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海岛供电不容易 离网型海岛微电网种类盘点(3)

北极星智能电网在线  来源:电气应用微信公众号    2016/9/8 11:40:27  我要投稿  

风力发电

风力发电可与光伏发电实现互补,但自然风波动很大。极不稳定,风能发电时有时无,电压时高时低,因此风光互补发电必须建立一个稳压系统,以确保其正常供电。此外,由于低于3m/S的风速能量太小,没有利用价值,而风速大于20m/s时对风力发电机的破坏性很大,又很难利用,所以海岛通常只对320m/s的风加以开发,小型风力发电机组启动风速较低,一般3m/s以上就能发电。

海岛风力发电设计要注重安全可靠和环境适用性,必须保证在一些极端情况下能经受住考验,避免大风天气叶片“不翼而飞”,以及频繁更换零配件情况的发生。海岛风力发电一般选用水平轴高速螺旋桨式三相交流发电机。功率10kW以下。所发的三相交流电经安装于控制器中的整流装置后输出直流电,汇入直流母排。此种风力发电机具有结构简单、低速发电性能好、便于安装和维护等优点,尤其是对海岛无线通信干扰要比直流发电机小得多。相同功率的风力发电机。当启动和额定风速不一样时。在同等环境下其输出功率差距较大。因此风力发电机选型最重要的考虑因素是使其设计风速值与当地的风能资源匹配,与之达到最大吻合,不可简单地用风机“铭牌”标定的额定功率值直接作为选配依据。

海岛风光互补发电系统设备大都安装于室外,具备湿、高耸、突出等易受雷击特征,尤其是风力发电机塔架、风轮和轮毂高度至少十几米,遭受雷击屡见不鲜。特别是在海岛,伴随电闪雷鸣释放出巨大能量,不仅造成光伏组件、风力发电机叶片损坏,而且常常引起发电系统过电压,造成发电机击穿、控制设备烧毁、电气设备损坏等事故,甚至危及人身安全。因此筹划系统建设方案时应注意做好防雷设计。

海浪发电

相比风能与太阳能技术,波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势,波能能量密度高,是风能的4~30倍;相比太阳能,波浪能不受天气影响。波浪能发电电源是利用波浪发电制作成的电源,为海洋传感节点供电具有诸多优点:

1)波浪能分布广泛且储量巨大,可就地取能。

2)波浪发电装置受海况与气候影响较低。研究利用波浪能发电,为海洋无线传感器节点提供长期的能量供给,具有十分重要的意义。

风与海面作用产生海浪,海浪能是以动能形式表现的水能资源之一。1977年,有人对世界各大洋平均波高1米、周期1秒的海浪进行推算,认为全球海浪能功率约为700亿千瓦,其中可开发利用的约为25亿千瓦,与潮汐能相近。海浪中蕴藏有如此丰富的能量,如将海浪的动能转化为电能,使制造灾难的惊涛骇浪为人类服务,是人们多年来梦寐以求的理想。

面临的问题

波浪能装置的总发电效率大都比较低,提高装置各级能量转换结构转换效率问题需要亟待解决。目前,波浪能发电仍存在诸多问题,如制造成本昂贵、装置可靠稳定性及并网等。波浪能发电难以与常规能源相竞争,但是对于不便于应用常规能源的场合,波浪发电在一定程度上具有特有的优越性与生命力。当前,海洋无线监测传感网中各节点仍大多采用传统化学电池供电,但是化学电池的使用寿命有限,需定期更换。恶劣复杂的海洋环境给数ift庞大的传感器节点电池更换造成了极大的困难,然而化学电池能量一旦耗尽,传感器节点无法正常工作,将会影响整体传感器网络的性能。

为解决一直困扰着海浪发电机设计和建造的各种问题,制造更先进的海浪发电机,欧洲海洋能源中心在英国政府的资助下建立了奥克尼海浪发电试验场。该试验场中安装有抗风暴的系泊设备和铠装电缆,使得安装和测试海浪发电机变得方便而廉价。现在,在奥克尼海浪发电试验场,欧洲海洋能源中心能同时安装四台海浪发电机,研究人员能够同时对不同的海浪发电机进行直接比较,这样就有可能挑选出最好的海浪发电机,从而以很低的成本产生出更多的电能。进一步说,在试验场里还有与电网相连的接入口,这样一来,实验测试用的海浪发电机在开始试验时就可能为研制者带来收益,从而降低了研制成本。

奥克尼海浪发电试验场的第一个用户可能是“海蛇”。“海蛇”是英国海洋电力设备公司研制的一款海浪发电机的别称。该公司正在利用欧洲海洋能源中心建造的750千瓦的“海蛇”海浪发电机的样机。“海蛇”的设计寿命为15-20年,能经受住百年一遇的巨浪的冲击。

海上浮动核电站

相比于以上供电方式,海上浮动核电站是近几年才发展起来的。这种小型的、可移动式的核电站将陆上核电站的缩小版安装在船舶上,既可为偏远岛屿供应安全、有效的能源供给,也可为远洋作业的海上石油、天然气开采平台提供电力、热力和淡水资源,有用电需求时将电站拉过来,不需要便可用船将电站拉走。

提到海洋、核电站,很多人往往想到的还是其安全性。海上浮动核电站(也称浮动堆)究竟安不安全?其实,离岸小型模块化浮动堆的安全性优于目前在运的陆基核电站。首先,浮动堆功率较小,设计上采用更先进的理念,本身固有的安全性就很高。浮动堆处于远离陆地的海上,不易受地震和海啸影响,即便发生地震,震源的地震波也不会被海水传递。而且海洋本身也可以作为一个应急的散热器,在极端事故情况下,浮动堆可将海水引入船体内,阻止堆芯熔化进程,保证反应堆安全。由于浮动平台体积小,它们可被牵引到专门的场所进行集中维护和处理。

浮动核电站的技术原理其实并不神秘,只是将原本建造在陆地上的核电站安装在船舶平台上。但是,由于陆地和海上条件差异很大,相关的技术要求不尽相同,海上浮动核电站的设计、建造和运行都面临特殊的技术难题。

目前,中广核正在开展ACPR50S小型堆示范项目的初步设计工作,预计2017年启动示范项目建设,2020年建成发电。

ACPR50S海上小型堆的技术先进性体现在,采用模块化设计,易于现场安装、运行及换料检修;紧凑型布置,反应堆压力容器与蒸汽发生器之间采用短套管连接,基本消除大破口事故发生;基于大型压水堆成熟经验开展小型化设计,依托成熟核级设备供应链。

ACPR50S海上小堆采用全非能动安全系统,半潜式深吃水设计,海水可作为最终热阱,安全性上超过了三代核电安全标准。根据用户需求提供特定的热力及电力供应,小型堆可广泛应用于偏远海岛中小型电网、海水淡化、工业供热、居民供暖等领域。

由于海上浮动小型堆换料检修周期长,可长期运行、持续不断地进行电能、热能、海水淡化等综合能源供给,用于海上资源开发时比利用柴油发电机实惠得多。后者不仅功率小,且燃料补给困难、使用维护成本高。

在一些特殊需求上,比如为海岛供电,柴油发电机的电价高达每度电5块钱,小堆在经济上就有很好的竞争力。据相关资料,目前渤海海上石油开采所需能源为原油或有限的伴生气,原油发电成本大约2.0元/千瓦时,而海上核能发电成本约0.9元/千瓦时。

一旦海上浮动核电站能够成熟应用,将成为海上最强的移动电源,可有效解决偏远岛礁供电问题。

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