新能源技术互补发电与综合利用

教学目标

§9互补发电与综合利用关注的问题什么是互补发电？互补发电能否解决可再生新能源的间歇性和波动性问题？什么是综合利用？各种新能源怎样进行综合利用？了解互补发电的概念和特点；了解常见的互补发电技术；了解能源综合利用的概念和方式；理解互补发电与综合利用的意义和发展前景。新能源发电技术有多样性，而且其变化规律不同，多种电源联合运行，各种发电方式在一个系统内互为补充，通过其协调配合来提供稳定可靠的、质量合格的电力，这就是互补发电，既提高可再生能源的可靠性，也可提高能源的综合利用率。§9.1互补发电的概念和特点§互补发电的概念§互补发电的特点（1）可再生能源既可充分发挥优势，又能克服本身不足。取自天然、分布广泛、清洁环保等优点仍能体现，季节性、气候性变动造成的能量波动，可以改善。（2）对多种能源协调利用，可提高能源的综合利用率。（3）电源供电质量的提高，对补偿设备的要求降低。单一发电，波动和间歇明显，需大量储能或补偿装置；互补运行，会因相互抵消，降低储能或补偿要求。§互补发电的特点（4）合理的布局和配置，可充分利用土地和空间。可在有限的面积和空间内最大限度地获取能源。获取相同能量，需占用的土地和空间可大大减少。（5）共用送变电设备和人员，可降低成本，提高运行效率。多个分散电源统一输配和集中管理，可共用设备和人员，减少建设和运行成本。总的发电能力增加，可降低平均运行维护成本。§9.2风能－太阳能互补发电§9.2.1风-光互补的基础我国属季风气候区，很多地区风能和太阳能有天然的季节互补性（分析具体情况），适合采用风-光互补发电系统。在一些边远农村地区，风能资源丰富，且太阳能资源充足，联合发电运行是解决供电问题的有效途径。应根据用电情况和资源条件进行容量的合理配置，可共用储能装置和供电线路等。§9.2.2风-光互补发电系统的结构和配置风－光互补发电系统，一般由风电机组、光伏电池组、储能装置、电力变换装置、直流母线及控制器等部分构成，向各种直流或交流用电负载供电。风－光互补发电系统的发电和储能配置，应考虑： —负荷的用电量及其变化规律； －蓄电池的能量损失和使用寿命； －太阳能和风能的资源情况。根据风力和阳光的变化情况，有三种可能的运行模式：

风电机组单独向负载供电；

光伏电池单独向负载供电；

风电机组和光伏电池联合向负载供电。§

风－光互补发电系统的应用与单独风电或光伏相比，风光互补发电有以下优点：－利用资源的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；－保证同样供电时，可大大减少储能蓄电池的容量；－很少或基本不用启动备用电源（如柴油机发电机组）等，可获得较好的社会效益和经济效益。风－光互补是对二者的综合利用，对太阳能和风资源要求都低一些，受自然条件的限制较少，应用地域范围更广。典型实例（详见教材）中国之最：第一个并网的风－光互补发电系统实例2：叶贡多寄宿小学的风－光互补发电系统。实例3：西藏单机容量最大的风-光互补发电站。小容量的风－光互补式路灯§9.3其它互补发电系统§风能－水力互补发电“三北”等内陆风区，多为冬春风大、夏秋风小，

与夏秋丰水、冬春枯水的水资源正好互补。－可避免在枯水季节水力发电量不足的问题；－可通过共用输配电设备节省建设投资；－是比较经济有效的大规模利用方式。风-水互补发电特点§9.3.2风、光－柴油机互补应用目前，在很多边远或孤立地区，柴油发电机组是提供必要生活和生产用电的常用发电设备。柴油价格高，运输不便，有时还供应紧张，因而柴油机发电的成本很高，往往还不能保证电力供应的可靠性。在这些边远地区，尤其是高山和海岛，往往太阳能和风能资源比较丰富，可以因地制宜地实现与柴油机联合发电运行。风－柴互补系统的优点－投资回报率高，节油效果明显(30%以上)－规模小，见效快－稳定性好；§.1

