1、第8章 風光互補發電系統第8章 風光互補發電系統風光互補發電系統風能與太陽能互補性好 8.1 風光互補發電系統組成8.1.1 風光互補發電系統 1.風力發電系統風力發電系統有兩種運行方式，獨立供電的離網運行系統和并網運行系統。風力發電系統的根本設備是風力發電機組。從能量轉換角度看，風力發電機組包含風力機和發電機兩大局部。風力機的功能是將風能轉換為機械能，發電機的功能是將機械能轉換為電能。風力發電機組的單機容量由幾百瓦到幾兆瓦。國際上通常按容量的大將風力發電機組分為大型1MW以上)、中型100kW1MW和小型1100kW。我國將容量小于1kW的風力發電機組列為微型。8.1 風光互補發電系統組成

2、圖8-1所示為獨立運行的微小型風力發電系統主要組成結構示意圖。 圖8-1 獨立運行風力發電系統8.1 風光互補發電系統組成 1風力發電機組 由風力機、發電機和控制部件構成。 2整流器將發電機發出的交流電轉換為直流電。 3智能控制器系統的控制裝置，主要對儲能設備的充電和放電進行控制保護，同時對系統的輸入、輸出功率進行調節和分配。4蓄電池組由于風能是一種不穩定的能源，所以需要一種儲能裝置將其所發的電儲存起來，在風力發電機不發電時對外輸出能量。通常由假設干只蓄電池通過串聯、并聯組成。8.1 風光互補發電系統組成 5逆變器假設用電負載為交流負載，那么必須將直流電轉換為交流電，這一過程由逆變器完成。 6

3、耗能負載持續的大風可能形成風力發電機發出較多的電能，耗能負載用于消耗風力發電機組產生的多余電能。 7交流負載使用交流電的動力裝置或設備。風力發電系統的工作原理是：風能使風力機轉動帶動發電機工作，風力發電機輸出的交流電經整流后直接給直流負載供電，并將多余的電能向蓄電池充電。假設負載為交流負載，那么通過逆變器將直流電轉換為交流電給負載供電。 8.1 風光互補發電系統組成 2. 風光互補發電系統 風能與太陽能互補性好！ 風力發電和光伏發電配合組成的混合發電系統，稱為風光互補發電系統。由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發電系統在資源上彌補了風力發電和光伏發電獨立系統在資源上的缺陷。同時，風力發電和光

4、伏發電系統在蓄電池組和逆變環節上可以通用，所以風光互補發電系統的造價可以降低，系統本錢趨于合理。 8.1 風光互補發電系統組成 1風光互補發電系統的組成 如圖8-2所示為風光互補發電系統主要組成結構示意圖。圖8-2 風光互補發電系統的組成8.1 風光互補發電系統組成 風力發電機組由單一或一組風力機、發電機和控制部件組成。光伏方陣將太陽電池組件用導線通過串聯和并聯組合在一起組成的方陣，產生負載所需要的電壓和電流。 智能控制器系統的控制裝置。控制風力發電和光伏發電對蓄電池的充電和放電，并對設備進行保護。同時可以對系統的輸入和輸出功率進行調解和分配。可以采用風力發電和光伏發電獨立用控制器，也可用一體

5、的控制器。8.1 風光互補發電系統組成 兩款智能控制器8.1 風光互補發電系統組成 主要特點： 風力、太陽能發電可單獨分別輸入或互補組合輸入； 采用自適應功率控制技術，在低風速時進行升壓，使風機在較低轉速時即可對蓄電池充電；高風速時限制輸出功率，以免損壞蓄電池； 具有穩壓、穩流精度高、紋波小、效率高、輸入電壓范圍寬等特點； 對蓄電池嚴格按限流恒壓方式充電，確保蓄電池既可以充滿，又不會損壞，并保持恒壓浮充，隨時補充蓄電池自身漏電損失； 控制器根據太陽能電池板電壓判斷天黑與天明，自動控制亮燈和熄燈，亮燈持續時間可設為固定時間或根據蓄電池電量情況自動調整； 控制器在蓄電池電量過低時，會自動斷開負載，

6、防止蓄電池過度放電損壞；待蓄電池補充電量后，自動恢復接通負載； 控制器具有完善的保護功能，如太陽能電池反接保護，蓄電池過壓、欠壓保護，蓄電池電量過低保護，風力發電機輸入/輸出過壓保護，風 力發電機輸入/輸出過流保護，風力發電機超風速飛車保護等。8.1 風光互補發電系統組成 主要技術參數： 風機輸入：三相AC50V，P300W； 光伏電池輸入：DC35.0Vpm，I15A； 控制器輸出電壓：DC28.8V； 風力發電機輸入過壓保護值：AC505V； 風力發電機輸出過流保護值：DC11A1A； 適用蓄電池：24V，100200Ah； 負載端最大輸出電流：每路I15A； 蓄電池欠壓保護啟動電壓：DC

7、21.00.3V； 蓄電池欠壓保護恢復電壓：DC23.00.3V； 蓄電池充滿保護電壓：DC28.80.2V； 外形尺寸：26015080mm； 工作環境：環境溫度10+50，相對濕度090。 8.1 風光互補發電系統組成 蓄電池組 由假設干電壓和容量相同的蓄電池通過串聯和并聯組合，構成系統所需要的電壓和容量。主要是儲存和調節風力發電與光伏發電這種不穩定的電源，到達可以連續供電的目的。在風力發電機和光伏方陣不能發電時，由蓄電池向負載供電。逆變器 將直流電轉換為交流電供交流負載使用。 交流負載 如燈泡、電視機、收錄機、VCD機、磨面機、粉碎機等用電設備。 8.1 風光互補發電系統組成 2風光互補

8、發電系統的特點 相對于獨立風能發電系統和獨立光伏發電系統，風光互補發電系統具有如下特點。風光互補發電系統可以同時利用風能和太陽能進行發電，充分利用了自然氣象資源，白天可能具有較好的太陽能資源，夜間那么可能具有較豐富的風能資源。在太陽能和風能豐富且互補性較好的條件下，可獲得連續、穩定的電力供給，具有更好的經濟效益和社會效益。相同容量系統的初投資和發電本錢均低于獨立的光伏發電系統。如果電站所在地太陽資源和風力資源具有較好的互補性，那么可以適當地減少蓄電池容量，降低系統本錢。8.1 風光互補發電系統組成 2風光互補發電系統的特點風光互補發電系統也有缺乏之處：風光互補系統與獨立系統相比，其系統的設計較

