高寒-高海拔地区外场设备供电方案探究

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1、高寒高海拔地区外场设备供电方案探究　　摘要：随着高速公路的全面建设，远离大电网，处于无电状态，人烟烯少的项目越来越多，外场监控设备的供电越来越困难，在实施过程中应结合外场设备用电负荷较低，无人值守及项目所处区域内光资源及风资源的特点选取合适的供电方案。本文将结合国道215线当金山至大柴旦段公路外场监控设备的供电方案进行论述。关键词：高寒高海拔；外场设备供电；风光互补。中图分类号：U223文献标识码：A概述本项目为国道215线当金山至大柴旦段公路，属国家高速公路网国道主干线连云港至霍尔果斯公路(GZ45)的联络线，与国家

2、路网中的北京至拉萨高速公路(GZ25)相连接。本项目远离大电网，处于无电状态，人烟烯少，外场监控设备用电负荷较低，无人值守，且本项目所处区域内光资源及风资源充裕，本次拟采用风光互补供电系统对平交口外场监控设备进行供电。气象参数项目所在地的气象参数见下表：本项目1960年～2010年累年各月气象参数一览表月份累年各月9平均风速（m/s）累年各月日照时数（h）累年各月平均最高气温（℃）累年各月极端极低气温（℃）11.2233.6-4.1-34.221.7221.8-1.2-31.732.6270.34.6-25.243285

3、10.6-19.853308.915.6-11.462.8294.619.1-5.772.6297.121.7-0.582.4298.721.4-4.292.2275.116-10.4101.8283.39.7-18111.4243.91.9-30.6121.1232.1-2.6-30.5以上数据源于中国气象局及青海省海北区气象局。通过上表气象数据分析，本项目所在地各月日照时数平均在8小时，平均有效风速为2.2m/s。负载：团结乡平交口监控设备功率及日耗电量的确定：团结乡平交口监控设备功率及日耗电量一览表9序号设备名称单

4、位数量设备用电负荷（W）合计（W）供电方式1车辆检测器（VD）套640240风光互补供电系统2交通信号灯（TS）套6452703摄像机（CA）套6503004视频处理工控机（两路视频）套31003005摄像机补光设备套6201206信号灯控制机套14040总计1270研究重点及难点风光互补供电系统针对高原、高寒环境的调查与解决方案项目所在地区是柴达木盆地，是青海省西北端一个内陆盆地，平均海拔3000米左右。路线最低点位于花海子附近海拔2886米，最高处为青山垭口海拔3690米；区域内太阳辐射量大，日照时间长，热量充沛，昼

5、夜温度变化剧烈，极端最低气温可达-36.4℃。本次研究根据高原特殊的气候环境的特点，主要分析了本项目所处高原环境对风力发电性能的影响，提出风光互补发电系统减小这些影响的对策和措施。9风能资源分布的影响①发电规模受限由于本项目所在地区属于风能可利用区，可利用区风能功率密度50～150W/m2，发电规模在很大程度上受到限制，所以在设备用电时，应尽量采用节能运行的用电模式，以保证外场监控设备必要的运营。②发电方式需要补充高原风能资源可利用的时段性极强，且主要集中在冬春季节，仅采用单一的风力发电形式，电能质量、可靠性和稳定性难以

6、保证，需要考虑与其它能源形式配合使用，互补发电。空气密度的影响（1）空气密度随高度的变化根据气体状态方程式求得空气密度与海拔高度的关系为：式中ρH——海拔高度为H时的空气密度；ρ0——标准状态下空气密度，海平面在摄氏零度气温条件下空气的密度是1292g/m3；H——海拔高度（m）；T0——绝对温度，为273K；a——空气温度梯度，约为0.0065K/m。大气压力和空气密度随海拔高度的变化见下表。（2）空气密度对风力发电的影响9由贝兹理论，理想叶轮从风源吸收的最大功率为由常温标准大气压力下，空气密度值为1.225kg/m3

7、，在海拔4000m以上的高原地区，相对空气密度只有0.65，对相同参数的风轮机在两种空气密度下所获得的最大功率进行对比有：式中ρ1——海拔4000m处空气密度；ρ0——常温标准大气压力下空气密度。即相同参数的风轮机叶轮在相同风速下，在高原地区只能获得内地地区最大功率的2/3。由此可见，在高原地区，空气密度对风轮机提取能量的影响已经十分显著，风力发电机在高原地区应用时必须考虑空气密度随高度变化的影响。大气温度的影响①温度变化对功率输出的影响根据风能转换原理，风力发电机组的功率输出主要取决于风速，但除此以外，气压、气温和气流

8、扰动等因素也显著地影响其功率输出。由于功率曲线是在空气标准状态下测出的，这时空气密度r＝1.225kg/m3。当气压与气温变化时，ρ会跟着变化，一般当温度变化±10℃，相应的空气密度变化±4%。②风电机组的覆冰9处于临界状态的雨、雪、雾、露遇到低温的设备和金属结构表面时结冰，覆冰对电力系统安全运行危害较大。风轮机浆叶