风力－柴油机互补应用风－柴并联运行，是风电和柴油发电最简单的结合方式。可以降低柴油机的平均负载，从而节省燃料。一种改进方案，在柴油机和发电机之间加一个飞轮和电磁离合器，来控制柴油机是否投入，以有效提高节油率。在运行中不仅弥补了风力发电的不稳定性，而且能最大限度地节约柴油并减少对环境的污染。§.2

光伏－柴油机互补应用光伏—柴油混合发电系统也有投资率高等优点，但对逆变电源要求较高：（1）要求具有较高的效率，以提高系统效率。（2）要求具有较高的可靠性。（3）要求逆变电源的输出应为良好的正弦波。（4）要求直流输入电压适应范围宽。§微型燃气轮机－燃料电池互补发电燃气轮机发电技术已经比较完善，效率较高，且氮化物、CO等污染物的排放量很少。高温燃料电池与燃气轮机的工作温度相匹配，组成联合发电系统具有更高的效率。商用的已可高达60%～75%，是目前矿物燃料动力发电技术中效率最高的。燃料电池与微型燃气轮机联合发电，有非常好的发展前景。§9.4

能源的综合开发利用§冷热电联产热电联产（CHP）就是热和电两种形式的能量联合生产，一般是在发电的同时将剩余的热量回收，用于供热、供暖等，以提高能源的综合利用率。冷热电三联产（CCHP）是指热、电、冷三种不同形式能量的联合生产，是在热电联产基础上发展起来的。典型冷热电三联产系统一般包括：动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系统（供冷）等。燃料燃烧产生的热能首先通过汽轮机或燃气轮机等热工转换设备发电，做功之后的余热，冬季直接向用户供热，夏季利用消耗热能的制冷机组向用户供冷。其能量利用效率比一般的热电联产更高。根据能源及热圈力原动机屡型式，热电即联产可畜以分为颜：蒸汽轮机热电联产付、燃气轮机热电联缴产、核电热电联鲜产、内燃机热电联产伍。（1）蒸汽轮远机热电联饿产用的是化石燃料，通过汽轮机产生电罗能并对赴外供热俭，这是殊联产集遇中供热案的最主要全形式。对外同训时供热和型发电的蒸汽轮健机称为供热式吴汽轮机，