9、為復雜，系統的控制要求較高；風力發電具有一些可動部件，設備需要定期進行維護，增加了較多的工作量。8.1 風光互補發電系統組成8.1.2風力發電機組 1.風力機類型 風力機將風能轉變成機械能的主要部件是受風力作用旋轉的風輪，故依據其風輪結構和風輪在氣流中的位置可以分為兩大類：水平軸風力機和垂直軸風力機。目前主要以水平軸風力機為主。8.1 風光互補發電系統組成 水平軸風力機的風輪圍繞一個水平軸旋轉，工作時風輪的旋轉平面與風向垂直，如圖8-4所示。風輪上的葉片徑向安置，與旋轉軸相垂直，并與風輪的旋轉平面成一角度。風力機葉片數一般為24片(多數為3片。葉片數多的風力機通常稱為低速風力機，葉片數少的風力

10、機通常稱為高速風力機。水平軸風力機隨風輪與塔架相對位置的不同有上風向與下風向之分。風輪在塔架的前面迎風旋轉，稱為上風向風力機。風輪安裝在塔架的下風位置，那么稱為下風向風力機。上風向風力機必須有某種調向裝直來保持風輪迎風，下風向風力機那么可以自動對準風向而免除了調向裝置。圖8-4 水平軸風力機8.1 風光互補發電系統組成 2.風力發電機的結構和組成 風力發電機的組成各異，但其原理和結構根本一致。主要由以下幾個局部組成：風輪、傳動機構增速箱、發電機、機座、塔架、調速器或限速器、調向器、剎車制動器等，如圖8-5所示 圖8-5 小型風力發電機的根本組成1-風輪(集風裝置)； 2-傳動裝置3-塔架；4-

11、調向器尾翼5-限速調速裝置；6-發電機 8.1 風光互補發電系統組成 1風輪 風力機最主要部件就是風輪。它一般由輪轂和23片葉片組成，功能是將風能轉換為機械能。葉片的材料一般為高強度工程塑料或者玻璃鋼。 風力機葉片都裝在輪轂上。輪轂是風輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的動力，都通過輪轂傳遞到傳動系統，再傳到風力機驅動的對象。同時輪轂也是控制葉片槳距使葉片做俯仰轉動的所在，如圖8-6所示。圖8-6 風力機輪轂8.1 風光互補發電系統組成 風能P與風速v間滿足以下關系： 8-1式中，P風能，W；v風速，m/s；A面積，m2；空氣密度，kg/m3，空氣密度根本恒定，一般=1.22

12、5kg/m3。當A一定時，風能P正比于v3。 風力發電機輸出功率Pw與風能P根本線性。某3000W風力發電機輸出功率與風速的實驗測試曲線如圖8-7所示。8.1 風光互補發電系統組成 2發電機葉片接收風能而轉動最終傳給發電機。發電機是將風能最終轉換成電能的設備。獨立運行的容量在10kW以下的風力發電機組多采用永磁式或無刷自激式交流發電機，經整流后向負載供電和向蓄電池充電。容量在10kW以上的風力發電機組，那么多采用同步發電機和異步發電機。附圖8-8 異步發電機與同步發電機的結構示意9.1 風光互補發電系統組成 2發電機圖8-10 風力發電機結構示意圖8.1 風光互補發電系統組成 3調速或限速裝置

13、 在多數情況下，我們要求風力發電機不隨風速的變化而變化，轉速總保持恒定或不超過某一限度值，為此必須采用調速或限速裝置。風速高時，這些裝置還用來限制功率，并減小作用在葉片上的力。 調速或限速裝置原理有：使風輪偏離主風向；利用氣動阻力；改變葉片的漿距角。 偏離風向超速保護 對于小型風力機，為了使其結構簡單化，其葉片一般固定在輪轂上。為了防止在超過設計風速的強風時風輪超速或葉片被損毀，通常是風輪水平或垂直轉動而偏離風向，到達超速保護的目的，如圖8-8所示。 9.1 風光互補發電系統組成圖8-8 偏心距超速保護9.1 風光互補發電系統組成 利用氣動阻力制動 將減速板鉸接在葉片端部，與彈簧相連。正常情況

14、下，減速板保持在與風輪軸同心的位置；風輪超速時，減速板因所受的離心力對鉸接軸的力矩大于彈簧張力的力矩，從而繞軸轉動成為擾流器，增加風輪阻力起到減速作用。風速降低后又回到原來的位置。利用空氣制動的另一種結構是將葉片端部設計成可繞徑向軸轉動的活動部件。正常運行時，葉尖與其它局部方向一致，并對輸出扭矩起重要作用。風輪超速時，葉尖可以繞控制軸轉60或90，產生空氣阻力對風輪起制動作用。 葉尖的旋轉可以利用螺旋槽和彈簧機構來完成，也可以由液壓缸驅動。9.1 風光互補發電系統組成 變槳距調速采用槳距控制除可以控制轉速外，還可以減小轉子和驅動鏈中各個部件的壓力，并允許風力機在很大的風速下運行。在中、小型風力

15、機中，采用離心調速方式較為普遍，利用槳葉或安裝在風輪上的配重所受的離心力來進行控制。風輪轉速增加，旋轉配重或槳葉的離心力隨之增加并壓縮彈簧，使葉片的槳距角改變，從而使其受到的風力減小，以降低轉速。當離心力等于彈簧張力時，到達平衡位置。在大型風力機中，常采用電子控制的液壓機來控制葉片的槳距。 9.1 風光互補發電系統組成 4調向裝置風力發電機靠風的能量發電，風輪捕獲風能的大小與風輪的垂直迎風面積成正比。對于某一個風輪，當它垂直風向時正面迎風捕獲的風能就多；而當它不是正面迎風時，所捕獲的風能相對就少；當風輪與風向平行時；就捕獲不到風能。所以，風力發電機必須設置調向機構，使風輪最大程度地保持迎風狀態

