[发明专利]低成本、超长寿命小型风力发电装置蓄电系统

说明书

技术领域

 本发明涉及一种低成本、超长寿命需要面对高频次充放电的蓄电系统，特别是一种低成本、超长寿命小型风力发电装置蓄电系统。

背景技术

很多小型风力发电装置（百瓦级）属于间歇能源利用，风环境经常变化，除部分发电直接并网情况外，很多场合均需要与之配套蓄电系统。

蓄电系统是风力发电装置整套系统中核心部件之一，其寿命直接影响到整套发电装置的寿命，小型风力发电装置及用电设备往往存在高频率特性，即经常要充电放电，因此蓄电系统必须面临高频次的充放电。

目前与小型风力发电装置配套的蓄电系统均是由单一品种的蓄电池（常用的有铅酸、镍镉、镍氢）串、并联构成，满足蓄电以及放电需要，且以铅酸蓄电池为主。不同的电池构成的蓄电系统循环次数基本取决于电池单体的循环寿命。

虽然铅酸蓄电池容量高，成本低，但其充放电循环次数过少，80%DOD（DOD,放电深度）时为400次，通常1-2年必须更换蓄电池组，蓄电池的成本占整套系统的15-25%，因其短寿命带来的维护成本颇高。

目前市场上的锂离子电池以及超级电容（一种新型储能装置，包括双层电容器和赝电电容器两种，充放电循环次数为数万次），几乎无记忆效应，充放电循环次数非常大，但是价格非常昂贵，经济上无法承受。因此整个蓄电系统采用锂离子或者超级电容，目前不可行。

在容量设计方面，往往根据当地动风期（可以驱动风力发电机）与静风期（无法驱动风力发电机）时长对比、负载特征进行设计，拿风力发电用来照明来举例分析。假定动风期：静风期=1:2，则蓄电容量为总时长（动风期+静风期）内用电设备的总耗能*安全系数（1.1-1.3）。那么这种设计方法则导致风力一次能源利用率低、不能够抵御极端恶劣条件等问题。如连续都是动风期，则产生的电力无法存储，如果连续静风期则无法保障用能设备正常工作。而因为既有的蓄电系统充放电循环次数均有限，如果简单增大蓄电池的容量，将导致非常高的维护成本。

总而言之，目前小型风力发电装置蓄电系统存在寿命短、风能一次能源利用率低、静风期工作时间短等诸多问题，既有的蓄能设计方法无法解决上述问题。

因此本发明将突破传统的小型风力发电装置蓄电系统设计理念，采用全新的设计方法与技术，实现低成本、超长寿命小型风力发电装置蓄电系统设计，而且具备实现简单、应用领域宽等诸多优点。

发明内容

为了克服现有各类小型风力发电装置蓄电系统设计中，普遍面临的而尚无有效解决办法的较短寿命、较低风能一次能源利用率、静风期工作时间短等诸多问题，本发明提供了一种全新理念、低成本、超长寿命、高风能一次能源利用率的蓄电系统，实现了较低成本前提下，不仅仅大幅提高风能一次能源利用率，而且实现了小型风力发电装置蓄电系统的超长使用寿命，与传统蓄电设计方法比较，蓄电系统寿命提高3-10倍。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低成本、超长寿命小型风力发电装置蓄电系统，包括由锂离子蓄电池或超级电容器构成的缓冲蓄电单元和由铅酸或镍氢或镍镉蓄电池构成的主蓄电单元，风力发电系统和该主蓄电单元的输出端并接于缓冲蓄电单元输入端，该缓冲蓄电单元的输出端连接用电设备和主蓄电单元的输入端，使缓冲蓄电单元由风力发电系统频繁充电，并频繁向用电设备提供电力，同时还供主蓄电单元充电，当缓冲蓄电单元的能量低于10%-20%时，主蓄电单元向缓冲蓄电单元充电。

由锂离子电池（或超级电容器）构成的缓冲蓄电单元容量以及主蓄电单元容量根据具体应用领域不同而不同。而且，该主蓄电单元容量为当地最长静风期内（2-3年内最长静风记录）用电设备的总耗电量；该缓冲蓄电单元容量为当地正常动风期与静风期一次循环（上一年的循环周期平均值）内用电设备的总耗电量*调整系数（1.5-2.5），如果动风期与静风期循环周期不固定，变化越大则选择调整系数越大。

因此，借助无记忆效应、循环次数寿命高的缓冲蓄电单元完成了高频的充放电过程，而主蓄电单元则大大拉长了充放电的周期间隔，降低了充放频率，大幅提高了蓄电系统整体使用寿命。

且主蓄电单元应用阶梯缓冲渐变式设计方法。当缓冲蓄电单元循环寿命终止或故障不能正常工作时，则在主蓄电单元划分出一用于频繁充放电的缓冲蓄电区（功能类似前述缓冲蓄电单元，但称为缓冲蓄电区，避免与前述缓冲蓄电单元混淆），主蓄电单元中剩余部分则作为新的主蓄电区（功能类似前述主蓄电单元，但称为主蓄电区，避免与前述主蓄电单元混淆）。