蓄電池在小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)電中的應(yīng)用

在小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，蓄電池是重要的輔助設(shè)備之一。蓄電池在直流發(fā)供電系統(tǒng)中起著貯存電能和穩(wěn)定電壓的重要作用。

一、蓄電池容量的確定

蓄電池容量配置的是否合理，直接影響風(fēng)力發(fā)電的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。容量選的小了，多風(fēng)時發(fā)出的富余電量得不到充分儲存。容量選的太大，一則增加投資；二則蓄電池可能會長期處于充電不滿狀態(tài)，將會影響蓄電池的效率和使用壽命。表一為蓄電池在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中所占投資情況。

一般常規(guī)充電是“兩階段恒電流充電”，此法既不浪費(fèi)電力，充電時間短，對延長蓄電池使用壽命有利，同時計(jì)算蓄電池容量也容易得多。風(fēng)力發(fā)電的情況，則不同于常規(guī)充電。

由于風(fēng)速經(jīng)常變化，電機(jī)輸出的電流時大時小，時有時無，這樣蓄電池充電電流和所需充電時間就很難確定。針對這種實(shí)際情況，我們采用如下兩種計(jì)算方法來確定配置蓄電池容量?！?/P>

　　1．電量平衡計(jì)算法。

　　計(jì)算步驟如下：

　　a．根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供的風(fēng)速資料，以十天為一時度，逐旬分別統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)起始工作風(fēng)速至停機(jī)風(fēng)由范圍內(nèi)的不同風(fēng)速發(fā)生小時數(shù)。

　　b．根據(jù)選用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的P＝f（V）特性曲線和風(fēng)速資料，計(jì)算—臺機(jī)逐旬所能發(fā)出的電量，并繪出其全年發(fā)電量過程曲線。圖—是根據(jù)內(nèi)蒙察右后旗的風(fēng)速資料計(jì)算繪制的商都牧機(jī)廠ED1．5～100型風(fēng)機(jī)的年發(fā)電量過程線。計(jì)算得出該機(jī)在當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)況下，年發(fā)電量為276度。從過程線看出各旬的發(fā)電量變化很大，最多的四月下旬為19度，最少的二月下旬僅0．95度、相差近20倍，說明配置蓄電池進(jìn)行儲能調(diào)節(jié)是必要的。

C根據(jù)用電信況，計(jì)算出逐旬的用電量，并給出全年用電量過程線。附圖中虛線所示。

　　d．比較發(fā)電量和用電量過程線，以發(fā)電少于用電差值最大的時段（圖中斜線部分）的電量來確定所需蓄電池容量。圖中差值最大的電量為2。3度。需配置2300伏安時電池，實(shí)際選用12伏48安時蓄電池4塊。總?cè)萘?304伏安時。

　　2．經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法

　　根據(jù)我們試點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)，在察右后旗、商都地區(qū)的風(fēng)況下，也可采用以下公式簡便估算所需電池容量。即

　式中：Q——所需配置蓄電池容量（安時）；
　　　　 p——負(fù)載功率（瓦）；
　　　　 t——日用電小時數(shù)；
　　　　 U——標(biāo)準(zhǔn)蓄電池電壓（一般為12伏）；
　　　　 n——電池儲備周期系數(shù)； （根據(jù)風(fēng)況而確定，一般取3～8天）
　　　　 K——放電控制系數(shù)、（取0．75～ 0．8）　

　　上式考慮了：①用電設(shè)備的額定功率，②當(dāng)?shù)貧庀笄闆r，即無風(fēng)期平均時間，⑧為了防止蓄電池過放電，放電應(yīng)控制在一定程度。

　　仍以察右后旗為例，安裝一臺100瓦機(jī)，供3戶用電，每戶裝設(shè)12伏15瓦的燈泡2只平均每天照明5小時，計(jì)算所需配置的蓄電池容量。 （儲備系數(shù)取6，放電控制系數(shù)取0．8） 代入公式得：

　　選用6塊l 2伏48安時蓄電池，總?cè)萘?88安時?！?BR>
　　確定標(biāo)準(zhǔn)電池時，必須注意：蓄電油組的容量應(yīng)能安全接受風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的最大電流強(qiáng)度Imax。