16、，以獲取盡可能多的風能，從而輸出較大的電能。下風向風力機的風輪能自然地對準風向，因此一般不需要進行調向控制。上風向風力機那么必須采用調向裝置。9.1 風光互補發電系統組成 尾翼尾翼主要用在小型風力發電機上，由尾翼梁、尾翼板等組成，一般安裝在主風輪后面，并與主風輪回轉面垂直。其調向原理是：風力發電機工作時，尾翼板始終順著風向，也就是與風向平行。這是由尾翼梁的長度和尾翼板的順風面積決定的，當風向偏轉時尾翼板所受風壓作用而產生的力矩足以使機頭轉動，從而使風輪處在迎風位置。 如圖8-9(a)為舊式風力發電機使用的形式，圖8-9 (b)是(a)的改進型，圖8-9 (c)對風向的變化最敏感，靈敏性好，是最

17、好的形狀。圖8-9 (c)尾翼有最大的翼展弦長比，能充分地利用上升的氣流，實際上尾翼的翼展與弦長的比為25，典型尾翼的高應是寬的5倍左右。 9.1 風光互補發電系統組成 尾翼圖8-9 尾翼形狀9.1 風光互補發電系統組成 側風輪在機艙的側面安裝一個小風輪，其旋轉軸與風輪主軸垂直。假設主風輪沒有對準風向，那么側風輪會被風吹動，產生偏向力，通過蝸桿機構使主風輪轉到對準風向為止。電動機驅動的風向跟蹤系統多數大型風力發電機組，一般采用電動機驅動的風向跟蹤系統。整個偏航系統由電動機及減速機構、偏航調節系統和扭纜保護裝置組成。 9.1 風光互補發電系統組成5傳動機構 風力機的傳動機構一般包括低速軸、高速軸

18、、齒輪箱、耦合器和制動器等，如圖8-10所示。低速3050r/min；高速10001500r/min 有些風力機的輪轂直接連接到齒輪箱上，不需要低速傳動軸。也有一些風力機，特別是微小型風機，設計成無齒輪箱，風輪直接連接到發電機軸上，簡化了風機的結構，提高了風機的可靠性。圖8-10風力機的傳動機構9.1 風光互補發電系統組成5傳動機構圖8-10 風力機的傳動機構9.1 風光互補發電系統組成6塔架 風機的塔架除了要支撐風機的重量外，還要承受吹向風機和塔架的風壓，以及風機運行中的動載荷。圖8-11 塔架結構9.1 風光互補發電系統組成6塔架圖8-11 塔架結構9.1 風光互補發電系統組成 垂直風機

19、風光互補路燈 功率：300W； 產品價格：2180元9.1 風光互補發電系統組成 風光互補路燈9.1 風光互補發電系統組成 風光互補路燈8.1 風光互補發電系統組成8.1.3風力發電機組的性能風力發電機組的性能不僅決定于設計制造的水平和質量，還與機組使用地區的氣候條件和運行方式緊密相關。1.切入風速與切出風速 在低風速下，發電機組的風輪雖然可以轉動，而由于發電機轉子的轉速很低，并不能有效地輸出電能，當風速上升到切入風速時，風力發電機組開始發電。隨著風速的不斷升高，發電機輸出功率增大，風速上升到切出風速，風力發電機輸出功率超出額定功率，在控制系統的控制下機組停止發電。切入風速與切出風速之間的風速

20、段稱為工作風速，正常發電。8.1 風光互補發電系統組成 2.額定風速與額定輸出功率風力發電機產出額定輸出功率時的最低風速，稱為額定風速，它是由設計人員為機組確定的一個參數。在額定風速下，風力發電機產出的功率，稱為額定輸出功率。故額定風速低的風力機性能較優。3.最大輸出功率與平安風速最大輸出功率是風力發電機組運行在額定風速以上時，發電機能夠發出的最大功率值。最大輸出功率高，說明風力發電機組的發電機容量具有較大的平安系數。但是最大輸出功率值過高，平安性雖好，而經濟性下降。 平安風速是風力發電機組在保證平安的前提下，所能承受的最大風速，平安風速高，機組強度高，平安性好。8.1 風光互補發電系統組成

21、4.調速機構和制動系統調速機構和制動系統保證風力發電機組運行的平安性。(1)調速機構獨立運行風力發電機組在高風速下的平安平穩運行，主要依靠調速機構的限速功能。 實現小型風力發電機組的調速方法有多種，如變距、側偏調速等，變距可分為離心式和螺旋槽式等。調速要求：調速功能可靠；調速反響靈活；調速過程平穩；調速誤差應在系統可接受的范圍。8.1 風光互補發電系統組成(2制動系統在機組超速或發生緊急情況時，獨立運行風力發電機組必須緊急停車，此項功能由風力機制動系統來實現。 風力機制動的方法：按供能方式分為人力制動系統、動力制動系統和伺服制動系統；按傳動方式分為氣壓制動系統、液壓制動系統、電磁制動系統、機械

22、制動系統及組合制動系統等。制動要求：制動功能可靠；制動反響靈活；制動過程平穩；制動時限應在風機系統可接受的范圍。8.1 風光互補發電系統組成 5.對環境的適應能力我國地域遼闊，各地氣候差異很大，因此風力機對惡劣天氣和環境的適應能力很重要。對于特殊的環境，如沙塵暴、鹽霧、低溫、高溫、積冰、雷電和長期陰雨天氣等，應對風力發電機組提出特殊的防護要求。 6.安裝和維護的簡易性我國開展光伏發電和風力發電的地區,大多數處于遙遠、多山地帶，經濟欠興旺，文化水平較低，交通運輸不便。因此，在上述地區使用的風力發電機組必須便于安裝、維護簡單，否那么不僅給用戶帶來麻煩，而且也給廠家的售后效勞帶來很大困難。8.1 風

