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    新疆公路機電外場設備風光互補供電系統(tǒng)的研究

    2013-08-13 03:52:42周偉

    周偉

    摘要:新疆地處歐亞大陸腹地,屬于溫帶大陸性干旱氣候,太陽能、風能資源豐富,風光互補發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、風力發(fā)電機組、風光互補控制器、蓄電池組和逆變器等幾部分組成。該系統(tǒng)的優(yōu)點是供電可靠性高,運行維護成本低。由于太陽能與風能的互補性強,無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求,風光互補發(fā)電系統(tǒng)都可以做出最優(yōu)化的系統(tǒng)設計方案來滿足道路外場設備的用電需求。

    關(guān)鍵詞:風能太陽能;風光互補發(fā)電;公路機電外場設備

    中圖分類號:U412 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2013)20-0096-02

    隨著新疆公路里程和道路服務水平的不斷提高,近年來公路發(fā)展呈現(xiàn)兩個特點:一是在城鎮(zhèn)化較高的區(qū)域交通量增長迅速、路網(wǎng)加密,對全程監(jiān)控、信息誘導等監(jiān)控外場設備需求明顯提高;二是公路不斷向城鎮(zhèn)稀少、地形復雜的山區(qū)延伸。目前公路沿線的外場設備主要有監(jiān)控攝像機、車輛檢測器、氣象檢測器。隨著公路沿線外場設備數(shù)量和密度的需求不斷加大,設備供電方式的選擇直接影響道路運營成本,外場設施供電難度大的問題也日益凸顯。

    1 交通運輸部、新疆交通運輸廳對公路外場監(jiān)控設備布設的要求

    2012年交通運輸部發(fā)布了《關(guān)于高速公路監(jiān)控技術(shù)要求、高速公路通信技術(shù)要求和公路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務暫行技術(shù)要求的公告》(交通運輸部公告2012年第3號)。三項“技術(shù)要求”的同時發(fā)布,對指導和規(guī)范公路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務系統(tǒng)的建設、運行與管理,保障全國高速公路和重要國省干線公路以及重要公路設施的穩(wěn)定運行,加強國家干線公路網(wǎng)運行監(jiān)測與科學管理,提升國家干線公路網(wǎng)安全性能和服務質(zhì)量,提高公路突發(fā)事件應急處置能力和公共服務能力,實現(xiàn)國家干線公路網(wǎng)“可視、可測、可控”的發(fā)展目標以及為人民群眾提供安全、暢通、便捷、綠色的公路出行服務等方面具有重大而深遠的意義?!豆肪W(wǎng)運行監(jiān)測與服務暫行技術(shù)要求》明確提出通過建立部、省兩級路網(wǎng)監(jiān)測點網(wǎng)絡,實現(xiàn)對重要通道上的重要路段、長大橋隧和區(qū)域交通狀態(tài)等的實時監(jiān)控,并為已建、新建、改(擴)建的(高速)公路的監(jiān)測體系提供技術(shù)保障。其中,新建高速公路應同步建設監(jiān)測設施與系統(tǒng),已建成高速公路應逐步完善監(jiān)測設施與系統(tǒng),國省干線公路應結(jié)合路網(wǎng)改造與養(yǎng)護工程逐步升級監(jiān)測設施與系統(tǒng)。

    2 新疆公路外場設備采用風光互補電源系統(tǒng)的優(yōu)勢

    眾所周知風能和太陽能是最普遍的自然資源,也是取之不盡的可再生能源。太陽能與風能在時間上和地域上都有很強的互補性:白天太陽光最強時,風很小,晚上太陽落山后,光照很弱,但由于地表溫差變化大而風能加強。在夏季,太陽光強度大而風小,冬季,太陽光強度弱而風大。太陽能和風能在時間上的互補使得這樣的系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性,可實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定發(fā)電。所以,風光互補新能源供電系統(tǒng)也是資源條件最好的獨立電源系統(tǒng)。

    2.1 新疆自然環(huán)境優(yōu)勢

    新疆地處歐亞大陸腹地,屬于溫帶大陸性干旱氣候,太陽能資源豐富,僅次于青藏高原,居全國第二;風能資源也較豐富,屬于全國風能資源三大豐富地區(qū)之一。根據(jù)新疆公路沿線外場設備分布情況,站點布設區(qū)域平均風速可達3m/s,而目前小型風力發(fā)電機啟動風速2.5m/s,可以確保風力機正常啟動工作。