装直有供热歇式汽轮悦机的发影电厂称耀为热电厂。（2）燃气默轮机热郑电联产利用燃宋气轮机议的排气提供扛热能，对外界柄供热或制事冷。燃气密轮机的排君气在余热裙锅炉中加尚热水，产炮生的蒸汽劝直接作为惠生产用汽堡或居民生计活供热。（3）核电怪热电联闯产核能安附全、洁在净又经直济，基扁本上不赵排出SOx、NOx和COf及烟尘住等，在肝热电联旁产方面享已出现堂发展核僵能热电慌厂的新戏趋势。（4）内燃墓机热电显联产往复式疾内燃机摘发电装狭置成本低，握启动容易，适当的捆保养下可靠性穴高，负知荷跟随励性能良好。非惰常适合于聋作为备用损、尖峰和旷中间负荷茅的电源。冷热电联炮产的主要耳应用领域（1）工业领乎域：主要是馅水泥、造扫纸、制药扔等本身的烟工艺过程铲就需要一崖定数量和知参数的蒸灰汽的制造晨业中，能纲够实现节哲电和节能贷的目的。（2）城市：主要是建祝设规模较壮大的“城开市能源心平”，通过票地下管道足向市区重签要建筑物尸供热、供庙冷和供电暖。（3）民用场踏合：如在高书层住宅逐、宾馆匠、医院典、体育手场馆等涌各种建弓筑和场华所。冷热电联焦产的应用美国从197鸭8年开始提批倡发展小脊型热电联扛产(CH垦P)，正研城究高效塔利用能啄源资源狭的小型杰冷热电码联产(CCH地P)。1980压s，日本对区域供留热和制例冷的需求增阁长了一倍裳，在东京粘等许多城卖市都出现醒了冷热电亲三联产系龟统。到200冬3年，中国热电联拒产情况肥，供热衔设备容重量3万MW，年供热量20×著108GJ；平均供殿热厂用辛电率7.1坏kWh裂/GJ。600壤0kW及以上汽供热机号组占同容量母火电装机验总容量的10%。世界之最和中国之赖最世界最早的冷热电俊三联产系裤统193辩8年……世界最炸大的冷热电须三联产系客统韩国……欧洲最废早的冷热星电三联稳产系统1998旬年……中国最早的冷热胜电三联拥产系统1992哄年……§9.4弯.2太阳能像房太阳能心房是综荒合利用太阳能光炸热转换、光电转夜换等过程，冷实现主动省的和被动浴的太阳能疤利用的节能建刊筑。－安装太阳能约热水器，提供剖生活热秃水；－安装太阳能避空调，调节室她内温度；－安装太阳电恩池板，提供澡生活用例电。潮汐电站幻玉综合利用的附加价带值：电站的建骡设，可以状促淤围垦障，增加农册田；电站的水诊库，可以勒用于蓄水喜灌溉，保糟障沿岸农外业用水；电站水肃库可创狱造或改够善水产框养殖条乞件；电站工程肿可控制、阔调节咸淡盏水进出水鄙量，有利青于提高沿阅岸农田灌夕溉、排涝竞、防洪标洽准。水库的水揪位控制，圈将低潮位暗提高，可齐增大库区仇航运能力泪；堤坝可中结合桥掩梁和道华路修建跃，改善菠交通情亩况。潮汐电站疤还有可能付美化环境己，有利于粉发展旅游坡事业。电站坝叉、闸工籍程还可张起挡潮笨、抗浪瓜、保岸爆、防坍奖效用。§9.4黑.3综合型潮争汐电站高温地热银蒸汽应首先用协于发电，并可实蛋现综合利皱用，

例走如进行毕冷热电斩三联产躬。用于发电士后温度有联所降低的地热流柔体可用于采暖、供上热

或提网供热水，都是很端常见的地降热应用方册式。还可以从主地热流体牢中提取有匙用的盐类等辈矿物质资源。§9.4.畏4地热能剖综合利福用海洋温转差发电挨方式中惹，有一醉种开式循乖环系统。以表层的温库海水作为工作介质。先用真空孕泵将循环风系统内抽母成一定程持度的真空，再用胳温水泵洋把温海水抽耕入蒸发器。由于系狱统内已保敏持有一定夸的真空度治，温海水兆就在蒸发切器内沸腾宿蒸发，变革为蒸汽；蒸汽经管主道喷出推韵动蒸汽轮机艺运转，带动发父电机发电鸦。蒸汽通过汽该轮机后想，又被冤冷水泵作抽上来环的深海刷冷水所冷却，凝结成壶淡化水后樱排出。在发电的同时还闭可以产生遇大量淡水和化工产哀品。§9.4.均5海洋温差屡能的综合菜开发多种能揉源互补猪发电，是多厨种能源那联合发袜电运行沙，在协洲调配合倾中充分辰发挥其巨各自优局势，提滔高整体谈能源利悲用率。小帝结能源的扶综合利起用，可以是犹对同一种恢能源进行爽科学的梯肃级开发，除在重复或取循环中减逆少能量的倍损失，通仅过增加利冶用的环节愚和方式来钱增加能源糟的利用率茅；也可以少综合利婶用同一职种资源厦的多种倍特性，素或者在越建设利盆用时因荒地制宜妙地发挥固其它方萌面的作涨用。谢谢观蔬看/欢迎下桌