23、光互補發電系統組成8.1.4 垂直軸風力發電機 垂直軸風力發電機旋轉不受風向的影響，無需對風調向控制系統，結構更簡單，發電效率比水平旋轉現有提高1.8%；固定式發電機工作防止了絞線；發電機可以安裝在塔架下部，操作維護方便；工作時無噪音，是一種靜音風力發電機；垂直軸風力發電機主要用于獨立發電系統或風光互補發電系統。 圖8-12 垂直軸風力發電機 8.1 風光互補發電系統組成表8-1 垂直軸風力發電機參數 設計理念運用流體力學、空氣動力學、新型CDF設計方案功率300W1.5kW啟動風速1.2m/s1.5m/s工作風速1.545m/s2.045m/s額定功率300W1.5kW最大功率500W2kW

24、安全風速45m/s45m/s抗風能力60m/s60m/s輸出電壓12V/24V12V/24V風葉材質鋁合金、碳纖維8.1 風光互補發電系統組成8.1.4 光伏發電系統及其組成 光伏發電系統及其組成見前面有關章節。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 8.2.1 風光互補發電系統的設計 1. 風光互補發電系統的設計原那么風光互補發電系統的設計最好用計算機軟件進行。設計的一般原那么：根據當地資源決定風力發電機和太陽電池的使用與否及數量；大局部地區的風能和太陽能是互補的，但也有些地方是一致的；當工程點同時具有風能和太陽能資源時，太陽能的配置一般不超過30%，否那么系統的經濟性會變得很差。8.2 風光

25、互補發電系統的設計和安裝 2.風光互補發電系統的設計步驟分析當地的風能和太陽能資源；了解經緯度、海拔、地貌、沿海內陸等地理信息；負載分析，確定直流負載、交流負載、阻性負載和感性負載的功率及運行時間；確定系統類型，選擇光伏和風機的規模；選擇蓄電池；選擇逆變器。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 3.風力發電系統的設計風力發電系統的設計，首先是計算負荷用電量，其次是計算蓄電池組容量，最后確定風力發電機組等設備的選型。 以下以設計一個利用風力發電機組獲得電能、采用蓄電池組儲存電能、通過逆變器實現輸出供電的獨立型風力發電系統為例，介紹如何進行容量計算與設備選型。 8.2 風光互補發電系統的設計和安

26、裝 1設計目標20戶家庭供電，每戶平均耗電200W，平均每天使用5h。2風力資源情況系統所在地風速 v16m/s，為7h/d；風速 v29m/s，為2.5h/d。3系統組成風力發電機組、蓄電池組、整流充電器、逆變器和控制器組成。系統中，風力發電機組輸出的交流電能，經整流充電電路變換為直流對蓄電池組充電，通過逆變器將直流電能轉換為交流向負載供電，控制器提供對蓄電池充電和放電過程的控制管理以及故障檢測與保護。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 4負載用電量計算按照20戶居民戶均耗電200W計算。用電器總功率PL：PL=200W 20=4kW日總耗電量WL： WL =4kW 5h =20kWh8

27、.2 風光互補發電系統的設計和安裝 5風力發電組功率計算風力發電機組一般只有系列值，所以在選用機型時，要根據當地的平均風速和風力發電機組輸出功率特性曲線來確定。風力機組的實際輸出功率公式為,Pw=(v/v0)3 P0式中，Pw機組實際輸出功率，W；v0額定風速，m/s；v實際風速，m/s； P0機組額定輸出功率，W。其輸出能量為式中，Ww機組輸出總能量，kWh；Pwi平均風速為vi時機組的輸出功率，W；Ti平均風速為Vi時的時間，h。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 根據系統所在地風能資源情況，如果選用額定功率5kW、額定風速9m/s的風力發電機組，根據公式有：Pw1=(v1/v)3 P0

28、 =(6/9)3 5=1.48(kW)Pw2=(v2/v)3 P0 =(9/9)3 5=5(kW)Ww= Pw1T1+ Pw2T2=1.48 7 +52.5=10.36 +12.5=22.86(kWh) 即風力發電機組每天大約發電23kWh，超過總耗電量20kWh，滿足用電要求。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 6蓄電池容量計算WL=20kWh，假定系統直流電壓蓄電池電壓U=48V，蓄電池放電深度D=50%，根據蓄電池容量計算公式，那么蓄電池容量QB為QB=WL/UD=20000/48 0.5=833(A h)實際可選用1000Ah。這樣，系統需用24只2V/l000Ah的蓄電池進行串聯

29、構成蓄電池組。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 7逆變器和控制器的選型 根據負載需要，逆變器容量應大于或等于總用電功率，因此可選用56kVA的正弦波逆變器。可選用保護功能齊全的5kW控制器。一般情況下，應考慮負載的特性(阻性負載和感性負載)后再確定逆變器容量。 逆變器容量=阻性負載功率1.5+感性負載功率 (35)8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 4.風力發電機選型本卷須知1比較風力發電機應在相同風速下比較一年的總發電量。不同的風力發電機的功率可能標定在不同的額定風速上，比較應在同一風速下進行。2可靠性和運行壽命是最重要的指標 可靠性第一，價格次之 ；可靠性高，壽命長。3各個風力發電機

30、的性能和控制方法不完全一樣，應中選擇配套的控制器。4詢問已經使用過該風機的用戶，了解使用情況。5盡量選擇信譽較好的品牌產品。6較好的風機應該無需經常維護保養，能在無人看管的情況下連續運行36年。風機典型的設計壽命為30年。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 5. 光伏發電系統的設計 參閱本書有關章節。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 8.2.2 風力發電機位置的選擇 1.間接估計風資源 1現場觀察植物(圖8-10). 2通過觀測進行風速估計，見表8-2。表8-2風速估計觀察到的現象風速/m/s)觀察到的現象風速/(m/s)平靜,煙垂直向上0.00.2旗子展開3.45.4煙隨著風向偏移0.

