风力资源利用研究论文

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摘要：洪湖水域面积460km2，风力资源充足，中荷项目的实施初步证实可利用风力发电来解决渔民用电难的问题。采用三种技术模式，中荷项目在洪湖示范点成功地安装了小型风力发电机组312台（套），其中风光互补系统32台（套）。项目实施后，渔民不仅能用电照明，还能看上电视，有些示范户还添置了洗衣机、电冰箱等高档家用电器，极大地提高了渔民生活水平和生活质量，丰富了精神文化内容。洪湖示范点建设也为内陆湖区风资源的开发利用探索出了有益的经验。

关键词：小型风力机；风光互补发电；渔民发电

1引言

洪湖市滨湖办事处船头嘴村（包括洪湖八一水上希望小学）和螺山镇新捕捞村的渔民，长年生活在水泥船上，以船为家。两村共有渔户533户，总人口1606人。他们远离湖岸，远离常规电网，受地理条件限制，渔民至今未能用上常规电源，只能用煤油蜡烛照明。项目实施前，两村只有92户渔民采用小型风力发电机供电，仅占总户数的17.26%，远远不能满足渔民的生活和生产用电的需求。根据专家调查分析，洪湖湖区有较丰富的风力资源和太阳能资源，适合小型风力发电机和小型太阳能光电系统的应用。示范项目的建设目标，就是要开发和利用湖区较为丰富的风力资源、太阳能资源，推广应用小型风力发电系统和风光互补发电系统发电；探索有效的技术和管理模式，解决湖上渔民和水上小学用电难的问题；加强与外界通信联系，改善教育条件，进一步提高广大渔民的生活水平，建设新型的湖区渔民生活用能模式。

洪湖市示范点工程建设项目的实施，使两个项目村的有电户从17.26%提高到58.5%。现在两个村已有312户渔民安装了小型风力发电系统（其中32户为风光互补发电系统），由于有了较充足的电力照明，渔民的业余文化生活变得丰富多彩，社会更加和谐。项目实施后，洪湖八一水上学校的照明终于得到了解决，师生的教学、生活条件都有了很大改善。该项目良好的能源、环境和社会效益日益显现出来，也产生了一定的经济效益。对项目户、示范村致富奔小康和全面、协调、持续发展具有显著的推动作用，对周边地区产生了长期而深远的影响，也为洪湖旅游观光增添了一道靓丽的风景线。

2风力资源与设备安装

2.1洪湖的风力资源

洪湖市农村能源办公室于2004年7月5日至9月30日，对洪湖市湖区的风力资源进行了设点初测。初测的结果为：实测79天，1.0m/s以上的有风小时数为1407小时。合计风速为5575.6m/s，月平均风速为4.1m/s，最大风速17.1m/s，极大风速23.5m/s；3～25m/s有效风速小时数为951小时，占实测小时数的67.5%。5～25m/s有效风速小时数为505小时，占实测小时数的35.8%。推算年发电有效小时数为5832小时，风能密度为250～300W/m2。

2005年3月4日至2006年6月4日，测风点改设在船头嘴村水上渔寨船上，正式系统测风15个月，实测了10980小时，从测风数据可以看出，2005年的3、4、5、7、8、9月，2006年的1、3月平均风速在4m/s以上；2005年6月、10月和2006年的2月风速要小一些，月平均风速在4m/s以下。2005年3月至2006年2月全年的平均风速是4.1825m/s。最大风速为20.5m/s，主导风向为东南风和南风，风能密度为250～300W/m2，3～25m/s有效风能利用小时数超过6000小时/年。上述风力资源为小型风力机在洪湖湖区的应用提供了足够的自然条件。

2.2小型风力机在湖区的安装

小型风力机在陆地上的应用已经非常成功，全国已经累计安装了25万台。但小型风力机在湖区应用所遇到的主要问题是如何安装，在陆地上做地基比较方便，在船上是不行的。在船上只能因地制宜，采用创新的安装方法。在项目实行中我们采用了利用船体主柱和棚梁为固定体，附以三角斜支撑的安装方式解决了小型风力机在船上的安装问题（具体结构见下图）。

3应用模式

3.1基础户：300瓦小型风力发电机系统

该模式采用300W风力发电系统。该系统是由1台300W的风力发电机组，2块200Ah的蓄电池和1台300W控制/逆变器（含泄荷器）组成的户用风力发电系统。可解决渔民照明、看彩电、VCD、座机（高频）充电和手机充电等生活用电。

（1）系统在湖区新农村建设中的作用、地位和效果

该模式基本上属于成熟技术的推广应用，系统故障较少，逆变器损坏率仅为6%。目前，项目户安装的风力机都在运行发电，80%以上用户的风力机使用正常，对项目感到满意。总的评价还是比以前安装的其它风力机性能好，发电量大，能够满足用电需求。该系统在湖区新农村建设中发挥主要作用，处于重要地位，是今后在湖区主要推广应用的模式和技术。

（2）系统应用前后的对比情况

1)该系统应用前，项目户大部分没有电力照明，采用蜡烛和煤油灯照明，生活很不方便，文化生活贫乏枯燥。少数项目户安装了150W的小型风力发电机，由于发电量小，只能解决照明和看黑白电视问题。该300W系统应用后，发电量充足，基础项目户都使用了彩电和VCD，晚上照明充足，学生晚上学习有了保证，渔民晚间看电视，业余文化生活比以前丰富多了。

