海岛微网及波浪能发电技术李思怡

海岛微网及波浪能发电技术李思怡

李思怡

(广州供电局有限公司广东广州510000)

摘要：海岛及其周围海洋中蕴藏着人类所需要的丰富自然资源，但海岛城市远离大陆，海缆铺设及运行维护难度大。传统方式的发电会对环境造成污染，破坏生态，而风能、波浪能等可再生能源丰富，海岛的特殊性决定了其建设智能微网的必要性。能够实现多种能源综合互补利用的独立微网系统是海岛自供自足供电网的最好选择，通过科学规划和“源-荷-储”优化分组，可实现多样负荷精确、协调控制，最大程度利用可再生能源，实现生态平衡。从东福山岛风光柴蓄及海水淡化综合系统示范工程开始，我国陆续建设了一系列海岛微网项目。随着技术的发展，一种更为先进的“风、海、柴、储”微网形式渐入眼帘，其关键是海洋波浪能发电技术。

关键词：海岛微网，独立微网，风海柴储，波浪能

1.东福山岛风光柴蓄及海水淡化综合系统示范工程

1.1工程概况

东极诸岛远离舟山本岛，距沈家门45km。东极镇用电全部由柴油发电机供电，未与大陆联网。用水主要靠雨水收集净化和从舟山本岛运水。

东福山工程是一个比较典型的孤网运行的风光柴蓄发电系统，总装机510kW，风力发电机组、太阳能光伏电池和柴油发电机组组成发电系统，铅酸蓄电池组成储能系统，配置双向逆变器及监控系统，另装设一套日产海水50t的海水淡化系统以解决岛上居民用电、用水问题。

1.2电源方案

根据岛内用电负荷、国内风电机制造情况、东福山岛地形条件、风能资源，选用7台单机容量30kw风力发电机组、100kWp太阳能光伏电池和1台200kW柴油发电机组。

7台单机容量30kW风力发电机，总容量为210kW风力发电机组年发电量约为30．55万kW•h；100kWp太阳能光伏电池年发电量约为9．63万kW•h；风力发电和太阳能发电合计年发电量约为40．18万kW•h；风光发电不足的部分由柴油发电机组承担。在丰水季节淡水可由雨水收集净化，可不进行海水淡化。

1.3电网方案

根据本工程风光柴蓄的电源设置和负荷情况，其孤网运行的供电系统汇流方案主要有交流汇流方案和直流汇流两种方案。两方案在国内均无这么大容量的孤网系统运行经验，都含有部分科研性质，建设单位综合多方面意见，选择采用交流汇流方案。

交流汇流方案：

设置7台单机容量为30kW的风力发电机组，2组50kWp的光伏太阳能发电装置，1台200kW柴油发电机组，向东福村居民、驻军、海水淡化装置、供水水泵供电，当地驻军的自备柴油发电机，作为部队等重要负荷的备用电源，与风、光电源不并网运行。7台风力发电机组和柴油发电机以AC400V在低压母线并网汇流；2组光伏发电装置以DC480V汇流，蓄电池接于DC480V汇流母线，经双向逆变器并入AC400V在低压母线。交流汇流方案原理图如图1.1所示。

该方案以风电、光伏、柴油发电机为主电源，采用蓄电池、柴油发电机出力调节来维持电压和频率稳定。根据风力发电机组、太阳能发电装置的出力情况、蓄电池的储能情况和用电负荷变化情况，由监控系统控制发电机组的运行和用电负荷的投切，以维持系统电压和频率的稳定和电力平衡。海水淡化装置、供水水泵安排在有富余电力时运行；因风电、光伏电源均为间歇性电源，为提高供电保证率，设置1套2组1000AH的蓄电池进行蓄能调节，在蓄电池放电至其蓄电量的60％时，为延长蓄电池使用寿命，蓄电池将停止放电。

当风光发电出力不足时，可由蓄电池放电补充，同时增加柴油发电机出力，为负载供电，蓄电池放电至其蓄电量的60％时，蓄电池将停止放电。

当风光发电出力充裕，除满足正常负荷外，调减柴油发电机出力，开启海水淡化，或调节风机出力，或投入电阻器进行电力平衡电，还可为蓄电池充电。

目前建设的海岛微网受制于技术、资金等因素，主要还是采用“风、光、柴、储”的典型传统设计，然而其中存在的一些问题将逐渐暴露，主要有：

1）.光伏发电较显著的间歇性将制约新能源发电渗透率的进一步提升；

2）.本就不多的水上陆地还得规划一部分用于铺设光伏组件、风电机组等，随着海岛的持续开发，用地矛盾将凸显；

3）.海岛周围丰富的海洋能还未被利用，无形中造成了资源的浪费。

随着技术的发展，一种更为先进的海岛微网方案呼之欲出：风、海、柴、储。其中“风”指离岸风电，“海”指海洋波浪能。波浪能是一种藏量巨大，很大程度上尚未开发的不间断清洁能源资源，从海浪中提取能量的潜力相当可观。

2.波浪能发电技术

波浪能作为一种可再生能源，储量十分丰富，合理利用波浪发电装置开发波浪资源的前景十分广阔。

2.1现有主要波浪能发电技术

（1）点吸收技术

点吸收技术（PointAbsorber）或称为振荡浮子式波浪能发电技术，早期由欧美及日本等国研发。浮子通过绳索直接与直线发电机相连，直线电机动子随浮子上下运动，同时驱动发电机发电。振荡浮子式发电装置同效率不高、水下施工异常困难的振荡水柱发电装置相比，它的优点在于其最大转换效率可达40%，而且还减少水下施工，使建造费用大大降低。

（2）越浪式技术

越浪式技术也被称作收缩坡道式波浪发电技术，波浪经过特殊地形或装置时会在坡道处聚集，坡道内水位不断升高并涌入建在高处的储水湖，这一过程将波浪动能转换为海水势能。海水沿管道返回大海时，同时带动管道内涡轮发电机发电，此过程将海水势能转换为电能输出。通常越浪式波浪发电装置的一级转换效率约为30%~40%，二级转换效率约为70%。

（3）摆式技术

浮力摆随波浪左右摆动过程中，将波浪能转换为摆体的机械能，摆体左右两端设置液压缸，将摆体机械能转换为液压油的液压能，以上结构构成装置的液压储能系统。摆式装置通常位于海底，摆体受海面风浪影响较小，其抗浪能力强，波浪能一级转换效率较高约为50%，但对处于海水中的机械与液压系统，其维护较为困难。

3.总结与展望

我国海域辽阔，海岛众多，但长期以来受能源供应的限制，海岛的发展受到严重制约。在海岛供电系统中充分利用当地的风、海、光等可再生能源依托分布式发电技术是解决海岛能源供应问题的一个行之有效的途径。微电网作为由分布式电源、储能和负荷构成的独立可控供能系统是发挥分布式电源效能的最有效形式。

海洋波浪能是一种清洁绿色可再生能源，分布广，易于大规模利用。而且比起其他新能源如风能和太阳，波浪能更可靠，其平均能量密度为风能和太阳能的5~10倍，波浪能的利用极具潜力。随着传统化石能源的日渐枯竭以及环保压力的倍增，加大波浪能等新能源的研究开发具有极其重要的意义。

参考文献：

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