31、31.5樹葉和紙被卷起來5.57.9臉上感到有風1.63.38.2 風光互補發電系統的設計和安裝 圖8-13 觀察植物估計風資源8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 2.不同地形的風場特點及風力發電機位置的選擇安裝位置選擇的好壞，對能否到達風能利用的預期目的起到關鍵的作用。在風機選址的各項工作中，首要的是確定盛行風向，從而考慮地形的有利影響，采取相應對策，找到風機最合理的安裝地點，防止由于安裝地點的選擇不當，而達不到預期效果。1平坦地形在風機位址周圍46km半徑范圍內，其地形高度差小于50m，同時地形最大坡度小于3，可定義為平坦地形。實際地形分類時，在場地周圍，特別是場址的盛行風的上風方向，沒

32、有大的山丘或懸崖之類地形時，仍可視為平坦地形。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 粗糙度與風速的垂直變化 平坦均勻地形下，在選址地區范圍內，同一高度上的風場分布可以認為是均勻的，可以直接使用附近氣象站風速觀測資料來對站區進行風能估算。在這種均勻地形下，風的垂直方向上的廓線與地面粗糙度有直接和相對簡單的關系。在均勻地形下提高風機輸出功率的唯一方法是增加塔架高度。在近地層中，風速隨高度的不同有顯著的變化，造成這種風在近地層中垂直變化的主要原因有：動力因素，主要來源于地面的摩擦效應，即地面的粗糙度；熱力因素，主要表現與溫度層結構及近地層大氣的垂直穩定度有關。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝

33、障礙物的影響由于氣流流過障礙物時，在其下游會形成尾流擾動區。不僅風速降低，而且有很強的湍流，對風機的運行十分不利。因此在選擇安裝風機地點時必須注意避開障礙物的尾流區。尾流的大小及強弱與障礙物的大小和形狀有關。 圖8-14為小型障礙物實體對氣流產生的影響。在障礙物下風方向20倍障礙物高度的地區是強尾流擾動區，安裝風機時應盡量避開這個區域。同時尾流擾動區可以到達障礙物高度的2倍，如果必須在這個區域內安裝風機，其安裝高度至少應高出地面2倍障礙物高度。由于障礙物的阻擋，在上風向以及障礙物的外測也會形成湍流渦動區。一般風機安裝地點假設在障礙物的上風方向，也應距障礙物25倍障礙物高度的距離。 8.2 風光

34、互補發電系統的設計和安裝 圖8-14 風的湍流示意圖8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 圖8-14 風越高高山時的加速作用8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 圖8-14 小型障礙物實體對氣流產生的影響8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 根據風向和風速關系，如果在風向最多的上風側沒有障礙物，一般都可以認為這個地點為平地。所謂在平地上安裝風力發電機的情況，應考慮以下兩個條件：以設置地點為中心，在半徑為1km的圓內，應沒有障礙物；假使有障礙物時，風力機的高度應為障礙物最高處高度的3倍以上，此條件極為嚴格，但對小型風力發電機可以放寬些例如也可以把半徑定為400m。8.2 風光互補發電系統的設計和

35、安裝 2復雜地形復雜地形可以分為隆升地形和低凹地形。山區風的水平分布和特點在河谷內，風向與河谷走向一致時，風速將比平地大；風向與河谷走向近于垂直時，氣流受到地形的阻礙，河谷的風速就大為減弱。對于山谷地形，由于山谷風的影響，風速會出現明顯的日或季節變化。在谷地選擇場址時，要考慮山谷風走向是否與當地盛行風相一致，而不能按山谷本身局部地形的風向確定。要考慮山谷中的收縮局部，這里容易產生狹管效應，兩側的山越高，風也越強。但是，由于地形變化劇烈，會產生很強的風切變和湍流，對風機不利。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 山丘、山脊地形的風場 對于山丘、山脊等隆起地形，主要利用其高度抬升和對氣流的壓縮作用

36、，來選擇安裝風機的有利地形。孤立的山丘或山峰由于山體較小，氣流流過時主要形成繞流運動。同時山丘本身又相當于一個巨大的塔架，為比較好的風機安裝場址。國內外的研究和觀測說明，在山丘盛行風相切的兩側上半部是最正確場址位置，這里氣流得到最大的加速；再者是山丘的頂部。然而應防止在整個背風面及山麓選擇場址，因為這些區域不但風速明顯降低，還有明顯的湍流。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 海、陸對風的影響由于海面摩擦比陸地要小，在氣壓梯度力相同的條件下，低層大氣中海面上的風速比陸地上大。故大型風機位置的選擇，一是在山頂上，多數遠離電力消耗的集中地；二是近海，這里的風能潛力比陸地大50%左右，故很多國家在

37、近海建立風力發電場。江蘇建“海上三峽8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 3風力發電機場址選擇原那么場址應選擇風能豐富區，風力發電機安裝地點的年平均風速越大越好。大型風機要求至少平均風速在56m/s才可能使用，最好在6m/s以上，微小型風機在平均風速為4m/s以上就能工作。 場址應具有較穩定的盛行風向。 風機高度范圍內“風切變要小(風剪切要小)。“風切變是指短距離內風速、風向的較大變化。風機如安在強切變區，葉片將在不等速風中旋轉，葉片受載不均勻，降低性能，縮短風機使用壽命。所以風機應避開強切變區，安 裝在迎風坡上，或提高塔架。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 應考慮氣象因素的影響紊流。所謂

38、紊流是指氣流速度的急劇變化，包括風向的變化。通常這兩種因素混在一起出現。紊流能影響風力發電機功率的輸出，同時使整個裝置振動，損壞風機。小型紊流多數是因地面障礙物的影響而產生的，因此在安裝風力發電機時，必須躲開這種地區。極強風。海上風速可達30m/s以上，內陸有時也大于20m/s，稱為極強風。風力發電機的安裝場址當然要選擇風速大的地方，但在易出現極強風的地區使用風機，要求機組具有足夠的強度，一旦遇有極強風，風力發電機便成為被襲擊的對象。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 應考慮氣象因素的影響結冰和粘雪。在山地和海陸交界處設置的風力發電機，容易結冰和粘雪。葉片一旦結了冰，其重量分布便會發生變化，