    2.2 供電穩(wěn)定性

    目前新疆全區(qū)外場設備一般在易接市電(離居民區(qū)近)的地方,采用接市電方式供電,但受電纜線路老化、損壞及繳費等情況的影響,隨時存在停電可能性,造成數(shù)據(jù)缺失,直接影響公路沿線監(jiān)控、交通量、氣象等數(shù)據(jù)。在戈壁、沙漠公路、山區(qū)等無法接市電的地方,交調(diào)設備目前采用太陽能光伏板單一供電,但多在陰、雨、雪天氣和蓄電池充電不足情況下,太陽能板供電不足,無法為設備提供正常電源,造成數(shù)據(jù)缺失,也直接影響公路沿線交通量等數(shù)據(jù)。風光互補發(fā)電系統(tǒng)同時利用太陽能和風能發(fā)電,對氣象資源的利用更加充分,可實現(xiàn)晝夜發(fā)電。在合適的氣象資源條件下,風光互補發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。獨立供電,在遇到自然災害時不會影響到全部用戶的用電。

    2.3 維護難易度及推廣性

    市電供電地埋電纜更換困難,需開挖溝、拆除舊電纜、重新鋪設新電纜,維護難度較大,推廣程度受電網(wǎng)布線制約。太陽能供電后期維護主要定期更換蓄電池,更換方便,維護難度小,推廣程度受環(huán)境、氣象規(guī)律影響。風光互補供電相對于太陽能供電增加了風力機,后期維護主要定期更換蓄電池和進行風力機保養(yǎng)。風光互補供電系統(tǒng)為低壓供電,運行安全、維護簡單,電力設施維護工作量及相應的費用開銷大幅度下降。蓄電池更換方便,風力機保養(yǎng)較簡單,維護難度略大于太陽能供電,遠小于市電供電。

    2.4 經(jīng)濟效益和社會影響

    以往監(jiān)控外場設備采用埋地電纜方式接引市電供電,一般在離電源點三公里以上的地方,供電線路的建設成本占比就較高,隨著里程的增加,線路上消耗的電能也多,還需要設升壓系統(tǒng),投資成本逐漸增大。而風光互補供電是獨立供電源,不需要埋設輸電線路,無線路消耗電能,有明顯的經(jīng)濟效益。而且,當前高速公路沿線監(jiān)控外場設備供電采用的低壓電纜被盜現(xiàn)象十分嚴重,運營管理部門每年投入電纜維護費用較高,影響公路正常運營管理。采用風光互補供電方式可以解決道路沿線低壓電纜被盜的問題,還可以降低投資成本、節(jié)省后期運營費用。

    基于目前新疆地區(qū)外場設備的供電現(xiàn)實,風光互補系統(tǒng)不受電源點的影響,充分利用新疆獨特的資源優(yōu)勢,現(xiàn)場施工和安裝都較方便,綜合效益好。相比傳統(tǒng)的設備供電方式,風光互補還具有節(jié)能減排、集約友好、無后期電費支出、免除電纜鋪線等優(yōu)點。本項目擬提出經(jīng)濟、環(huán)保、安全、穩(wěn)定的外場設備供電方式——風光互補供電,它的推廣應用將開啟新疆外場設備供電方式的新篇章,具有重大現(xiàn)實意義。

    3 國內(nèi)外風光互補發(fā)電研究現(xiàn)狀

    1981年,丹麥的N.E.Busch和KΦllenbac首次提出了將風能和太陽能相結(jié)合應用的初始問題,但是系統(tǒng)非常簡單,只是由風力機和光伏電池組件拼裝而成。美國的C.L.Aspliden在有關(guān)風能、太陽能混合轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的氣象問題上進行了一定的探索,1982年我國的余華揚等也提出了太陽能-風能發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換裝置,風光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究從此開始進入快速發(fā)展和實際利用階段。

    4 目前外場設備供電中存在的問題

    新疆公路機電外場設備供電方式的決策模型。

    新疆風光互補供電系統(tǒng)供電效率的影響因素及其量化指標。

    新疆不同地區(qū)外場設備風光互補供電系統(tǒng)的最佳組合。

    通過對外場設備風光互補或太陽能供電系統(tǒng)蓄電池的維護研究,延長蓄電池的使用壽命和預報警功能。

    5 結(jié)語

    基于目前新疆地區(qū)外場設備的供電現(xiàn)實,風光互補系統(tǒng)不受電源點的影響,充分利用新疆獨特的資源優(yōu)勢,現(xiàn)場施工和安裝都較方便,綜合效益好。相比傳統(tǒng)的設備供電方式,風光互補還具有節(jié)能減排、集約友好、無后期電費支出、免除電纜鋪線等優(yōu)點。提出經(jīng)濟、環(huán)保、安全、穩(wěn)定的外場設備供電方式——風光互補供電,它的推廣應用將開啟新疆外場設備供電方式的新篇章,具有重大現(xiàn)實意義。

    參考文獻

    [1] 尹靜,張慶范.淺析風光互補發(fā)電系統(tǒng)[J].變頻器世界,2008,(8):43-45.

    [2] 朱瑞兆,祝昌漢,薛衍.中國太陽能、風能資源及其利用[M].北京:氣象出版社,1988:168-169.

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