風力資源利用研究論文

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摘要：洪湖水域面積460km2，風力資源充足，中荷項目的實施初步證實可利用風力發電來解決漁民用電難的問題。采用三種技術模式，中荷項目在洪湖示范點成功地安裝了小型風力發電機組312臺（套），其中風光互補系統32臺（套）。項目實施后，漁民不僅能用電照明，還能看上電視，有些示范戶還添置了洗衣機、電冰箱等高檔家用電器，極大地提高了漁民生活水平和生活質量，豐富了精神文化內容。洪湖示范點建設也為內陸湖區風資源的開發利用探索出了有益的經驗。

關鍵詞：小型風力機；風光互補發電；漁民發電

1引言

洪湖市濱湖辦事處船頭嘴村（包括洪湖八一水上希望小學）和螺山鎮新捕撈村的漁民，長年生活在水泥船上，以船為家。兩村共有漁戶533戶，總人口1606人。他們遠離湖岸，遠離常規電網，受地理條件限制，漁民至今未能用上常規電源，只能用煤油蠟燭照明。項目實施前，兩村只有92戶漁民采用小型風力發電機供電，僅占總戶數的17.26%，遠遠不能滿足漁民的生活和生產用電的需求。根據專家調查分析，洪湖湖區有較豐富的風力資源和太陽能資源，適合小型風力發電機和小型太陽能光電系統的應用。示范項目的建設目標，就是要開發和利用湖區較為豐富的風力資源、太陽能資源，推廣應用小型風力發電系統和風光互補發電系統發電；探索有效的技術和管理模式，解決湖上漁民和水上小學用電難的問題；加強與外界通信聯系，改善教育條件，進一步提高廣大漁民的生活水平，建設新型的湖區漁民生活用能模式。

洪湖市示范點工程建設項目的實施，使兩個項目村的有電戶從17.26%提高到58.5%。現在兩個村已有312戶漁民安裝了小型風力發電系統（其中32戶為風光互補發電系統），由于有了較充足的電力照明，漁民的業余文化生活變得豐富多彩，社會更加和諧。項目實施后，洪湖八一水上學校的照明終于得到了解決，師生的教學、生活條件都有了很大改善。該項目良好的能源、環境和社會效益日益顯現出來，也產生了一定的經濟效益。對項目戶、示范村致富奔小康和全面、協調、持續發展具有顯著的推動作用，對周邊地區產生了長期而深遠的影響，也為洪湖旅游觀光增添了一道靚麗的風景線。

2風力資源與設備安裝

2.1洪湖的風力資源

洪湖市農村能源辦公室于2004年7月5日至9月30日，對洪湖市湖區的風力資源進行了設點初測。初測的結果為：實測79天，1.0m/s以上的有風小時數為1407小時。合計風速為5575.6m/s，月平均風速為4.1m/s，最大風速17.1m/s，極大風速23.5m/s；3～25m/s有效風速小時數為951小時，占實測小時數的67.5%。5～25m/s有效風速小時數為505小時，占實測小時數的35.8%。推算年發電有效小時數為5832小時，風能密度為250～300W/m2。

2005年3月4日至2006年6月4日，測風點改設在船頭嘴村水上漁寨船上，正式系統測風15個月，實測了10980小時，從測風數據可以看出，2005年的3、4、5、7、8、9月，2006年的1、3月平均風速在4m/s以上；2005年6月、10月和2006年的2月風速要小一些，月平均風速在4m/s以下。2005年3月至2006年2月全年的平均風速是4.1825m/s。最大風速為20.5m/s，主導風向為東南風和南風，風能密度為250～300W/m2，3～25m/s有效風能利用小時數超過6000小時/年。上述風力資源為小型風力機在洪湖湖區的應用提供了足夠的自然條件。

2.2小型風力機在湖區的安裝

小型風力機在陸地上的應用已經非常成功，全國已經累計安裝了25萬臺。但小型風力機在湖區應用所遇到的主要問題是如何安裝，在陸地上做地基比較方便，在船上是不行的。在船上只能因地制宜，采用創新的安裝方法。在項目實行中我們采用了利用船體主柱和棚梁為固定體，附以三角斜支撐的安裝方式解決了小型風力機在船上的安裝問題（具體結構見下圖）。

3應用模式

3.1基礎戶：300瓦小型風力發電機系統

該模式采用300W風力發電系統。該系統是由1臺300W的風力發電機組，2塊200Ah的蓄電池和1臺300W控制/逆變器（含泄荷器）組成的戶用風力發電系統。可解決漁民照明、看彩電、VCD、座機（高頻）充電和手機充電等生活用電。

（1）系統在湖區新農村建設中的作用、地位和效果

該模式基本上屬于成熟技術的推廣應用，系統故障較少，逆變器損壞率僅為6%。目前，項目戶安裝的風力機都在運行發電，80%以上用戶的風力機使用正常，對項目感到滿意。總的評價還是比以前安裝的其它風力機性能好，發電量大，能夠滿足用電需求。該系統在湖區新農村建設中發揮主要作用，處于重要地位，是今后在湖區主要推廣應用的模式和技術。

（2）系統應用前后的對比情況

1)該系統應用前，項目戶大部分沒有電力照明，采用蠟燭和煤油燈照明，生活很不方便，文化生活貧乏枯燥。少數項目戶安裝了150W的小型風力發電機，由于發電量小，只能解決照明和看黑白電視問題。該300W系統應用后，發電量充足，基礎項目戶都使用了彩電和VCD，晚上照明充足，學生晚上學習有了保證，漁民晚間看電視，業余文化生活比以前豐富多了。