39、同時翼形的改變，又會引起劇烈的振動，甚至發生損壞。 雷。因為風力發電機在沒有障礙物的平坦地區安裝得較高，所以經常發生雷擊事故，為此風機最好增設防雷裝置 鹽霧損害。在距海岸線10l5km以內的地區安裝風力發電機，必須采取防鹽霧損害的措施。因為鹽霧能腐蝕葉片等金屬局部，并且會破壞裝置內部的絕緣體。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 應考慮氣象因素的影響 塵砂。在塵砂多的地區，風力發電機葉片壽命明顯縮短。 其防護的方法，通常是防止槳葉前緣的損傷，對前緣表面進行處理。可是塵砂有時也能侵入機械內部，使軸承和齒輪機構等機械零件受到破壞。在工廠區，空氣中浮游著的有害氣體，也會腐蝕風機的金屬局部，應加以注

40、意。 如需在障礙物附近安裝風機，在條件許可的情況下應盡可能地遠離障礙物，以充分利用風能，離障礙物的距離要求如圖9-12所示。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 圖8-15 風機安裝距離障礙物的要求 如需在障礙物附近安裝風機，在條件許可的情況下應盡可能地遠離障礙物15H20H，以充分利用風能，離障礙物的距離要求如圖8-15所示。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 圖8-16 風機安裝距離障礙物高度的要求 如果要在障礙物之上架設風機，風機的安裝高度應使風輪的下緣至少高出障礙物的最高點2m，如圖8-16所示。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 如果風力發電機組就安裝在建筑物上，那么風力發電機

41、塔架或風機輪轂中心距建筑物頂的距離至少要等于建筑物的高度，如圖8-17所示。由圖中可看出，假設風力發電機離地面高度小于2H那么不能利用氣流加速伯努利效應的效果了。 圖8-17 建筑物上安裝風力發電機8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 8.2.3光伏場地的選址 參閱本書有關章節。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 8.2.4風能太陽能互補發電系統的安裝 1.小型風力發電機安裝準備 安裝小型風力發電機前，按裝箱清單對準備安裝的風力機逐一進行清點驗收，清點驗收合格后可進行下一步工作。安裝前仔細閱讀小型風力發電機使用說明書，熟悉圖紙，掌握有關安裝尺寸和全部技術要求。按使用說明書的要求準備安裝器材

42、和必要的物資如水泥、杉木、牽引繩等。準備安裝需要的普通工具。安裝時應嚴格按照使用說明書的要求和程序進行。8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 2.小型風力發電機的安裝1立柱拉索式支架的安裝塔基的安裝塔基安裝位置應保證水平，塔基安裝位置確定后，用長釘砸入地面固定，容量較大的風機塔基需要做混凝土根底。地錨的安裝地錨共有四個，其中兩個應與主風向一致，另兩個位于垂直線上，通過地錨傳動桿將地錨砸入地下，注意砸入角度與崩繩角度一致。連接管塔將管塔進行組裝，提前安裝好繃繩及配件，注意管塔的組裝順序和繃繩的安裝位置。 9.2 風光互補發電系統的設計和安裝 2風電機組的安裝 機頭的安裝 機頭一般在出廠時已經是裝

43、配好的整體，發電機、風輪輪轂、回轉體均裝配在一起，安裝時只需把機頭的回轉體裝入立柱的上端孔內，對準螺栓孔，在螺栓上涂膠加彈簧墊圈，擰緊螺栓，并將發電機的引出線與輸電線防水膠線按正負極連接好即可。 風輪的安裝 小型風力發電機風輪一般為定槳距三葉片風輪。風輪出廠時，葉片為散件包裝，三個葉片都是選配好的，每個葉片根部柄部有三個螺栓孔，安裝時只需與輪轂相應的三孔對準螺栓并放好彈簧墊擰緊。有的葉片有箭頭標志，注意不要裝反。9.2 風光互補發電系統的設計和安裝 2風電機組的安裝 尾翼的安裝尾翼出廠時，尾翼板和尾翼桿一般已作為一個整體連接在一起，安裝時應檢查其各連接部位的螺釘是否緊固。檢查好后，將尾翼桿前端

44、長軸套放入機頭尾翼連接耳內，對準銷孔并插入尾翼銷軸，銷軸下部穿好開口銷，使其轉動靈活。9.2 風光互補發電系統的設計和安裝 3. 豎立風機安裝完畢，檢查無誤，即可立機。 1 l00W，200W機型立機 只要兩人拉牽引繩四根拉索的其中一根，另外兩個人，一人在下扛機身，另一個人用雙手舉機身，這樣四人共同協作，便能很順利地將風機立起，如圖8-18所示。 圖8-18 豎立風機9.2 風光互補發電系統的設計和安裝 23001000W機型立機 三根拉索上部與風機上立柱連接好，下邊先將兩根拉索與地錨連接固定，另一根作牽引繩，牽引時可用人拉 (45人)，也可用小型拖拉機拉，然后再用45人支撐機身。邊牽引邊扶立

45、，直至立起為止。風機立起后，調整拉索緊線器，使風機立柱保持鉛直位置，并使每根拉索均處于拉緊狀態。 4. 光伏方陣的安裝參閱有關章節。 9.2 風光互補發電系統的設計和安裝 5. 系統連線1連線前保證所有開關處于斷開位置。2將風力發電機輸出線、光伏方陣輸出線分別接在控制器風能、太陽能輸入端子。3按照說明書要求將蓄電池組接于控制器蓄電池接線端子。4用電器的連接目前小型風光互補發電系統的用電器主要有燈泡、電視機、收錄機、小型冰箱和洗衣機等。一般風光互補控制逆變器上都設有直流(12V或24V)和交流(220V)電壓制插座，在使用用電器時應嚴格按照用電器所要求的電壓制選用相應插座，不能插錯。 9.2 風

46、光互補發電系統的設計和安裝 6. 小型風力發電機安裝本卷須知1安裝塔架所使用的杉木，質地要結實。繩索的強度要符合要求，平安系數一定要大，其長度要有適當的余量。起吊操作時要規定信號，做到統一指揮。2風力發電機主要零部件的安裝如起吊零部件等要聽從統一指揮。操作人員不準站在塔身下或正在舉升的零部件下面，以防意外。3安裝風力發電機的工作，只能在風速不超過4m/s三級風的情況下進行，以保證操作平安。 8.2 風光互補發電系統的設計和安裝 6. 小型風力發電機安裝本卷須知 4用統盤起吊時，應逐圈地均勻地盤繞，否那么外圈繩索容易從內圈滑下，致使吊件突然下落。起重繩繞在繞盤上時，也不要使繩做縱向扭曲，因為繩子