二、蓄電池的運(yùn)行方式

　　1．全充全放制。即風(fēng)機(jī)集中安裝，集中充電，電瓶分散到戶，每戶兩塊電瓶輪換使用。
　
　 風(fēng)力發(fā)電是受風(fēng)制約的，尤其是對小型風(fēng)機(jī)更為明顯。在村內(nèi)風(fēng)小，風(fēng)機(jī)必須集中安裝在村外，架線又有困難的農(nóng)村、浩特，適合采取這種方式。風(fēng)機(jī)可以架設(shè)在風(fēng)能較佳的場地上，得以充分利用風(fēng)能。電瓶輪換使用能保證滿充滿放。缺點(diǎn)是：

①所需電瓶較多，增大投資和電度成本。
②電瓶使用效率較低（約40％左右）。
③電池的充放電輪換頻繁，使用壽命較短。　　
④經(jīng)常來回搬運(yùn)電瓶給用戶造成麻煩，且容易碰壞電瓶；搬運(yùn)不慎，電解液容易外漏，會造成電瓶缺液或燒壞衣服。

　　2．半浮充電運(yùn)行方式。就是風(fēng)機(jī)（直流發(fā)電）和電瓶并聯(lián)供電的工作方式。不用電時（白天），由風(fēng)機(jī)發(fā)電向蓄電瓶充電；無風(fēng)時，由蓄電池向負(fù)載供電；有風(fēng)時，由風(fēng)機(jī)發(fā)電浮充蓄電瓶并供電。這種方式多用于單機(jī)1～3戶使用，配置的莓電瓶容量較少，投資也相應(yīng)減少。采用半浮充制蓄電池的壽命一般此全充全放制長些，蓄電池的使用效率約50％左右。

　　3．全浮充制。把電瓶集中安裝在充電間，將電池組和風(fēng)力發(fā)電機(jī)并接在負(fù)載回路上，使電池常期處于小電流充電中。風(fēng)機(jī)在向負(fù)載供電時，風(fēng)速波動引起的電壓波動，通過蓄電池組起到了穩(wěn)定作用，保證了正常供電。這種運(yùn)行方式電池使用壽命比以上兩種方式都長，而且所需的蓄電池容量大為減少，電能效率提高，簡化了電池維護(hù)，整個供電設(shè)備效率可達(dá)到60—70％。察右后旗韓勿拉風(fēng)力發(fā)電站就是采用這種方式進(jìn)行工作的。

三、蓄電池的類型選擇

　　蓄電池有多種類型，目前，風(fēng)力發(fā)電普通采用于荷鉛酸蓄電池。這種電池灌液后，經(jīng)過30分鐘，待液溫為l 5℃時即可使用，不需要進(jìn)行初充電。對剛剛安裝風(fēng)力機(jī)，又不具備初充電條件的偏遠(yuǎn)地方，立即可以用電，是很優(yōu)越的。這種電池的缺點(diǎn)是體積和重量較大，搬運(yùn)不方便。市場銷售的鋁酸蓄電池多是機(jī)動車啟動用電池，其極板結(jié)構(gòu)和制造特點(diǎn)，使用在風(fēng)力發(fā)電的充放運(yùn)行條件下，是不適合的，使用命短，一般只有2～3年左右。在容量較大的風(fēng)力發(fā)電站中，最好采用固定型防酸隔爆式鉛蓄電池，這種電池具有容量大，電液比重較低（15℃時約在1．21左右），減少對極板和隔板的腐蝕，可延長蒸發(fā)時間，還有防滲漏措施，減少了對地的放電。

　　堿性蓄電池體積小。重量輕，使用壽命可達(dá)15年左右，在我區(qū)也有少量使用。堿性電池壽命雖然比酸性電池長5—7倍，但其價格卻高出酸性電池10幾倍。從經(jīng)濟(jì)上考慮，我們認(rèn)為在小型風(fēng)力發(fā)電中還是使用于荷鉛酸蓄電池較有利。

