内蒙古户用风力发电系统供电能力分析

杨 贺，吴永忠，曾令健，张 艳

（1.内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010051；2.水利部牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010020）

1 引言

内蒙古牧区幅员辽阔，居住分散，当地群众从事传统农牧业生产。因用电负荷小，输送距离远，采用常规的电网给当地居民供电极不经济，致使这些地区电网未及，能源短缺，绝大部分还没有告别无电的历史[2]。而在这些地区却有着丰富的风能资源，90%地区风能可开发利用，年有效风能量在1000～2480kW·h／m2·a之间。因此近年来，500W离网型风力发电系统在这些地区得到了大量的推广，这种经济实用的离网型风力发电系统也为提高当地群众的生活水平起到了重要的作用。

2 500W离网型风力发电系统特性分析

该离网型风力发电系统是一种以单机独立运行的小型风电系统。系统主要由风力发电机、控制器、蓄电池组、逆变器组成。采用的技术路线是：三叶片、水平轴、上风向尾翼对风的风力发电机输出三相交流电，经整流稳压后存于蓄电池，再经控制器提供使用。目前在这种发电系统中普遍采用的是FD－500型风力机，该风力机主要技术指标为：风轮直径3m、塔高10m、额定功率500W，切入风速为3m／s，工作风速3～20m／s。通过型式实验测试出其相关性能参数从而得到功率特性曲线，如图1所示。

图1 功率特性曲线

从图1中可以看出风速为16m／s时，风力机输出功率最大。

3 典型地区介绍

锡林郭勒盟位于中国的正北方，内蒙古自治区中部，地处西风带，地域辽阔，风资源丰富，品质好，年有效风速持续时间长。按照自治区风能区划，全盟各旗县市区均为可利用风能区，10m高度层的年平均风速为4.2m／s；年平均风能密度约在240～320W／m2；年可利用风小时数约在4380～7800h。本地区的风资源状况具有很好的代表性，因此把锡盟做为典型地区来分析[6]。从当地气象站取得测风数据后进行分析，统计出各等级风速的风速小时数，风速范围3～20m／s，如表1所示。

4 发电量与用电量计算

4.1 发电量计算

一般采用一年的测风数据，然后统计出月风速分布（表2），再根据对应风速下风力机的输出功率来计算月发电量，具体计算公式如下：

式中：Pwi为风力机在风速j m／s时的输出功率（W）是第i月风力发电机轮毂处风速为jm／s时的累计小时数；Ewi为风力发电机在第i月的发电量（kW·h）；

其中t为当地温度，p为当地压强（百帕），e为当地湿度。

通过公式（1）计算出系统各月发电量，然后再计算出日均发电量，如表2所示。

表1 风速小时数统计

表2 各月日均发电量

4.2 用户用电负荷

锡盟地区用户的负载情况，通过对农牧民收入情况的了解，可推测一般家庭拥有的家用电器（表3）。

表3 户用家庭日耗电量估计

根据用户的实际需要对电器的使用时间进行了调配，电热毯使用时间1、2、11、12月份。季节不同白昼时间长短不同，灯的使用时间不同，根据季节不同分为3种情况：1、2、10、11、12月份日耗电时间为8h；3、9月份为7h；4、5、6、7、8月份为6h，灯日耗电量分别为0.48 kW·h、0.42kW·h、0.36kW·h。电冰箱耗电量由于环境温度以及储存食物的多少不同而分为3种情况：1、2、11、12月用电量0.6kW ·h；3、10月耗电量0.72kW·h；4、5、6、7、8、9月耗电量0.84kW·h。发电系统日耗电0.1kW·h，家庭各月日耗电量如表4所示。

表4 家庭各月日耗电量

5 分析及结论

系统日供电量与用户日用电量对比曲线如图2所示。

图2 系统日供电量与用户日用电量对比曲线

由图2可知5月份发电量最高，1、2、10、11、12月份发电量相对较高，而且这几个月用电量相对大，8月份系统发电量最低，仍可以满足用户的需求。每个月都有一定的富余电量，5月份富余电量最多，8月份最少。

从以上分析得出500W离网型风力发电系统供电能力良好，工作稳定可靠，年供电保证率大于90%，可以满足用户的用电需求，适宜在内蒙古无电地区推广。

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