2)該系統應用前，漁民船內線路連接不規范，室內環境較混亂。系統應用后，對線路統一進行了改造，使線路安全規范、室內環境變得整潔有序，體現了新農村新風貌。

3)系統應用前，舊風力機風輪葉片下端離船頂棚距離不到1.5米，漁民在頂棚活動時，不夠安全。系統應用后，新風力機風輪葉片下端離船頂棚距離達到2.3米，漁民伸手也不會碰到葉片，十分安全。

3.2示范戶：400瓦風光互補發電系統

該項目采用小型風光互補發電系統。本風光互補發電系統由1臺300W風力發電機組和100Wp太陽電池組件，2只200Ah、12V蓄電池和1臺500W控制/逆變器（含泄荷器）組成。該系統可解決漁民看彩電、VCD、照明和使用電冰柜、風扇、洗衣機以及手機、座機（高頻）充電等生活用電。該系統所采用的300W風力發電機與基礎戶的相同，其主要性能參數請見表1，100Wp太陽能光電板的性能參數請見表2。

（1）系統在湖區新農村建設中的作用、地位和效果

該系統可解決漁民看彩電、VCD、照明和使用電冰柜、風扇、洗衣機以及手機、座機（高頻）充電等生活用電。與單獨使用風力發電機的系統相比較，不但增加了發電量，而且大大提高了供電穩定性，即使無有效風速，但有光照時，系統仍能保持一定供電能力，并且對蓄電池起到保護作用，延長其使用壽命。該系統的應用使湖區漁民的生活水平又提高一步，代表了今后的發展方向，起到了很好的示范作用。目前，示范項目戶安裝的風力機都在運行發電，0%以上用戶的風光互補發電系統使用正常，漁民對該項技術和模式感到非常滿意，總的評價是比純風力發電系統性能更好，發電量更大，能夠滿足全天的用電需求。現在示范項目戶不僅配置了彩電和VCD，還使用上了洗衣機和電冰箱，不但學生晚上學習有了保證，漁民白天、晚上都可以看電視，晚上照明充足，業余文化生活比以前豐富多了。示范項目戶中有9戶使用了電冰箱。因此，有些基礎項目戶也要求安裝光電板進一步提高系統的功能，以便過上更加文明的現代化生活。

（2）系統應用前后的對比情況

該系統應用前，洪湖湖區還沒有應用過任何風光互補發電系統或太陽能光電板發電系統。該系統的應用在洪湖湖區是一個新生事物，影響力非常大。它使漁民開闊了眼界，看到可再生能源綜合利用的成功范例，也看到了湖區未來能源的多樣化和多彩生活的美好前景。該系統應用后，使電冰箱、洗衣機等家用電器進入湖區成為現實，這在以前是不可想象的。其它變化與基礎型用戶基本相同。

3.3公益學校：3000瓦風光互補發電系統

該系統由1臺荷蘭5kW風力發電機組、1000Wp國產太陽電池組件，20只200Ah、12V蓄電池組成的蓄電池組和1臺5kW控制/逆變器組成（性能參數見表3）。

000W太陽能光電池是由20塊53W的光電板按10個串聯一組，然后兩組并聯起來，接入控制器接口。53W太陽能電池組件的性能參數如表4所示。

表453Wp太陽電池組件技術參數

參數單位數值

輸出峰值功率WPW53

開路電壓VOCV21.5

最佳工作電壓VmV17.2

短路電流ISCA3.2

最佳工作電流ImA2.9

組件效率η%≥12.8

外形尺寸mm大約972×442×28

質量kg～5

工作溫度范圍℃－40℃～＋85℃

（1）系統在湖區新農村建設中的作用、地位和效果

利用該系統，洪湖八一水上希望學校的師生可使用彩電、VCD、冰箱、醫用冰柜、洗衣機、飲水機、小型水泵、太陽能熱水器供水系統、電飯鍋等；可進行遠程教育；可實現供電自動化管理。

（2）系統應用前后的情況對比

項目實施后大大改善了該校師生的學習條件和生活條件，充分滿足了其用電需求。對提高該校的教學水平和教學質量均有較大的幫助和促進作用，特別是遠程和電化教學設備的配置，溝通了水上小學和外界的聯系，有益于學生素質和教學質量的提高。逐步縮小湖面與岸上小學之間差距。

4結論

示范點項目實施后，比較充分地開發和利用了湖區較為豐富的風力資源，初步開發利用了太陽能資源，推廣應用了小型風力發電系統和風光互補發電系統的發電技術。形成了有效的技術和管理模式，解決了湖上兩個村52%漁民和洪湖八一水上小學用電難的問題。加強了學校與外界的通信聯系，改善了教學條件，進一步提高了廣大漁民的生活水平，創建了建設新型湖區漁民生活的用能模式。

三種技術模式的應用，解決了湖上漁民的照明用電問題，極大地改善了漁民的生活；有了電，漁民可以看電視、VCD，使用“風光”互補發電系統的漁民家庭還可以用上冰箱、洗衣機，大大提高了他們的文化生活水平，促進了精神文明建設；有了電，漁民可以用來給手機、座機充電，大大方便了他們與外界溝通與交流，有利于取得更多的信息；有了電，洪湖八一水上希望小學孩子們的學習條件得到極大的改善，他們和城里的孩子一樣也能看電視、操作電腦，進行電化教學，教學質量不斷提高，大大縮小了湖區與岸上學校之間的差距。

該項目建設給洪湖湖區的新農村建設注入了活力，起到了引導和示范作用。采用小型風力發電機和風光互補系統的確是解決湖區漁民用電問題的一個切實可行的有效途徑。在該項目的帶動下，今后將有更多的小型風力發電系統和小型風光互補發電系統進入湖區漁民家庭，形成具有湖區特色的社會主義新農村建設模式。