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风光互补发电系统智能化LED路灯应用实践案例分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-12  来源:中国智慧照明网  作者:李沛东 昆明市呈贡区城市道路照明管理服务中心  浏览次数:3700
核心提示:中国照明特别报道:本文以呈贡区环湖路智能化风光互补LED路灯为例,阐述了智能化风光互补LED路灯的组成及基本原理,分析了应用情况及所取得的效果,以展示绿能技术在城市照明行业中的应用前景,促进城市道路照明节电工作深入发展。
    中国照明特别报道:进入21世纪以来,节能减排,低碳绿色,已成为人们的共识和自觉行动。新能源科学应用与发展已经成为国家能源战略的重要发展方向,风能、太阳能、生物能源等新能源的利用已经成为国民经济发展的重要组成部分。在城市道路照明建设发展中,实践绿色照明已成为城市照明行业发展的潮流和趋势。各地政府和城市照明从业者已陆续将风光互补路灯的建设尝试付诸于城市道路照明建设中。
    一、呈贡气候资源情况
    呈贡位于滇池东岸,东经1 020 45’-1030 00’,北纬240 42:L250 00’。属低纬度高原平坝地区,地势平缓,海拔1 900米至2000米左右,气候属低纬度高原季风气候型,光照充足,年平均日照时数2200小时,年平均气温14.7摄氏度,极端最高气温31.50C.极端最低气温-7.80C。全年平均降雨789.6毫米,月最大降雨量208.3mm,日最大降雨量153.3mm,降雨主要集中在5-9月。全年无霜期285天,冬无严寒,夏无酷暑,气候温和。根据呈贡地面气象观测资料表明:所处区域主盛行风向为西南偏西风,平均风速较高最大风速19m/s,年平均风速为3.09m/s,月均最大为3.90m/s,最小为2.74m/s。
    二、风光互补发电系统组成及原理
    (一)风光互补发电系统组成
    风光互补发电系统主要由风力发电机、太阳能电池板、智能控制器、蓄电池组、多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系统。智能型风光互补发电系统能将风能和太阳能在时间上和地域上的互补性很好的衔接起来,夜间和阴雨天无阳光时由风能发电,晴天由太阳能发电,在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用,实现了全天候的发电功能,比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。
    (二)风光互补发电系统原理
    风力发电机和太阳能发出的电可单独分别输入或互补组合输入经过控制器整流、滤波后,经充电控制线路给蓄电池充电,控制器根据检测到的蓄电池电压,对风力及太阳能充电控制线路进行限流恒压控制。确保蓄电池既可充满,又不会过充损坏,并保持恒压浮充,随时补充蓄电池自身漏电损失,在蓄电池电量过低时,控制器会自动断开LED路灯负载,防止蓄电池过放损坏,待蓄电池补充电量后,自动恢复接通LED路灯负载,控制器具有“时控+光控”控制功能,保证路灯自动同时启闭。
    风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、LED负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。各组成部分功能为:
    1.风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能,通过风力发电机将机械能转换为电能,再通过控制器对蓄电池充电,经过逆变器对负载供电。
    2.光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能,然后对蓄电池充电,通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电。
    3.逆变系统由几台逆变器组成,把蓄电池中的直流电变成标准的220V交流电,保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能,可改善风光互补发电系统的供电质量。
    4.控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化,不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节:一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载,另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时,控制器把蓄电池的电能送往负载,保证了整个系统工作的连续性和稳定性。
    5.蓄电池部分由多块蓄电池组成,在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来,以备照明供电时使用。
