龔國平　上海電力股份公司

清潔（可再生）能源綜合發(fā)電技術(shù)綜述

龔國平上海電力股份公司

簡單介紹了國家能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃中可再生能源的發(fā)展的規(guī)劃。概述了水力，風力，太陽能和生物質(zhì)技術(shù)及其聯(lián)合發(fā)電技術(shù)。

國家能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃第三章中指出，要加大國內(nèi)能源資源開發(fā)力度，大力發(fā)展非化石能源，培育新的能源供應(yīng)增長點。明確指出要積極有序發(fā)展水力水電。到2015年，全國常規(guī)水電站與抽水蓄能水電站裝機總量分別達到2.6億kW和3000萬kW；要安全高效發(fā)展核電，到2015年運行和在建裝機量分別達到4 000萬kW和1800kW；要加快發(fā)展風能等其他可再生能源，到2015年風能發(fā)電裝機容量達到1億kW，太陽能發(fā)電裝機容量達到2 100萬kW，生物質(zhì)發(fā)電達到1300萬kW（其中生活垃圾發(fā)電達到300萬kW）。根據(jù)有關(guān)報道，我國可再生能源發(fā)電容量占電力系統(tǒng)裝機的比例至2020年要達到16%，至2030年達到20%，至2050年達到30%。我國的清潔（可再生）能源的發(fā)展前景在未來仍然具有極大的潛力，由于我國的電力系統(tǒng)裝機總量巨大，未來可再生能源發(fā)電的裝機量將十分可觀。

然而，可再生能源由于其自身發(fā)電技術(shù)特性中存在的諸多限制因素，單一發(fā)展存在一定的限制因素。因此，多種可再生能源聯(lián)合互補發(fā)電成為了國內(nèi)可再生能源發(fā)展的主要方向。針對多種可再生能源互補聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的研究是目前我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)境保護以及可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。本文對各種清潔（可再生）能源發(fā)電技術(shù)作一簡介。

1　發(fā)電技術(shù)概述

1.1風力發(fā)電技術(shù)

風能作為一種永不枯竭的可再生清潔資源正越來越多的收到人們的關(guān)注。把風能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁秋L能利用中最基本的一種方式。風力發(fā)電系統(tǒng)的組成部件包括風輪、調(diào)向器、限速安全機構(gòu)、傳動裝置、發(fā)電裝置、塔架及附屬部件等。風力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是：風輪在風力的作用下進行旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了把風的動能轉(zhuǎn)變成為風輪軸的機械能；發(fā)電機在風輪軸的帶動下的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了機械能到電能的轉(zhuǎn)變。

1.2小水電發(fā)電技術(shù)

小水電是指任何小規(guī)模的裝機容量在10 MW以下的水電站。這樣的水電設(shè)施由形成水庫并將水引到渦輪機的水壩，水路和引水渠組成，水電站主要由小水庫、水輪機發(fā)電機房、輸水管、閥門、水電站內(nèi)多種輔機以及相關(guān)廠內(nèi)設(shè)備組成。

小水電發(fā)電技術(shù)主要是依靠水輪機的能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。即通過水輪機來實現(xiàn)由水能向機械能轉(zhuǎn)化的這一過程。具體工作方式為水輪機的正常工作運轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機或其他系統(tǒng)設(shè)施、設(shè)備等，進而就實現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化。

1.3太陽能發(fā)電技術(shù)

太陽能發(fā)電技術(shù)的原理是通過光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立光伏電站包括偏遠山區(qū)的農(nóng)村供電系統(tǒng)、太陽能戶用電源供電系統(tǒng)、通信信號電源系統(tǒng)、太陽能路燈設(shè)施等各種帶有蓄電池可進行獨立運行發(fā)電的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)指的是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)饋送電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)，這種形式的系統(tǒng)一般要求具備由應(yīng)急電源功能以及作為可調(diào)度的調(diào)峰電源使用，因此一般不帶有儲能蓄電池裝置。

1.4生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)發(fā)電主要是利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)廢棄物以及城市固體廢物、動物糞便等生物質(zhì)能為燃料，通過將生物質(zhì)能直接燃燒或轉(zhuǎn)化為可燃氣體后燃燒，產(chǎn)生熱量進行發(fā)電的技術(shù)。按照所使用燃料的不同，生物質(zhì)能發(fā)電可分為農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電3類；按照其生產(chǎn)技術(shù)的不同，生物質(zhì)能發(fā)電又可以分為生物質(zhì)能直接燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電、沼氣發(fā)電以及與煤混合燃燒發(fā)電等技術(shù)。

2　聯(lián)合發(fā)電技術(shù)綜述

2.1風光互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)

風光互補聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的工作原理為利用控制器將太陽能電池方陣和風力發(fā)電機發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池中儲存的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。一般來說風能與太陽能在季節(jié)上有較大的互補性，即冬天風大而陽光弱，夏天風小而陽光強。

風光互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成見圖1，它主要由太陽能電池方陣、風力發(fā)電機組、控制器、蓄電池、逆變器等部分組成。在風里達到一定的風速時，風力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)換為交流形式的電能，但由于風能自身的發(fā)電特性，其所產(chǎn)生的交流電壓不太穩(wěn)定，所以所發(fā)電能必須通過整流器的整流作用，從而給蓄電池充電。光伏電池方陣由若干太陽能電池板串聯(lián)合并構(gòu)成，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成為直流形式的電能，并向蓄電池充電。系統(tǒng)中，蓄電池擔當著儲存和調(diào)節(jié)電能的作用，當風力很大或者日照充足導(dǎo)致產(chǎn)生的電能過剩時，蓄電池就將多余的電能儲存起來；當負載用電量增加或者系統(tǒng)發(fā)電量不足時，蓄電池就會向負載外送補充電能。