47、扭曲后，一是通過滑輪時不容易通過，二是會降低其抗拉強度。 5風力發電機安裝好并檢查無誤后，可進行試運轉。試運轉前，塔架上的人員必須下來并離開塔架，以免風向變化時，風輪旋轉或發生意外事故。 8.3 風光互補發電系統調試運行 8.3.1 風力發電機組的調試1.機組吊裝就位后，為平安起見，不要急于松閘啟動，而應再進行一次全面檢查。當確認電氣設備絕緣合格，接線無誤，相序相位正確，蓄電池組和逆變器完好，所有螺栓沒有松動，而風速又在46m/s之間時，方可進行首次試運轉。2.特別注意風輪的工作狀況。假設傳動裝置與風輪運行平穩、振動正常、無異常聲響，那么可開始檢查對風裝置和調速機構的性能，并進行電氣方面的常規

48、試驗。否那么，應緊急停機，查明原因，而不允許繼續運轉。3.當對風裝置及調速機構調整合格，空載運行又未出現任何異常后，機組即可開始試帶負荷運行。8.3 風光互補發電系統調試運行 4.機組試帶負荷運行正常后，即可進行動態性能檢查。所謂動態性能檢查，實際上就是驗證卸負荷后限速機構或保安裝置能否正常動作，而不使機組超速飛車。為平安起見，可先卸半負荷，當確認轉速沒有嚴重飛升后，再卸全負荷。8.3.2光伏系統的調試，請參閱前面有關章節。8.3.3 風能太陽能互補發電系統的運行 當風力發電機組運行正常，光伏方陣輸出正常，即可打開逆變器交流輸出開關向負載供電。 8.4 風光互補發電系統的維護保養8.4.1小型

49、風力發電機的維護保養小型風力發電機組的工作環境非常惡劣，對風電機組的正確維護保養，是保證機組正常運轉、延長使用壽命的重要工作。維護保養包括日常維護保養和定期維護保養。 1.小型風力發電機組的日常維護保養所謂日常維護保養，就是平時要經常檢查風力發電機的各部件，通過看、聽、查，發現問題，及時排除。小型風力發電機組的日常維護保養應按說明書要求進行，一般可按表8-3進行。8.4 風光互補發電系統的維護保養項 目檢查時間不正常狀態松動措 施地釘、地錨大風前、后松動加固，地釘內側打進磚石鋼絲繩夾陰雨后，春季冰凍松動調緊線扣緊線扣開化期間松動將“O”形環與地錨用鐵絲綁緊發電機經常劇烈抖動，有異常雜聲立即停機

50、排除剎車機構經常剎車不靈停機排除電 24V制式壓表 12V制式每日28.5V21. 5V停止向蓄電池充電停止用電，立即充電15V10. 2V停止向蓄電池充電停止用電，立即充電表8-3 小型風力發電機組日常維護保養內容8.4 風光互補發電系統的維護保養 2.小型風力發電機組的定期維護保養 小型風力發電機組運轉一年后，對各緊固部位、連接部位進行一次全面檢修。對各回轉部件進行潤滑保養。 緊固部位主要是指風輪與發電機軸的連接，葉片與輪轂的連接，尾翼板、尾翼桿與機頭的連接等部位。如有松動應及時緊固；如有損壞要及時更換；各緊固部位為減緩其銹蝕可涂以少許潤滑油再緊固。 8.4 風光互補發電系統的維護保養 連

51、接部位主要是指支架部件中，立桿與底座的銷軸連接，地錨、鐵釘、鋼絲繩夾、立桿分段部位等。如發現立桿不穩固而又必須立在這一位置時，可加輔助立柱把立桿固定住。 立桿一般分為兩段或三段，為了不使連接部位銹死，在保養時，把分段部位拔開，涂上潤滑油再安裝好。鋼絲繩夾上的螺紋如果發現櫓扣要立即更換。8.4.2光伏方陣的維護 請參閱前面有關章節。8.4 風光互補發電系統的維護保養8.4.3 控制逆變器維護控制逆變器是自動化程度很高的電子設備，大多由程序控制，一般都設有斷路、過流、過壓、過熱等自動保護項目，運行過程中不需要人進行干預，需要的維護量很少。主要是檢查控制逆變器輸出輸入接線及端子是否牢固，有無松動現象

52、。如發生不易排除的事故，或事故的原因不清，應做好事故的詳細記錄，并及時通知生產廠商給予解決。對于單獨的控制器，控制蓄電池充放電的預置電壓閥值，不得任意調整，以防調亂，使控制失靈。只有在出現蓄電池充放電狀態失常時，方可請有關生產廠商進行檢查和調整。 程序控制的控制逆變器有完善的信息顯示，日常可注意一些重要參數，假設發現異常可參照技術文件進行檢查。 8.4 風光互補發電系統的維護保養8.4.4 蓄電池的維護保養風光互補發電系統在使用中的主要問題是蓄電池過放電造成蓄電池效率降低，容量減少，壽命縮短。主要原因是，用電設備耗電經常大于風能與太陽能的發電量。由于風的不穩定性、間歇性，所以，用戶在用電時不能

53、像使用常規電網那樣，恒定地用電，而應根據風況及太陽輻照條件掌握用電，即條件好時可適當多用電，條件差時要節省用電，連續無風無太陽輻照時要盡量少用電或暫停用電，此時要特別注意蓄電池不要過放電。8.4 風光互補發電系統的維護保養8.4.4 蓄電池的維護保養 1.經常檢查導線與接線柱之間的接合處是否松動或腐蝕。假設有松動的地方應重新緊固,腐蝕嚴重的接頭要重新更換。為了防止接頭處腐蝕,緊固好的極柱外表應涂一層凡士林。 2.蓄電池外表要保持清潔枯燥。常用抹布擦凈蓄電池外表及蓋上的灰塵，以防因外表不清潔而漏電。3.蓄電池頂部不允許放置金屬導電物，以防短路事故。 4.經常注意觀察控制器上電壓表的指示值，以了解