    风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况,可以在以下三种模式下运行:风力发电机组单独向负载供电:光伏发电系统单独向负载供电:风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。
    (三)风光互补发电系统供电比单独风力发电系统供电或光伏发电系统供电有以下优点:
    1.利用风能、太阳能的互补性,可以获得比较稳定的输出,系统有较高的稳定性和可靠性:
    2.在保证同样供电的情况下,可大大减少储能蓄电池的容量。
    3.通过合理的设计与匹配,可以保证LED路灯负载由风光互补发电系统供电,可获得较好的社会效益和经济效益。
    三、风光互补发电系统智能化LED路灯实施简况
    (一)案例概况
    环湖路位于滇池东岸,为湖滨一级主干道。呈贡段全长7520m,道路总宽28m,人行道宽2m,绿化带宽2m,道路结构属双幅形式。由于本路段属于湖滨郊外公路,适宜采用离网型风光互补LED路灯。本案共安装风光互补LED路灯431套,共计862盏。LED光源功率为140W(行车道侧)+30W(人行道侧),风机规格为600W,光伏板规格型号185WP×2.蓄电池容量为250AH×2。
    (二)方案特点
    1.完全利用风能和太阳能来互补发电,无需外界供电,免除建变电站、架设高低压线路和高低压配电系统等工程;
    2.具有昼夜互补、季节性互补特点,系统稳定可靠、性价比高;
    3.电力设施维护工作量及相应的费用开销大幅度下降;
    4.独立供电,在遇到自然灾害时不会影响到全部用户的用电;
    5.低压供电,运行安全、维护简单;
    6.在道路变动,开挖路口等情况下,路灯迁移更为方便,不涉及道路开挖、电缆管线迁移。
    (三)照明标准
    环湖路道路等级为城市一级主干道,景观大道,设计平均亮灯为1 .5_2.Ocd/m2、平均照度为20-30Lx,均匀度为0.4以上,机动车道照明功率密度不大于1 .OOW/m2,满足CJJ45-201 5《城市道路照明设计标准》。
    (四)灯具选择
    全段路选用LED光源,半截光型灯具,防护等级IP65,灯杆、灯具符合相关标准要求。
    (五)照明布置
    采用双侧对称布灯方式,灯杆高度llm,光源高度8m(行车道侧)与6m(人行道侧),悬臂长度2m(行车道侧)与1.5m(人行道侧),挑臂仰角120,灯杆间距30m,车行道侧灯具功率140w、人行道侧20w。
    (六)供电电源
    本段道路长7.51公里,设计道路范围内供电由风光互补供电系统提供,系统发出的电能经过控制器分路、整流、稳压后存储到蓄电池组里,并由蓄电池组合负载供电。蓄电池组做埋地处理,安装于路灯杆基础旁,系统使用寿命为10年。
    (七)配电
    设计道路范围内采用风光互补独立供电系统,即每一套灯由一套风光瓦补发电系统供电。
    (八)接地防雷保护
    采用长2.5m热镀锌角钢(5×50×50mm)做接地极,通过φ=12mm镀锌圆钢与路灯杆基础地脚螺栓焊接成一体,焊接处作防腐处理,接地极埋深不小于0.7m,接地保护电阻小于10欧姆。
    (九)本案实施效果
    1.2011年环湖路风光互补LED路灯示范工程建成投入使用以来,运行情况稳定,节能效果显著,满足照明标准要求。经实测,本案示范道路路面平均照度为3ILx,均匀度为0.41,达到了预期设计要求。如按接入市电方式供电计算,该工程项目照明系统年节约用电量约为55万度。按10年使用期计算、可节约用电量550万度,折合节约标准煤约2047吨,向大气减少SO2排放量5101吨,S02排放量153吨,节约电费250.2万元,经济效益和社会效益显著。
    2.与本地区“光资源”和“风资源”匹配性高,系统稳定性好,使用期长达10年以上,维护简单。
    3.利用本地区良好的风能和太阳能瓦补优势,采用“风光瓦补供电系统”发电,为美丽的环湖路提供供电电源,为全省的“节能减排”做出样板。为滇池提供一道环保的,符合“和谐社会建设的且富有现代气息的风景线”。
    4.风光互补LED路灯可作为普及新能源知识的好教材,直接地向人们展示太阳能和风能这两种清洁的自然能源的应用前景。
    风能和太阳能都是清洁能源,随着光伏发电技术、风力发电技术的日趋成熟及实用性能的不断完善,为风光互补发电系统的推广应用奠定了基础。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展,促进资源节约型和环境友好型社会的建设。
    总之,相信随着设备材料成本的降低、科技的发展、政府扶持政策的推出,该清洁、绿色、环保的新能源发电系统将会得到更加广泛地应用。
李沛东  昆明市呈贡区城市道路照明管理服务中心
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