2)该系统应用前，渔民船内线路连接不规范，室内环境较混乱。系统应用后，对线路统一进行了改造，使线路安全规范、室内环境变得整洁有序，体现了新农村新风貌。

3)系统应用前，旧风力机风轮叶片下端离船顶棚距离不到1.5米，渔民在顶棚活动时，不够安全。系统应用后，新风力机风轮叶片下端离船顶棚距离达到2.3米，渔民伸手也不会碰到叶片，十分安全。

3.2示范户：400瓦风光互补发电系统

该项目采用小型风光互补发电系统。本风光互补发电系统由1台300W风力发电机组和100Wp太阳电池组件，2只200Ah、12V蓄电池和1台500W控制/逆变器（含泄荷器）组成。该系统可解决渔民看彩电、VCD、照明和使用电冰柜、风扇、洗衣机以及手机、座机（高频）充电等生活用电。该系统所采用的300W风力发电机与基础户的相同，其主要性能参数请见表1，100Wp太阳能光电板的性能参数请见表2。

（1）系统在湖区新农村建设中的作用、地位和效果

该系统可解决渔民看彩电、VCD、照明和使用电冰柜、风扇、洗衣机以及手机、座机（高频）充电等生活用电。与单独使用风力发电机的系统相比较，不但增加了发电量，而且大大提高了供电稳定性，即使无有效风速，但有光照时，系统仍能保持一定供电能力，并且对蓄电池起到保护作用，延长其使用寿命。该系统的应用使湖区渔民的生活水平又提高一步，代表了今后的发展方向，起到了很好的示范作用。目前，示范项目户安装的风力机都在运行发电，0%以上用户的风光互补发电系统使用正常，渔民对该项技术和模式感到非常满意，总的评价是比纯风力发电系统性能更好，发电量更大，能够满足全天的用电需求。现在示范项目户不仅配置了彩电和VCD，还使用上了洗衣机和电冰箱，不但学生晚上学习有了保证，渔民白天、晚上都可以看电视，晚上照明充足，业余文化生活比以前丰富多了。示范项目户中有9户使用了电冰箱。因此，有些基础项目户也要求安装光电板进一步提高系统的功能，以便过上更加文明的现代化生活。

（2）系统应用前后的对比情况

该系统应用前，洪湖湖区还没有应用过任何风光互补发电系统或太阳能光电板发电系统。该系统的应用在洪湖湖区是一个新生事物，影响力非常大。它使渔民开阔了眼界，看到可再生能源综合利用的成功范例，也看到了湖区未来能源的多样化和多彩生活的美好前景。该系统应用后，使电冰箱、洗衣机等家用电器进入湖区成为现实，这在以前是不可想象的。其它变化与基础型用户基本相同。

3.3公益学校：3000瓦风光互补发电系统

该系统由1台荷兰5kW风力发电机组、1000Wp国产太阳电池组件，20只200Ah、12V蓄电池组成的蓄电池组和1台5kW控制/逆变器组成（性能参数见表3）。

000W太阳能光电池是由20块53W的光电板按10个串联一组，然后两组并联起来，接入控制器接口。53W太阳能电池组件的性能参数如表4所示。

表453Wp太阳电池组件技术参数

参数单位数值

输出峰值功率WPW53

开路电压VOCV21.5

最佳工作电压VmV17.2

短路电流ISCA3.2

最佳工作电流ImA2.9

组件效率η%≥12.8

外形尺寸mm大约972×442×28

质量kg～5

工作温度范围℃－40℃～＋85℃

（1）系统在湖区新农村建设中的作用、地位和效果

利用该系统，洪湖八一水上希望学校的师生可使用彩电、VCD、冰箱、医用冰柜、洗衣机、饮水机、小型水泵、太阳能热水器供水系统、电饭锅等；可进行远程教育；可实现供电自动化管理。

（2）系统应用前后的情况对比

项目实施后大大改善了该校师生的学习条件和生活条件，充分满足了其用电需求。对提高该校的教学水平和教学质量均有较大的帮助和促进作用，特别是远程和电化教学设备的配置，沟通了水上小学和外界的联系，有益于学生素质和教学质量的提高。逐步缩小湖面与岸上小学之间差距。

4结论

示范点项目实施后，比较充分地开发和利用了湖区较为丰富的风力资源，初步开发利用了太阳能资源，推广应用了小型风力发电系统和风光互补发电系统的发电技术。形成了有效的技术和管理模式，解决了湖上两个村52%渔民和洪湖八一水上小学用电难的问题。加强了学校与外界的通信联系，改善了教学条件，进一步提高了广大渔民的生活水平，创建了建设新型湖区渔民生活的用能模式。

三种技术模式的应用，解决了湖上渔民的照明用电问题，极大地改善了渔民的生活；有了电，渔民可以看电视、VCD，使用“风光”互补发电系统的渔民家庭还可以用上冰箱、洗衣机，大大提高了他们的文化生活水平，促进了精神文明建设；有了电，渔民可以用来给手机、座机充电，大大方便了他们与外界沟通与交流，有利于取得更多的信息；有了电，洪湖八一水上希望小学孩子们的学习条件得到极大的改善，他们和城里的孩子一样也能看电视、操作电脑，进行电化教学，教学质量不断提高，大大缩小了湖区与岸上学校之间的差距。

该项目建设给洪湖湖区的新农村建设注入了活力，起到了引导和示范作用。采用小型风力发电机和风光互补系统的确是解决湖区渔民用电问题的一个切实可行的有效途径。在该项目的带动下，今后将有更多的小型风力发电系统和小型风光互补发电系统进入湖区渔民家庭，形成具有湖区特色的社会主义新农村建设模式。