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風光互補發電系統智能化LED路燈應用實踐案例分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2018-11-12  來源:中國智慧照明網  作者:李沛東 昆明市呈貢區城市道路照明管理服務中心  瀏覽次數:3987
核心提示:中國照明特別報道:本文以呈貢區環湖路智能化風光互補LED路燈為例,闡述了智能化風光互補LED路燈的組成及基本原理,分析了應用情況及所取得的效果,以展示綠能技術在城市照明行業中的應用前景,促進城市道路照明節電工作深入發展。
    中國照明特別報道:進入21世紀以來,節能減排,低碳綠色,已成為人們的共識和自覺行動。新能源科學應用與發展已經成為國家能源戰略的重要發展方向,風能、太陽能、生物能源等新能源的利用已經成為國民經濟發展的重要組成部分。在城市道路照明建設發展中,實踐綠色照明已成為城市照明行業發展的潮流和趨勢。各地政府和城市照明從業者已陸續將風光互補路燈的建設嘗試付諸于城市道路照明建設中。
    一、呈貢氣候資源情況
    呈貢位于滇池東岸,東經1 020 45’-1030 00’,北緯240 42:L250 00’。屬低緯度高原平壩地區,地勢平緩,海拔1 900米至2000米左右,氣候屬低緯度高原季風氣候型,光照充足,年平均日照時數2200小時,年平均氣溫14.7攝氏度,極端最高氣溫31.50C.極端最低氣溫-7.80C。全年平均降雨789.6毫米,月最大降雨量208.3mm,日最大降雨量153.3mm,降雨主要集中在5-9月。全年無霜期285天,冬無嚴寒,夏無酷暑,氣候溫和。根據呈貢地面氣象觀測資料表明:所處區域主盛行風向為西南偏西風,平均風速較高最大風速19m/s,年平均風速為3.09m/s,月均最大為3.90m/s,最小為2.74m/s。
    二、風光互補發電系統組成及原理
    (一)風光互補發電系統組成
    風光互補發電系統主要由風力發電機、太陽能電池板、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個發電系統。智能型風光互補發電系統能將風能和太陽能在時間上和地域上的互補性很好的銜接起來,夜間和陰雨天無陽光時由風能發電,晴天由太陽能發電,在既有風又有太陽的情況下兩者同時發揮作用,實現了全天候的發電功能,比單用風機和太陽能更經濟、科學、實用。
    (二)風光互補發電系統原理
    風力發電機和太陽能發出的電可單獨分別輸入或互補組合輸入經過控制器整流、濾波后,經充電控制線路給蓄電池充電,控制器根據檢測到的蓄電池電壓,對風力及太陽能充電控制線路進行限流恒壓控制。確保蓄電池既可充滿,又不會過充損壞,并保持恒壓浮充,隨時補充蓄電池自身漏電損失,在蓄電池電量過低時,控制器會自動斷開LED路燈負載,防止蓄電池過放損壞,待蓄電池補充電量后,自動恢復接通LED路燈負載,控制器具有“時控+光控”控制功能,保證路燈自動同時啟閉。
    風光互補發電系統主要由風力發電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、LED負載等部分組成。該系統是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發電系統。各組成部分功能為:
    1.風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能,通過風力發電機將機械能轉換為電能,再通過控制器對蓄電池充電,經過逆變器對負載供電。
    2.光伏發電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能,然后對蓄電池充電,通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電。
    3.逆變系統由幾臺逆變器組成,把蓄電池中的直流電變成標準的220V交流電,保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能,可改善風光互補發電系統的供電質量。
    4.控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化,不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節:一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載,另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發電量不能滿足負載需要時,控制器把蓄電池的電能送往負載,保證了整個系統工作的連續性和穩定性。