2.2風水互補發(fā)電系統(tǒng)

風水互補發(fā)電系統(tǒng)即是將風力發(fā)電系統(tǒng)和水利發(fā)電系統(tǒng)進行有機的結(jié)合與調(diào)度。當風力發(fā)電廠的出力進行隨機波動時，水電站可以快速的調(diào)節(jié)發(fā)電機的出力，以適應(yīng)調(diào)節(jié)對風電出力進行補償。通過對風能資源和水能資源合理的規(guī)劃與統(tǒng)籌，以及結(jié)合用電當?shù)氐牡胤诫娋W(wǎng)實際情況，優(yōu)化選擇合理的電源配備容量，即可以實現(xiàn)風能與水能這兩種綠色能源的合理互補，從而充分發(fā)揮2種可再生能源的優(yōu)勢。風水互補發(fā)電系統(tǒng)既克服了風力發(fā)電存在的間歇性和不穩(wěn)定性問題，又避免水能資源在枯水季節(jié)不能滿足系統(tǒng)用戶電力需求的問題。

2.3光生（物質(zhì)）聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)

光生聯(lián)合發(fā)電技術(shù)是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)與生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化集成為聯(lián)合互補的熱力發(fā)電系統(tǒng)。整個系統(tǒng)一般包括生物質(zhì)能循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)、太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和汽輪機發(fā)電系統(tǒng)3個子系統(tǒng)。在有太陽光照射的情況下，太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和生物質(zhì)能循環(huán)流化床燃燒鍋爐是同時聯(lián)合運行的；在沒有太陽光照的情況下，系統(tǒng)會切斷太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的供水管路，此時生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒鍋爐將獨立運行，帶動汽輪機發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電。

圖1　風光互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

目前主要有以下3種太陽能發(fā)電系統(tǒng)與生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行方式。

（1）槽式太陽能熱發(fā)電與生物質(zhì)能發(fā)電的聯(lián)合

該方式系統(tǒng)組成：槽式太陽能集熱器、換熱系統(tǒng)、生物質(zhì)鍋爐燃燒系統(tǒng)、低溫過熱器、蒸汽混合器、高溫過熱器、汽輪發(fā)電系統(tǒng)。其工作原理：冷導(dǎo)熱油在太陽能集熱器中被不斷加熱到較高的溫度，然后通過換熱系統(tǒng)將熱量傳給鍋爐給水；鍋爐給水吸收熱量后變成飽和蒸汽流入到生物質(zhì)能循環(huán)流化床燃燒鍋爐的蒸汽混合器中，混合均勻后進入過熱器，最終過熱蒸汽進入汽輪發(fā)電系統(tǒng)做功發(fā)電。當夜間太陽能吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，此時生物質(zhì)能循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)與汽輪機發(fā)電系統(tǒng)獨立運行發(fā)電。

（2）塔式太陽能發(fā)電與生物質(zhì)能發(fā)電的聯(lián)合

該運行方式系統(tǒng)在有太陽光照時，啟動塔式太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，待塔式太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的出口蒸汽參數(shù)與生物質(zhì)能鍋爐相匹配后，系統(tǒng)將與生物質(zhì)能鍋爐并汽，實現(xiàn)太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與生物質(zhì)能鍋爐并列運行，太陽能發(fā)電系統(tǒng)與生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)使用同一套汽機發(fā)電系統(tǒng)。

（3）槽式-塔式太陽能熱發(fā)電與生物質(zhì)能發(fā)電聯(lián)合

該運行方式系統(tǒng)包括槽式太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、塔式太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)以及汽輪發(fā)電系統(tǒng)。給水經(jīng)槽式太陽能系統(tǒng)換熱器，然后經(jīng)塔式太陽能系統(tǒng)的換熱器，待蒸汽參數(shù)與生物質(zhì)能鍋爐出口蒸汽相匹配后，與生物質(zhì)能鍋爐并汽，實現(xiàn)太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與生物質(zhì)能鍋爐并列運行，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)使用同一套汽機發(fā)電系統(tǒng)。

2.4風光生互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風光生互補發(fā)電系統(tǒng)一般分為產(chǎn)生環(huán)節(jié)，能量存儲環(huán)節(jié)和能量消耗環(huán)節(jié)。能量的產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要是太陽能發(fā)電和風力發(fā)電，當電力不足或者需要更大功率輸出時再啟動生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)。在系統(tǒng)中引入蓄電池的作用就是調(diào)節(jié)能量供應(yīng)和需求的平衡性。能量消耗環(huán)節(jié)主要是供應(yīng)各種負載，蓄電池組經(jīng)過串聯(lián)或并聯(lián)之后輸出的直流電可以直接供應(yīng)某些直流負載，而交流負載則需要在電路中加入逆變器。

Clean (Renewable) Energy Comprehensive Power Generation Technology Overview

Gong GuopingShanghai Electric Power Joint-Stock Company

The article introduces briefly renewable energy development planning among national energy development ‘12th 5 year planning’. It summarizes hydraulic, wind, solar power and biomass technology and their combined power generation technologies.

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.007