微型電源的類型多種多樣,包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池和蓄電池等。
1、 風(fēng)力機(jī)組發(fā)電
在各種新能源利用過程中,風(fēng)力發(fā)電是最重要的一種形式。風(fēng)力發(fā)電是通過天然風(fēng)吹動風(fēng)機(jī)葉片帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電力電子接口、變壓器等主要部分組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)(WT)發(fā)出的電能是經(jīng)風(fēng)能轉(zhuǎn)化而來。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過利用葉輪旋轉(zhuǎn)將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,然后葉輪通過機(jī)械驅(qū)動力系統(tǒng)帶動發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為磁場的能量,并最終轉(zhuǎn)化為電能。
風(fēng)電的輸出功率與風(fēng)速大小有直接關(guān)系,具有明顯的間歇性和隨機(jī)性。當(dāng)風(fēng)速小于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的切入風(fēng)速時(shí),發(fā)電機(jī)組不工作,即不發(fā)電;當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速后,發(fā)電機(jī)組開始并網(wǎng)發(fā)電,此時(shí)風(fēng)機(jī)機(jī)組的輸出功率隨著風(fēng)速的增大而增大;當(dāng)風(fēng)速增大到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的額定風(fēng)速時(shí),其輸出功率基本穩(wěn)定在發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率。當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大至超出切出風(fēng)速時(shí),風(fēng)力機(jī)組將抱閘停機(jī),以保護(hù)風(fēng)力機(jī)組不被大風(fēng)損壞。
2、太陽能光伏發(fā)電
光伏發(fā)電技術(shù)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能,根據(jù)太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng),產(chǎn)生直流電能。太陽能發(fā)電技術(shù)主要包括了太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電,在微電網(wǎng)中,主要采用太陽能光伏發(fā)電。按照運(yùn)行方式的不同,光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)和并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是指僅依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電逆變成交流電,與電力網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行,該方式下可避免了安裝儲能蓄電池,節(jié)省費(fèi)用。
太陽能光伏發(fā)電(PV)的基本原理是利用太陽能電池(一種類似于晶體二極管的半導(dǎo)體器件)的光生伏打效應(yīng),當(dāng)光照射到太陽能電池上時(shí),在其PN結(jié)兩端就會產(chǎn)生電壓,從而將太陽的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娔堋L柲芄夥l(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器就是太陽能電池,即光伏電池。光伏電池的運(yùn)行特性與光照強(qiáng)度和光伏電池的運(yùn)行溫度直接相關(guān),而光照強(qiáng)度和運(yùn)行溫度的隨機(jī)性與波動性較大,這使得光伏電池的發(fā)電輸出功率持續(xù)變化。光伏電池輸出功率與短路電流隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而成比例增大,開路電壓隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而緩慢增大,開路電壓和輸出功率與環(huán)境溫度成反比,短路電流隨著環(huán)境溫度的上升而緩慢增加。因此,光伏電池是一種間歇性極強(qiáng)的分布式電源,它不具備有功輸出的調(diào)節(jié)能力,因此也就無法滿足微電網(wǎng)電壓和頻率調(diào)節(jié)功能。
3、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電
可再生能源技術(shù)和熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是分布式能源技術(shù)的兩個(gè)重要分支。可再生能源利用技術(shù)力求“開源”,而熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)重在“節(jié)流”。熱電聯(lián)產(chǎn)與可再生能源在技術(shù)上彼此獨(dú)立,而在應(yīng)用當(dāng)中優(yōu)勢互補(bǔ),集中體現(xiàn)了分布式能源的特點(diǎn)和優(yōu)勢。微型燃?xì)廨啓C(jī)正是熱電聯(lián)產(chǎn)在微電網(wǎng)中的一個(gè)重要應(yīng)用。
微型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組由微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動的內(nèi)置式高速逆變發(fā)電機(jī)和數(shù)字電力控制器(DPC)等部分組成,其中的核心設(shè)備——微型燃?xì)廨啓C(jī)(MT)是一種新型的小型熱力發(fā)電機(jī),由燃?xì)廨啓C(jī)、壓氣機(jī)、燃燒室、回?zé)崞?、發(fā)電機(jī)及電力控制部分構(gòu)成,功率范圍在數(shù)百千瓦以下,以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料,采用回?zé)崾窖h(huán)。其發(fā)電效率可達(dá) 30%,如實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn),效率可提高到 75%。
微型燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理是:從離心式壓縮機(jī)出來的高壓空氣現(xiàn)在回?zé)崞鲀?nèi)由渦輪排氣預(yù)熱,然后進(jìn)入燃燒室與燃料混合、燃燒,高溫燃?xì)馑腿胂蛐氖綔u輪做功,帶動高速發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)首先發(fā)出高頻交流電,然后轉(zhuǎn)換成高壓直流電,再轉(zhuǎn)化為工頻交流電。而通過透平排出的高溫尾氣可用來預(yù)熱燃燒室中的壓縮空氣,從而減少燃燒過程中的燃料消耗,提高系統(tǒng)能源的綜合利用效率?;?zé)崞髋懦龅奈矚饪梢酝ㄟ^溴化鋰制冷機(jī)或熱交換器來滿足冷、熱負(fù)荷的需求。
4、燃料電池發(fā)電
燃料電池發(fā)電裝置是一種綜合的能量轉(zhuǎn)換裝置,反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱能可回收外供,產(chǎn)生的直流電可由換流器轉(zhuǎn)換成交流電。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成:
1)燃料供給轉(zhuǎn)換裝置,包括給煤器和煤氣發(fā)生器;
2)空氣供給裝置,包括過濾器和空氣壓縮機(jī);
3)電池本體,包括電極、電解質(zhì)和外電路;
4)熱量回收裝置,即余熱鍋爐。
作為燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的最重要裝置——燃料電池(FC)是一種將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電設(shè)備。其發(fā)電原理是將天然氣、甲酫等含氫燃料與空氣等氧化劑反應(yīng),通過電化學(xué)反應(yīng)過程中氫氧離子的定向移動,在外部電路產(chǎn)生電位差,形成低壓直流電。
5、蓄電池發(fā)電
儲能裝置在微電網(wǎng)中主要起到了以下兩種作用:
1)能量緩沖。風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn),而可控微源如微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池對負(fù)荷波動反應(yīng)較慢。因此微電網(wǎng)中必須裝設(shè)相當(dāng)容量的儲能裝置來保證微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。
2)削峰填谷。當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)的自然能源充足時(shí),發(fā)出的多余電能可以通過儲能裝置儲存起來,減少能源的浪費(fèi);當(dāng)系統(tǒng)的自然能源匱乏時(shí),儲能裝置又能為系統(tǒng)提供一定的電能,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此,基于系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的考慮,微電網(wǎng)都應(yīng)配備一定數(shù)量的儲能裝置。
當(dāng)前的儲能技術(shù)主要有以下三類:
1)化學(xué)儲能,包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池等蓄電池;
2)物理儲能,包括抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等;
3)電磁儲能,包括超級電容器儲能、超導(dǎo)儲能等。而其中蓄電池以價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在微電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
蓄電池的性能參數(shù)主要包括:電池容量、荷電狀態(tài)、放電深度、充電深度、循環(huán)壽命等幾個(gè)方面。