54、蓄電池的充放電情況。假設控制器上的電壓表不靈，無法判斷蓄電池是否正常時，可用萬用表的電壓擋測量蓄電池的電壓；也可找一只與蓄電池電壓一致的燈泡，將其接在電池上，通過觀察燈泡的明暗程度來判斷蓄電池是否正常。 8.4 風光互補發電系統的維護保養8.4.5 常見故障及排除風力發電機的常見故障因不同類型的機組而異。具體的故障診斷和排除故障的方法應按照生產廠商提供的產品說明書進行。 注意：未經培訓和授權的人員，不應擅自拆開機器或打開控制器內部以試圖檢修。擅自拆卸機器或翻開控制器，有可能導致不必要的設備損壞，還可能導致設備保修的終止。 1.機械類故障及處理 機械類故障及處理見表8-48.4 風光互補發電系統

55、的維護保養故 障原 因診 斷處 理 風力發電機抖動明顯1.拉索松動2.尾翼固定螺釘松動1.收緊并固定拉索2.擰緊松動部位 風輪轉速明顯降低 發電機多年不潤滑、不保養潤滑、保養 風輪調向、對風不好 機座回轉體內油泥過多潤滑、保養 異常雜音1.各緊固部位有松動之處2.發電機軸承部位松動3.發電機軸承損壞4.發電機掃膛1.放倒風機,檢查并采取相應措施2.更換軸承,重新安裝端益3.更換軸承4.更換或修復軸承部位 風輪不平衡,引起風力機轉動時輕微來回擺動1.導流罩松了2,發電機軸承磨損3.目測檢查結冰情況 檢查導流罩的緊固件是否松動、螺栓孔是否變大 擰緊或調換零件;如果導流罩上的螺栓孔變大,則可用環氧樹

56、脂膠填補機身有大塊油漬漏油 檢查所有含油的部件修理或調換相關部件表8-4 機械類故障8.4 風光互補發電系統的維護保養8.4.5常見故障及排除 2.電器與系統故障 電器與系統局部的常見故障見表8-5。 8.4 風光互補發電系統的維護保養表8-5 電器與系統故障故 障原 因診 斷處 理 蓄電池電壓太高 控制器調節電壓值設得太高 與生產廠家售后服務部聯系,了解調壓步驟 蓄電池達不到充滿電狀態 1.控制器調節電壓值設得太低 2.負載太大 拆除最大的負載。如果電池組達到較高充電狀態,則可斷定為系統負載太大 與生產廠家售后服務部聯系,了解調壓步驟,咨詢解決的辦法風輪轉動,但控制器上表明正常工作的指示燈不

57、亮 控制希電路出現故障 按使用說明書檢查控制器電路板上的電壓輸出點有無電壓輸出;檢查電壓輸入點有無輸入電壓,此電壓應與蓄電池電壓相同 測試后請與生產廠家售后服務部聯系,分析故障原因和處理辦法 風輪轉動,但控制器上的黃指示燈不亮 1.隔離開關可能斷開 2.控制器出現故障 按使用說明書檢查隔離開關是否可靠接通按使用說明書檢查控制器的輸入交流電壓,如果此時風速高于6. 7m/s,而有交流電壓,則表明控制器不工作 關掉開關與生產廠家售后服務部聯系,進行診斷和處理 風輪轉動,控制器上表明蓄電池已滿的指示燈亮蓄電池充滿 按使用說明書用萬用表檢查蓄電池電壓是否達到最高調節電壓。如屬于正常情況,無需處理 與生

58、產廠家售后服務部聯系處理故障8.4 風光互補發電系統的維護保養風光互補發電系統應用 1風光互補路燈 風光互補發電系統的典型應用：風光互補路燈。 充分利用綠色清潔能源，實現零耗電、零排放、零污染；產品廣泛應用于道路、景觀、小區照明及監控、通訊基站、船舶等領域。具有不需鋪設輸電線路，不需開挖路面埋管，不消耗電網電能等特點。其獨特的優勢在城市道路建設、園林綠化等市政照明領域十分突出。全國各地已將風光互補路燈照明系統納入了市政道路照明設計范疇，并開始大規模應用推廣。晴天光照強，陰雨天風力較大；夏天太陽照射強，冬天風力較大，利用太陽能和風能的互補性，通過風光互補路燈的太陽能和風能發電設備集成系統供電，白

59、天儲存電能，晚上通過智能控制系統實現風光互補路燈供電照明。8.4 風光互補發電系統的維護保養 風光互補路燈照明系統圖8-19 風光互補路燈 8.4 風光互補發電系統的維護保養 風光互補路燈8.4 風光互補發電系統的維護保養 風光互補路燈照明系統8.4 風光互補發電系統的維護保養 垂直軸風機 風光互補路燈 功率：300W； 產品價格：2180元 300W 風機風光互補系統8.4 風光互補發電系統的維護保養 風光互補路燈300W S型垂直風機風光互補系統8.4 風光互補發電系統的維護保養 風光互補路燈 400W 垂直風機風光互補系統8.4 風光互補發電系統的維護保養表8-6 風光互補路燈系列技術參

60、數名 稱系列8米40W風光互補路燈系列10米80W風光互補路燈太陽能電池組件單晶太陽能電池組件，轉換率15%以上，壽命2025年峰值功率：120W峰值功率：240W風力發電機組系列SN-400WL風力發電機，美國西南風電Air-X風力發電機，使用壽命20年以上，三年質保期輸出12V輸出24V蓄電池高性能、免維護鉛酸/膠體風光互補路燈專用電池 h/200Ah）12V（150Ah/200Ah）2塊風光互補控制器具有過充電保護，過放電保護，防雷，光控與時控等功能12V 10A24V 10ALED照明光源使用壽命大于50000小時壓鑄鋁合金30W/40WLED燈（12V）壓鑄鋁合金60W LED燈（2