风光互补型再生能源供电系统之探讨.ppt

「風光互補」型再生能源供電系統之探討,學生盧建宏,大綱,一、前言二、系統規劃與設置三、系統運轉測試3-1淡水產出率3-2AC/DCInverter的效率3-3DC/ACInverter的效率3-4能源供給與需求之配置3-5以風速vs.發電功率的實測值來檢證風力發電系統的規劃方法四、結論與建議,一、前言,我國對於發展再生能源之政策宣示，歷經了全國能源會議、「新能源及淨潔能源研究開發規劃」報告、再生能源發展方案、「挑戰二OO八國家重點發展計畫」、「再生能源發展條例」等研議，對於再生能源之國家層級發展方向已有所規劃。由上述政策與推廣計畫的內涵可知，政府未來對於再生能源系統之建置將投入相當的開發策略與經費，特別是風力發電與太陽光能（電能/熱能）的推廣工作，希望能利用量能的增加來評估兩者之設置效益。,1-1再生能源互補運轉,再生能源的種類繁多，而每種再生能源的應用潛能會因應當地自然力而有所侷限，若每種都以單兵作戰方式獨自運轉，所呈現出的單項效益將使再生能源的發展有所阻礙。,反之，若能因應基地自然環境，選擇適當的再生能源種類，互相整合運轉，則系統整體的電力供給將有所提升。,例如風能和太陽能這兩種發電方式分別受到風速和日照時間的限制，台灣沿海產業若能以「風光互補」的概念，合理配置和利用了風能和太陽能，透過能量互補來提高供電品質並取得最大自然力。,又譬如各地風能秋冬季為高峰期，春夏季為低平谷期，剛好與小水力發電的春夏豐水期、秋冬枯水期互補，形成所謂「風水互補」的操作。因此再生能源應用的另一則思維應該是「多種類、相互補」的運轉，透過因地制宜、多能互補、綜合利用等模式，達成基地自然力的最佳開發。,1-2由建置經驗看未來發展,研究團隊在執行能源委員會委託研究「小型風力發電與地區產業結合之效益評估III」的過程中發現，基地每日與年度的風力潛能與日射能量恰具互補性，如圖1、2所示。,圖1基地逐時風力潛能與日射量,圖2基地年度風力潛能與日射量,為實踐「新能源開發」、「分散式能源利用」與「再生能源互補運轉」的理念，實著有必要對於小型風力與太陽光能發電的互補運轉效益進行相關研究。因此在區域自然環境力的最佳利用、產業需電特性與最適電源開發三者的整合考量前提下，配合前述執行中的小型風力發電運轉，提出多年期研究規劃。,二、系統規劃與設置,由於台南沿海地區魚塭養殖業盛行，所在地的風力與太陽光能潛力高且呈現互補供給狀態，因此在台南市政府建設局與設備廠商的支援,下，擇定合適規模與類型之示範養殖場，規劃、設置1.4KW小型風力與0.75KW太陽光能互補式發電系統。,計畫初期，吾人利用基地歷年氣象資料與自設氣象站實測數據，推估互補發電系統之供電情況，結果如表1所示，而後再經由系統建置與數據量測等過程加以驗證，系統設計如圖3所示。,,,,自設氣象站,表1本研究設置之hybridsystem電力資料初步估算,圖3本研究規劃之Hybrid發電系統示意圖,,在多角化的應用方面，魚塭養殖業的經常用電需求有曝氣水車、曝氣管、給排水泵、自動餵飼機等，本計畫全期將逐項進行使用評估。,而本期則以簡易型海水淡化器為案例，配合體積小、需電功率小、造價便宜、製造容易、操作簡便等前提，利用簡易蒸餾程序研製一套單效型海水淡化設備，如圖4所示。所製造的淡水在自然冷卻並累積到一定量後，注入於養殖池中補充用水。,圖4系統之建置過程與現況,,,,三、系統運轉測試,互補式發電系統建置完成後，利用電力品質量測儀（儀器廠牌FLUKEpowerqualityanalyzer43B）、數位式多功能電表（儀器廠牌FLUKEteue-rmsmultimeter189）等儀器實際測量發電情形，包括電壓電流波型、發電量、電力品質、電池狀態等，並將實際發電量與前述推估發電量作一比較。測試結果分為下列5個層面來敘述,FLUKEpowerqualityanalyzer43B,FLUKEteue-rmsmultimeter189,3-1淡水產出率,考量漁民的作息，簡易型海水淡化機的操作時間初步設定於白天餘暇時，自冷機啟動開始，如圖5所示,圖5簡易型海水淡化機之淡水產出率,，在90分鐘的暫態熱機時間後，開始穩定地產出淡水，出水口水溫約為35℃。隨著正午與午後戶外氣溫的上升，淡水的產出率也略增，平均而言，每小時的淡水產出量為0.37公升。,3-2AC/DCInverter的效率,由於AC/DCInverter的輸入端銜接小型風力發電機，輸出端接入蓄電池控制器，因此風力狀態將影響輸入端的電功率，進而影響到Inverter的電能轉換效能。如圖6所示，以12月24日的量測結果為例，當日平均,風速較低，風速變化情況亦較緩和，因此AC/DCInverter的效率較佳，為95﹪；而12月19日當日平均風速較高，風速變動劇烈，輸入電功率變化較大，因此AC/DCInverter的效率降至88﹪。,圖6本案AC/DCInverter的轉換效率,3-3DC/ACInverter的效率,DC/ACInverter的輸入端為蓄電池控制器，輸出端為恆定負載（海水淡化機），因此Inverter的效率不受外在風力或太陽光品質之影響，轉換效率約為92.595.6﹪。,3-4能源供給與需求之配置,為了節省初期設置成本，本研究自始即以『最小的容量』為系統設計理念，希望利用較準確的再生能源潛能預估值來降低蓄電池的設置容量以及供電不足時,圖7能源供給與需求狀態,跳接商業用電的頻率，結果如圖7所示。除了可看出風力發電與太陽光電的互補性外，亦可看出系統供電為需電一半時，藉由蓄電池的緩衝操作，仍可使系統順利運轉。,3-5以風速vs.發電功率的實測值來檢證風力發電系統的規劃方法,將風速實測值分別帶入風力發電機之出廠動力曲線圖powercurve與修正後動力曲線圖之中，推估發電功,圖8發電功率實測值與推估值之比較,率，再將數據與發電功率實測值做比較，如圖8所示，印證所提及若直接取用當地風速資料及風力發電機的動力曲線來進行評估時，所得的預估發電量可能會較實際發電量來的大些，也就是說，會有過份樂觀的可能。,四、結論與建議,本研究除利用風速資料、風力發電機性能曲線、日射量資料、太陽光電板性能等建立起評估規劃流程外，並已將小型風力發電機與太陽光發電系統順利建置、結合與運轉。結果可將規劃方法以及建置心得提供設計者與使用者於規畫設計階段之參考。在研究過程中有幾則建議提供參考在小型再生能源系統的規劃設計上，準確的基地潛能預估是相當重要的，可降低蓄電池的設置容量以及供電不足時跳接商業用電的頻率。至於潛能預估與現實的差異性以及設置經費的變動等對於系統缺電風險值的敏感度分析，則有待後續加以完成。,四、結論與建議,簡易蒸餾式海水淡化器效能與戶外氣溫的關連性也是值得吾人接續予以探討。建置完成後，應予長期運轉監測，以得到更多環境變動下的量測數據，並得以分析系統逐日與年度互補發電的特性。,THEEND,