    5.蓄電池部分由多塊蓄電池組成,在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來,以備照明供電時使用。
    風光互補發電系統根據風力和太陽輻射變化情況,可以在以下三種模式下運行:風力發電機組單獨向負載供電:光伏發電系統單獨向負載供電:風力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電。
    (三)風光互補發電系統供電比單獨風力發電系統供電或光伏發電系統供電有以下優點:
    1.利用風能、太陽能的互補性,可以獲得比較穩定的輸出,系統有較高的穩定性和可靠性:
    2.在保證同樣供電的情況下,可大大減少儲能蓄電池的容量。
    3.通過合理的設計與匹配,可以保證LED路燈負載由風光互補發電系統供電,可獲得較好的社會效益和經濟效益。
    三、風光互補發電系統智能化LED路燈實施簡況
    (一)案例概況
    環湖路位于滇池東岸,為湖濱一級主干道。呈貢段全長7520m,道路總寬28m,人行道寬2m,綠化帶寬2m,道路結構屬雙幅形式。由于本路段屬于湖濱郊外公路,適宜采用離網型風光互補LED路燈。本案共安裝風光互補LED路燈431套,共計862盞。LED光源功率為140W(行車道側)+30W(人行道側),風機規格為600W,光伏板規格型號185WP×2.蓄電池容量為250AH×2。
    (二)方案特點
    1.完全利用風能和太陽能來互補發電,無需外界供電,免除建變電站、架設高低壓線路和高低壓配電系統等工程;
    2.具有晝夜互補、季節性互補特點,系統穩定可靠、性價比高;
    3.電力設施維護工作量及相應的費用開銷大幅度下降;
    4.獨立供電,在遇到自然災害時不會影響到全部用戶的用電;
    5.低壓供電,運行安全、維護簡單;
    6.在道路變動,開挖路口等情況下,路燈遷移更為方便,不涉及道路開挖、電纜管線遷移。
    (三)照明標準
    環湖路道路等級為城市一級主干道,景觀大道,設計平均亮燈為1 .5_2.Ocd/m2、平均照度為20-30Lx,均勻度為0.4以上,機動車道照明功率密度不大于1 .OOW/m2,滿足CJJ45-201 5《城市道路照明設計標準》。
    (四)燈具選擇
    全段路選用LED光源,半截光型燈具,防護等級IP65,燈桿、燈具符合相關標準要求。
    (五)照明布置
    采用雙側對稱布燈方式,燈桿高度llm,光源高度8m(行車道側)與6m(人行道側),懸臂長度2m(行車道側)與1.5m(人行道側),挑臂仰角120,燈桿間距30m,車行道側燈具功率140w、人行道側20w。
    (六)供電電源
    本段道路長7.51公里,設計道路范圍內供電由風光互補供電系統提供,系統發出的電能經過控制器分路、整流、穩壓后存儲到蓄電池組里,并由蓄電池組合負載供電。蓄電池組做埋地處理,安裝于路燈桿基礎旁,系統使用壽命為10年。
    (七)配電
    設計道路范圍內采用風光互補獨立供電系統,即每一套燈由一套風光瓦補發電系統供電。
    (八)接地防雷保護
    采用長2.5m熱鍍鋅角鋼(5×50×50mm)做接地極,通過φ=12mm鍍鋅圓鋼與路燈桿基礎地腳螺栓焊接成一體,焊接處作防腐處理,接地極埋深不小于0.7m,接地保護電阻小于10歐姆。
    (九)本案實施效果
    1.2011年環湖路風光互補LED路燈示范工程建成投入使用以來,運行情況穩定,節能效果顯著,滿足照明標準要求。經實測,本案示范道路路面平均照度為3ILx,均勻度為0.41,達到了預期設計要求。如按接入市電方式供電計算,該工程項目照明系統年節約用電量約為55萬度。按10年使用期計算、可節約用電量550萬度,折合節約標準煤約2047噸,向大氣減少SO2排放量5101噸,S02排放量153噸,節約電費250.2萬元,經濟效益和社會效益顯著。
    2.與本地區“光資源”和“風資源”匹配性高,系統穩定性好,使用期長達10年以上,維護簡單。
    3.利用本地區良好的風能和太陽能瓦補優勢,采用“風光瓦補供電系統”發電,為美麗的環湖路提供供電電源,為全省的“節能減排”做出樣板。為滇池提供一道環保的,符合“和諧社會建設的且富有現代氣息的風景線”。
    4.風光互補LED路燈可作為普及新能源知識的好教材,直接地向人們展示太陽能和風能這兩種清潔的自然能源的應用前景。
    風能和太陽能都是清潔能源,隨著光伏發電技術、風力發電技術的日趨成熟及實用性能的不斷完善,為風光互補發電系統的推廣應用奠定了基礎。風光互補發電系統推動了我國節能環保事業的發展,促進資源節約型和環境友好型社會的建設。
    總之,相信隨著設備材料成本的降低、科技的發展、政府扶持政策的推出,該清潔、綠色、環保的新能源發電系統將會得到更加廣泛地應用。
李沛東  昆明市呈貢區城市道路照明管理服務中心
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