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光伏发电
海岛,尤其是我国西沙、南沙群岛的岛礁,自然环境特别严酷:高温、高湿、高盐雾,金属设施在“天然腐蚀箱”环境中受腐蚀严重,即使是不锈钢器件也不能幸免。海岛光伏发电建设,设施设备防腐是首先必须解决的问题。在实际工程中,将光伏组件框架整体深度氧化加工工艺,可以解决边框截断处防腐能力薄弱的问题。此外,采取的措施还包括:做好组件边框和支架问的原电池防腐蚀隔离;电子电力线路板和裸露接头处涂敷823防腐漆;配电装置防护等级选用IP65以上。
在我国南海,台风频繁,风力超强。光伏组件安装在屋顶上,设计人员必须对光伏发电设施的防护予以足够重视。施工阶段,要注意将光伏组件框架和屋顶结构紧密联接固定,不能简单支撑固定在屋顶上,框架和屋顶之间不能留有空隙。光伏组件框架用材要有足够厚度和强度。根据实践经验,框架板厚不宜小于2.5mm,户外配电箱箱体宜为3mm厚的不锈钢并加防腐漆涂敷。
光伏发电系统结构设计应尽可能降低运输、施工、安装难度。运上海岛的所有系统设备、器材须由大船运至海岛附近,在海上倒驳至小船转运,风大浪高条件下两条船均处于漂浮状态,不仅组织实施难度较大,而且危险系数较高;此外,海岛施工机具条件有限,施工、安装困难重重。因此,海岛光伏发电系统建设方案要综合考虑运输、安装、工艺所需配套的设施设备,装置应尽可能实现小型化、组装化,单体设备最大重量不宜超过1t,确保既能满足设计需要,又便于施工、安装。系统设计要实现“傻瓜”化、模块化。
岛上的人员往往专业技术力量有限,只能从事日常简单操作,对设备的检修维护较为困难。系统设计要尽量提高灵活性、可靠性和维修互换性。建议故障后直接更换模块维持运行,减少使用维护技术复杂、难度大的设备,优先选用可靠性高、维护简单的设备。
风力发电
风力发电可与光伏发电实现互补,但自然风波动很大。极不稳定,风能发电时有时无,电压时高时低,因此风光互补发电必须建立一个稳压系统,以确保其正常供电。此外,由于低于3m/S的风速能量太小,没有利用价值,而风速大于20m/s时对风力发电机的破坏性很大,又很难利用,所以海岛通常只对320m/s的风加以开发,小型风力发电机组启动风速较低,一般3m/s以上就能发电。
海岛风力发电设计要注重安全可靠和环境适用性,必须保证在一些极端情况下能经受住考验,避免大风天气叶片“不翼而飞”,以及频繁更换零配件情况的发生。海岛风力发电一般选用水平轴高速螺旋桨式三相交流发电机。功率10kW以下。所发的三相交流电经安装于控制器中的整流装置后输出直流电,汇入直流母排。此种风力发电机具有结构简单、低速发电性能好、便于安装和维护等优点,尤其是对海岛无线通信干扰要比直流发电机小得多。相同功率的风力发电机。当启动和额定风速不一样时。在同等环境下其输出功率差距较大。因此风力发电机选型最重要的考虑因素是使其设计风速值与当地的风能资源匹配,与之达到最大吻合,不可简单地用风机“铭牌”标定的额定功率值直接作为选配依据。
海岛风光互补发电系统设备大都安装于室外,具备湿、高耸、突出等易受雷击特征,尤其是风力发电机塔架、风轮和轮毂高度至少十几米,遭受雷击屡见不鲜。特别是在海岛,伴随电闪雷鸣释放出巨大能量,不仅造成光伏组件、风力发电机叶片损坏,而且常常引起发电系统过电压,造成发电机击穿、控制设备烧毁、电气设备损坏等事故,甚至危及人身安全。因此筹划系统建设方案时应注意做好防雷设计。
海浪发电
相比风能与太阳能技术,波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势,波能能量密度高,是风能的4~30倍;相比太阳能,波浪能不受天气影响。波浪能发电电源是利用波浪发电制作成的电源,为海洋传感节点供电具有诸多优点:
1)波浪能分布广泛且储量巨大,可就地取能。
2)波浪发电装置受海况与气候影响较低。研究利用波浪能发电,为海洋无线传感器节点提供长期的能量供给,具有十分重要的意义。
风与海面作用产生海浪,海浪能是以动能形式表现的水能资源之一。1977年,有人对世界各大洋平均波高1米、周期1秒的海浪进行推算,认为全球海浪能功率约为700亿千瓦,其中可开发利用的约为25亿千瓦,与潮汐能相近。海浪中蕴藏有如此丰富的能量,如将海浪的动能转化为电能,使制造灾难的惊涛骇浪为人类服务,是人们多年来梦寐以求的理想。
面临的问题
波浪能装置的总发电效率大都比较低,提高装置各级能量转换结构转换效率问题需要亟待解决。目前,波浪能发电仍存在诸多问题,如制造成本昂贵、装置可靠稳定性及并网等。波浪能发电难以与常规能源相竞争,但是对于不便于应用常规能源的场合,波浪发电在一定程度上具有特有的优越性与生命力。当前,海洋无线监测传感网中各节点仍大多采用传统化学电池供电,但是化学电池的使用寿命有限,需定期更换。恶劣复杂的海洋环境给数ift庞大的传感器节点电池更换造成了极大的困难,然而化学电池能量一旦耗尽,传感器节点无法正常工作,将会影响整体传感器网络的性能。
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