能源模块2--细节设计
1.风力发电
总发电量1500 0000kwh,平均一天41100kwh 一小时1712kwh 采用10kw的风力发电机,需要171台10kw的风力发电机 此处采用云欣达的NE-10k型号的风力发电机,该风力发电机主要参数如下
在global wind atalas网站上 我们找到了三亚详细的风力数据如下:
在我们的选址以北约1km之处有一处狭长高风速带(正方形区块对角线部分),我们预计使用这块风速带4%的面积,在这种面积下,我们可以取到的平均风速是9.2m/s(图右侧),因我们的额定风速是10m/s,风速不足,需要加高,此处运用徐老师提供的公式,修正后的高度为10*(10/9.2)^7=17m,设风机均以50m网格间距分布 占地650m*650m 占该地块面积的0.046。(前面平均风速的取值就是依靠次面积占比而定的)
并预留342台备用,备用情况下 占体积较小,估作3000m3,该171台风力发电机总发电量可以满足1500 0000kwh 年需求
下面分析风力发电的波动情况:
根据国际能源网的统计资料,列出海南岛的2017年中各月风力发电量如下:
1-12月分别是0.5 0.4 0.4 0.4 0.3 0.4 0.4 0.4 0.3 0.4 0.6 0.7,可以看出,冬季风力发电量较大 其他季节分布较为平均,年度平均值为0.43,只有两个月度缺口较大 缺口值为25%左右,预计一个月有7.5天缺口,对于该缺口,我们有两方面的处理,一方面,夏季较强的太阳能发电会有所补足,我们每日的发电量也会有所冗余,另一方面,我们强大的常设能源储备可以应付长达20天一度电都不发的情况,自然可以应对7.5天的缺口。
下面计算体积,下图是包装的尺寸,包装体积太小了,公平起见,我们采用展开后的尺寸(估算):塔:0.75*0.75*3.14*17
风轮与其他部件:3.5*3.5*3.14*4 叶片扫过的面积:8*8*3.14*0.5 总体积284.36625*125=35545m3;
2. 太阳能发电
年发电量700 0000kwh 日发电量 19178kwh
采用天合光能DE08M(II)型号太阳能发电板 额定功率360w 参数如下
面积1.7平方米
下面是海南省日照时长
三亚年均日照率50% 按一天日照6小时计算
每小时发电16500/6=2750kwh
需要功率2750000w
需要8878块太阳能板
面积8878*1.7=15000m2
给与适当间距 20000m2
同时储备两倍的太阳能板,板厚3.5cm 给予适当间距 储存需空间1500m3
3.备用能源
1贮备石油作为备用能源,配备柴油发电机,并使柴油发电机能在完全无外来电源的情况下供应能源消耗。 这需要日供17888*1019/365=53000kwh
每小时供能2080kwh
采用300kw柴油发电机8台现役,16台备用
供应一天电量 需用去12.5m3柴油,常备125m3石油应付发电问题(10天),实际储量大于此。
型号为泰州市 凯华柴油发电机组有限公司的奔驰柴油发电机组KH-250GF,参数如下:
总体积:147m3
日冗余电量10000kwh冗余22%,冗余电量用于储存。
4.储能方式
1电池储能 南京科列电气技术有限公司的集装箱电池系统(40ft),体积为80m3 储电量3300kwh 预计装200台,总体积16000m3可以在完全切断电力供应的情况下供应12.4天城市用电。下面是具体参数:
储能效率参数 估计值为85%,因我们发电冗余量足够多,不用担心冗余电量不够填满12.4天储电量的问题。
2石油储能 详见备用能源部分。
3抽水蓄能 本世界以北百余米处,是现实世界中水源池水库的所在地,如图所示:
我们计划在此建立一座水库,同时满足抽水蓄能与储水的需求,为了减小对环境的影响,我们不会把河水主干道拦截,而是在红线所示的位置上筑墙,背靠山谷形成人工湖(水库)。这就意味着我们不能仅依靠水的流动完成蓄水,我们将采用风力抽水机,不经过把风力转化为电能的过程,直接把动能转化为重力势能,(此举可以保证我们的抽水能耗不计入17888的计算),下面给出具体的设计参数。
估算该水库的底面积为(600+400)/2*400,原水面高度约在海拔50m处,水库高度32m,水库蓄满后总储能175000*32*1000*10*41/3600000=637700kwh,可供应12天需求。墙体体积20000m3(墙厚度从顶部1m递增到底部3m)
为了减小对环境的影响,我们控制抽水的速度在1m3每秒(作为参考,海南的河流流速量一般为100m3/s-150m3/s,黄河这种大河是1774m3/s),起始约用50天蓄满,需求的功率是1000*12.5*10/1000=125kw,风机抽水效率按发电效率75%折算,需要16台风力发电机,该地风速较低,加至40台,体积9200m3.
5.能源传输
短距离能源传输方案:本世界的输电方案采取的是微电网技术,在现实世界中,微电网作为三级电网规划中的最微小输电端,其对应的部分恰好是实现小范围内的电量输送和供给,并且用上了诸多优化方法,包括配电网空间负荷预测中的用地仿真法、动态产生模糊规则库的方法、利用负荷转移的方法进行配电网变电站的维修、配电网网架优化规划等等。可以参考[1]梅生伟,王莹莹.输电网-配电网-微电网三级电网规划的若干基础问题[J].电力科学与技术学报,2009,24(04):3-11. [1]鲁宗相,王彩霞,闵勇,周双喜,吕金祥,王云波.微电网研究综述[J].电力系统自动化,2007(19):100-107.