电系统波浪能发电系统采用离岸浮力摆形式，离岸浮力摆装置由摆板(波浪俘获系统)、液压传动系统和电控系统3部分组成。图4摆板运动形式摆板运动形式如图4所示，摆轴位于摆板底部，摆板在波浪的作用下偏离平衡位置，此时摆板在浮力作用下向平衡位置恢复，同时摆板还受到重力和水的阻力的作用，从而使摆板绕摆轴前后摆动¨