在小型風力發(fā)電設備中，蓄電池是重要的輔助設備之一。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。
風能蓄電池容量的確定
蓄電池容量配置的是否合理，直接影響風力發(fā)電的各項技術(shù)經(jīng)濟指標。容量選的小了，多風時發(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。表一為蓄電池在風力發(fā)電設備中所占投資情況。
一般常規(guī)充電是“兩階段恒電流充電”，此法既不浪費電力，充電時間短，對延長蓄電池使用壽命有利，同時計算蓄電池容量也容易得多。風力發(fā)電的情況，則不同于常規(guī)充電。
由于風速經(jīng)常變化，電機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。針對這種實際情況，我們采用如下兩種計算方法來確定配置蓄電池容量。
1.電量平衡計算法。
計算步驟如下：
a.根據(jù)當?shù)貧庀蟛块T提供的風速資料，以十天為一時度，逐旬分別統(tǒng)計風機起始工作風速至停機風由范圍內(nèi)的不同風速發(fā)生小時數(shù)。
b.根據(jù)選用的風力發(fā)電機的P＝f(V)特性曲線和風速資料，計算—臺機逐旬所能發(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)蒙察右后旗的風速資料計算繪制的商都牧機廠ED1.5～100型風機的年發(fā)電量過程線。計算得出該機在當?shù)氐娘L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，說明配置蓄電池進行儲能調(diào)節(jié)是必要的。
C根據(jù)用電信況，計算出逐旬的用電量，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，實際選用12伏48安時蓄電池4塊?？?cè)萘?304伏安時。
2.經(jīng)驗計算法
根據(jù)我們試點的經(jīng)驗，在察右后旗、商都地區(qū)的風況下，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——負載功率(瓦)；
t——日用電小時數(shù)；
U——標準蓄電池電壓(一般為12伏)；
n——電池儲備周期系數(shù)；(根據(jù)風況而確定，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用電設備的額定功率，②當?shù)貧庀笄闆r，即無風期平均時間，⑧為了防止蓄電池過放電，放電應控制在一定程度。
仍以察右后旗為例，安裝一臺100瓦機，供3戶用電，每戶裝設12伏15瓦的燈泡2只平均每天照明5小時，計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。
確定標準電池時，必須注意：蓄電油組的容量應能安全接受風力發(fā)電機輸出的最大電流強度Imax。
風能蓄電池的運行方式
1.全充全放制。即風機集中安裝，集中充電，電瓶分散到戶，每戶兩塊電瓶輪換使用。
風力發(fā)電是受風制約的，尤其是對小型風機更為明顯。在村內(nèi)風小，風機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。風機可以架設在風能較佳的場地上，得以充分利用風能。電瓶輪換使用能保證滿充滿放。缺點是：
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)常來回搬運電瓶給用戶造成麻煩，且容易碰壞電瓶；搬運不慎，電解液容易外漏，會造成電瓶缺液或燒壞衣服。
2.半浮充電運行方式。就是風機(直流發(fā)電)和電瓶并聯(lián)供電的工作方式。不用電時(白天)，由風機發(fā)電向蓄電瓶充電；無風時，由蓄電池向負載供電；有風時，由風機發(fā)電浮充蓄電瓶并供電。這種方式多用于單機1～3戶使用，配置的莓電瓶容量較少，投資也相應減少。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，將電池組和風力發(fā)電機并接在負載回路上，使電池常期處于小電流充電中。風機在向負載供電時，風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，整個供電設備效率可達到60—70%。察右后旗韓勿拉風力發(fā)電站就是采用這種方式進行工作的。
風能蓄電池的類型選擇
蓄電池有多種類型，目前，風力發(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，不需要進行初充電。對剛剛安裝風力機，又不具備初充電條件的偏遠地方，立即可以用電，是很優(yōu)越的。這種電池的缺點是體積和重量較大，搬運不方便。市場銷售的鋁酸蓄電池多是機動車啟動用電池，其極板結(jié)構(gòu)和制造特點，使用在風力發(fā)電的充放運行條件下，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)濟上考慮，我們認為在小型風力發(fā)電中還是使用于荷鉛酸蓄電池較有利。
影響風能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也相應地在增大。到充電終期，若端電壓V充不變，電池電動勢E達到與V充相等時，即電池內(nèi)阻Y池也降到很小，則I充也應很小。這是電池本身所需要的正確充電方法。
而風力發(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行充電，而是由風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)電機發(fā)出的電能，而且由于電液強烈沸騰，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，運動速度加快，動能增加，將封口膠沖裂，導致極板活性物質(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力發(fā)電使用條件的要求，也要降低使用壽命。
風能蓄電池的正確使用維護
在小型風力發(fā)電個，蓄電池造價占總造價的24～46%，年折舊費占成本總額的50%以上，這是由于蓄電池價格高，使用壽命短所致。因此加強對蓄電池的使用維護，延長其壽命，是十分重要的問題。計算分析說明，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：
1.要了解鉛酸電池的特點，嚴格按產(chǎn)品說明書的規(guī)定進行使用和維護
2.電液必須用化學純硫酸與合格的蒸餾水配制，在寒冷的地方，液溫在15℃時比重應為1.285。
3.電池液面應高出極板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，嚴格檢查電池正負極標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。非干荷電池必須進行初充電后方可使用。
6.電液溫度應保持在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，應立即停止使用并進行充電。
10.應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，應涂以薄層凡士林或黃油，防止腐蝕。
11.電池上嚴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能產(chǎn)生電火花的電器設備，防止發(fā)生火災。
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