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摘 要 進入21世紀以來，實踐綠色照明已成為城市照明行業(yè)發(fā)展的潮流和趨勢，全國各地都在積極探索新能源在城市照明中的應用。本文以呈貢區(qū)環(huán)湖路智能化風光互補LED路燈為例，闡述了智能化風光互補LED路燈的組成及基本原理，分析了應用情況及所取得的效果，以展示綠能技術在城市照明行業(yè)中的應用前景，促進城市道路照明節(jié)電工作深入發(fā)展。 關鍵詞 風光互補發(fā)電 智能化LED路燈 低碳綠色 進入21世紀以來，節(jié)能減排，低碳綠色，已成為人們的共識和自覺行動。新能源科學應用與發(fā)展已經成為國家能源戰(zhàn)略的重要發(fā)展方向，風能、太陽能、生物能源等新能源的利用已經成為國民經濟發(fā)展的重要組成部分。在城市道路照明建設發(fā)展中，實踐綠色照明已成為城市照明行業(yè)發(fā)展的潮流和趨勢。各地政府和城市照明從業(yè)者已陸續(xù)將風光互補路燈的建設嘗試付諸于城市道路照明建設中。 一、呈貢氣候資源情況 呈貢位于滇池東岸，東經102°45'—103°00'，北緯24°42'—25°00'。屬低緯度高原平壩地區(qū)，地勢平緩，海拔1900米至2000米左右，氣候屬低緯度高原季風氣候型，光照充足，年平均日照時數2200小時，年平均氣溫14.7攝氏度，極端最高氣溫31.5℃，極端最低氣溫-7.8℃。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。全年無霜期285天，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和。根據呈貢地面氣象觀測資料表明：所處區(qū)域主盛行風向為西南偏西風，平均風速較高，最大風速19m/s，年平均風速為3.09m/s，月均最大為3.90m/s，最小為2.74m/s。 二、風光互補發(fā)電系統(tǒng)組成及原理 （一）風光互補發(fā)電系統(tǒng)組成 風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機、太陽能電池板、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個發(fā)電系統(tǒng)。智能型風光互補發(fā)電系統(tǒng)能將風能和太陽能在時間上和地域上的互補性很好的銜接起來，夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用，實現了全天候的發(fā)電功能，比單用風機和太陽能更經濟、科學、實用。 （二）風光互補發(fā)電系統(tǒng)原理 風力發(fā)電機和太陽能發(fā)出的電可單獨分別輸入或互補組合輸入經過控制器整流、濾波后，經充電控制線路給蓄電池充電，控制器根據檢測到的蓄電池電壓，對風力及太陽能充電控制線路進行限流恒壓控制。確保蓄電池既可充滿，又不會過充損壞，并保持恒壓浮充，隨時補充蓄電池自身漏電損失，在蓄電池電量過低時，控制器會自動斷開LED路燈負載，防止蓄電池過放損壞，待蓄電池補充電量后，自動恢復接通LED路燈負載，控制器具有“時控+光控”控制功能，保證路燈自動同時啟閉。 風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、LED負載等部分組成。該系統(tǒng)是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。各組成部分功能為： 1.風力發(fā)電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電； 2.光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電； 3.逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220V交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質量； 4.控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié)：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性； 5.蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時起到能量調節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備照明供電時使用。 風光互補發(fā)電系統(tǒng)根據風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行:風力發(fā)電機組單獨向負載供電;光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨向負載供電;風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯合向負載供電。 （三）風光互補發(fā)電系統(tǒng)供電比單獨風力發(fā)電系統(tǒng)供電或光伏發(fā)電系統(tǒng)供電有以下優(yōu)點： 2.在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量。 3.通過合理的設計與匹配，可以保證LED路燈負載由風光互補發(fā)電系統(tǒng)供電，可獲得較好的社會效益和經濟效益。 三、風光互補發(fā)電系統(tǒng)智能化LED路燈實施簡況 （一）案例概況 環(huán)湖路位于滇池東岸，為湖濱一級主干道。呈貢段全長7520m，道路總寬28m，人行道寬2m,綠化帶寬2m，道路結構屬雙幅形式。由于本路段屬于湖濱郊外公路，適宜采用離網型風光互補LED路燈。本案共安裝風光互補LED路燈431套，共計862盞。LED光源功率為140W（行車道側）+30W（人行道側），風機規(guī)格為600W，光伏板規(guī)格型號185WP×2，蓄電池容量為250AH×2。 (二）方案特點 1.完全利用風能和太陽能來互補發(fā)電，無需外界供電，免除建變電站、架設高低壓線路和高低壓配電系統(tǒng)等工程； 2.具有晝夜互補、季節(jié)性互補特點，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性價比高； 3.電力設施維護工作量及相應的費用開銷大幅度下降； 4.獨立供電，在遇到自然災害時不會影響到全部用戶的用電； 5.低壓供電，運行安全、維護簡單； 6.在道路變動，開挖路口等情況下，路燈遷移更為方便，不涉及道路開挖、電纜管線遷移。 （三）照明標準 環(huán)湖路道路等級為城市一級主干道，景觀大道，設計平均亮燈為1.5-2.0cd/㎡、平均照度為20-30Lx，均勻度為0.4以上，機動車道照明功率密度不大于1.00，滿足CJJ45—2015《城市道路照明設計標準》。 （四）燈具選擇 全段路選用LED光源，半截光型燈具，防護等級IP65，燈桿、燈具符合相關標準要求。 （五）照明布置 采用雙側對稱布燈方式，燈桿高度11m，光源高度8m（行車道側）與6m（人行道側），懸臂長度2m（行車道側）與1.5m（人行道側），挑臂仰角12°，燈桿間距30m，車行道側燈具功率140w、人行道側20w。 （六）供電電源 本段道路長7.51公里，設計道路范圍內供電由風光互補供電系統(tǒng)提供，系統(tǒng)發(fā)出的電能經過控制器分路、整流、穩(wěn)壓后存儲到蓄電池組里，并由蓄電池組合負載供電。蓄電池組做埋地處理，安裝于路燈桿基礎旁，系統(tǒng)使用壽命為10年。 （七）配電 設計道路范圍內采用風光互補獨立供電系統(tǒng)，即每一套燈由一套風光瓦補發(fā)電系統(tǒng)供電。 （八）接地防雷保護 采用長2.5m熱鍍鋅角鋼（5×50×50mm）做接地極，通過Ф=12mm鍍鋅圓鋼與路燈桿基礎地腳螺栓焊接成一體，焊接處作防腐處理，接地極埋深不小于0.7m，接地保護電阻小于10歐姆。 （九）本案實施效果 1.2011年環(huán)湖路風光互補LED路燈示范工程建成投入使用以來，運行情況穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，滿足照明標準要求。經實測，本案示范道路路面平均照度為31Lx,均勻度為0.41，達到了預期設計要求。如按接入市電方式供電計算，該工程項目照明系統(tǒng)年節(jié)約用電量約為55萬度。按10年使用期計算、可節(jié)約用電量550萬度，折合節(jié)約標準煤約2047噸，向大氣減少CO?排放量5101噸，SO?排放量153噸，節(jié)約電費250.2萬元，經濟效益和社會效益顯著。 2.與本地區(qū)“光資源”和“風資源”匹配性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，使用期長達10年以上，維護簡單。 3.利用本地區(qū)良好的風能和太陽能瓦補優(yōu)勢，采用“風光瓦補供電系統(tǒng)”發(fā)電，為美麗的環(huán)湖路提供供電電源，為全省的“節(jié)能減排”做出樣板。為滇池提供一道環(huán)保的，符合“和諧社會建設的且富有現代氣息的風景線”。 4.風光互補LED路燈可作為普及新能源知識的好教材，直接地向人們展示太陽能和風能這兩種清潔的自然能源的應用前景。 風能和太陽能都是清潔能源，隨著光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術的日趨成熟及實用性能的不斷完善，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用奠定了基礎。風光互補發(fā)電系統(tǒng)推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設。 總之，相信隨著設備材料成本的降低、科技的發(fā)展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環(huán)保的新能源發(fā)電系統(tǒng)將會得到更加廣泛地應用。 |
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