四、影響蓄電池使用壽命的原因

　　1．在充電過程中，隨著充電時間的增加，電池電動勢E也相應(yīng)地在增大。到充電終期，若端電壓V充不變，電池電動勢E達(dá)到與V充相等時，即電池內(nèi)阻Y池也降到很小，則I充也應(yīng)很小。這是電池本身所需要的正確充電方法。

　　而風(fēng)力發(fā)電在充電中，沒有穩(wěn)定的較長時間的連續(xù)充電電流，不能按照一定的充電率進(jìn)行充電，而是由風(fēng)的大小來主宰著充電電壓的高低，甚至在充電終期會出現(xiàn)電流過大，不僅要多損耗發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，而且由于電液強(qiáng)烈沸騰，冒氣過甚，電液溫度太高，會使電池極板活性物質(zhì)受到?jīng)_擊而加速脫落，從而減少蓄電池的使用壽命。

　　2．由于用戶缺乏有關(guān)知識，對電池的正確使用與維護(hù)較差，充放電程度掌握不好，常發(fā)生過充過放現(xiàn)象，且添補(bǔ)蒸餾水不及時，造成部分極板硫化?；蛟诩右簳r不注意液溫（灌注新電瓶時），使電池液溫升很高，產(chǎn)生過大的冒泡沸騰，運(yùn)動速度加快，動能增加，將封口膠沖裂，導(dǎo)致極板活性物質(zhì)過早的脫落，這些是影響壽命的主要原因。

　　3．電瓶制造質(zhì)量差，其結(jié)構(gòu)和電氣性能不適合風(fēng)力發(fā)電使用條件的要求，也要降低使用壽命。

五、蓄電池的正確使用維護(hù)

　　在小型風(fēng)力發(fā)電個，蓄電池造價占總造價的24～46％，年折舊費(fèi)占成本總額的50％以上，這是由于蓄電池價格高，使用壽命短所致。因此加強(qiáng)對蓄電池的使用維護(hù)，延長其壽命，是十分重要的問題。計(jì)算分析說明，電池壽命延長一年，每度電的成本就可以降低0．13元以上。

　　為了提高蓄電池的使用效率和延長其壽命，在使用中必須做到以下各點(diǎn)：

　　1．要了解鉛酸電池的特點(diǎn)，嚴(yán)格按產(chǎn)品說明書的規(guī)定進(jìn)行使用和維護(hù)

　　2．電液必須用化學(xué)純硫酸與合格的蒸餾水配制，在寒冷的地方，液溫在15℃時比重應(yīng)為1．285?！?/P>

　　3．電池液面應(yīng)高出極板10—15毫米。使用時，發(fā)現(xiàn)液面過低就要及時添加蒸餾水。

　　4．接線前，嚴(yán)格檢查電池正負(fù)極標(biāo)志是否正確及單格電池有無反極現(xiàn)象。

　　5．電池首次注液后使用前，最好進(jìn)行3～4小時充電，對其使用性能將更有利。非干荷電池必須進(jìn)行初充電后方可使用。

　　6．電液溫度應(yīng)保持在20℃左右，即使在充電過程中電液溫度也不得超過35℃。特別在冬季要注意防凍。據(jù)資料介紹，當(dāng)電液溫在10一35℃的變化范圍內(nèi)，每升高或降低1℃時，蓄電池的容量約相應(yīng)增大或減小額定容量的0．8％。

　　7．灌液后，在12小時內(nèi)未使用，或在使用后又長時間閑置，須按規(guī)定充電后再恢復(fù)使用。

　　8．經(jīng)常旋上注液口膠塞，但要使通氣孔暢通，使汽體能夠逸出。要保持電瓶干燥清潔，避免電池外自放電。

　　9．電液比重下降到1。175時，應(yīng)立即停止使用并進(jìn)行充電。
　
　　10．應(yīng)使用與電池極注相同材質(zhì)的電線卡子，若采用銅質(zhì)材料卡子時，應(yīng)涂以薄層凡士林或黃油，防止腐蝕。

　　11．電池上嚴(yán)禁放置金屬物件和工具，防止極間短路。

　　12．充電間不許有明火和裝設(shè)能產(chǎn)生電火花的電器設(shè)備，防止發(fā)生火災(zāi)。