新能源技术-互补发电与综合利用

柴油发电机组
耗能负载
蓄能装置 控制系统
互补发电与综合利用
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。
风力机
齿轮箱
感应发电机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
柴油机
新能源与分布式发电
离合器 飞轮
世界之最和中国之最
世界最早的冷热电三联产系统 1938年……
世界最大的冷热电三联产系统 韩国……
欧洲最早的冷热电三联产系统 1998年……
中国最早的冷热电三联产系统 1992年……
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互补发电与综合利用
互补发电与综合利用
§9.4.2 太阳能房
太阳能房是综合利用太阳能光热转换、光电转换等过程， 实现主动的和被动的太阳能利用的节能建筑。
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。
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§9.2.3 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－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；
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§9.3.2.1 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。
风力发电机组
用户负载
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尘等，在热电联产方面已出现发展核能热电厂的新趋势。 （4）内燃机热电联产 往复式内燃机发电装置成本低，启动容易，适当的保养下可 靠性高，负荷跟随性能良好。非常适合于作为备用、尖峰和 中间负荷的电源。
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冷热电联产的主要应用领域
（1）工业领域：主要是水泥、造纸、制药等本身的工艺过 程就需要一定数量和参数的蒸汽的制造业中，能够实现节 电和节能的目的。
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互补发电与综合利用 新能源与分布式发电
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2120.10.21Wednes day, October 21, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。14:19:5814:19:5814:1910/21/2020 2:19:58 PM
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。
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§9.1.2 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。
❖ 1980s，日本对区域供热和制冷的需求增长了一倍，在 东京等许多城市都出现了冷热电三联产系统。
❖ 到2003年，中国热电联产情况，供热设备容量3万MW， 年供热量20×108GJ；平均供热厂用电率7.1kWh/GJ。
❖ 6000kW及以上供热机组占同容量火电装机总容量的10%。
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§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。
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小容量的风－光互补式路灯
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§9.3 其它互补发电系统
§9.3.1 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。
风-水互补发电特点
－ 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－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。
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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。
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§9.1.2 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。
（2）城市：主要是建设规模较大的“城市能源心”，通过 地下管道向市区重要建筑物供热、供冷和供电。
（3）民用场合：如在高层住宅、宾馆、医院、体育场馆等 各种建筑和场所。
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冷热电联产的应用
❖ 美国从1978年开始提倡发展小型热电联产(CHP)，正研 究高效利用能源资源的小型冷热电联产(CCHP)。
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根据能源及热力原动机型式，热电联产可以分为： 蒸汽轮机热电联产、燃气轮机热电联产、核电热电联产、 内燃机热电联产。 （1）蒸汽轮机热电联产 用的是化石燃料，通过汽轮机产生电能并对外供热，这是 联产集中供热的最主要形式。 对外同时供热和发电的蒸汽轮机称为供热式汽轮机， 装有供热式汽轮机的发电厂称为热电厂。
多种能源互补发电，是多种能源联合发电运行，在协调配合 中充分发挥其各自优势，提高整体能源利用率。
能源的综合利用，可以是对同一种能源进行科学的梯级开 发，在重复或循环中减少能量的损失，通过增加利用的环 节和方式来增加能源的利用率；
也可以综合利用同一种资源的多种特性，或者在建设利用 时因地制宜地发挥其它方面的作用。
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§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。
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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。
用于发电后温度有所降低的地热流体可用于采暖、供热 或提供热水，都是很常见的地热应用方式。
还可以从地热流体中提取有用的盐类等矿物质资源。
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§9.4.5 海洋温差能的综合开发
海洋温差发电方式中，有一种开式循环系统。 ❖ 以表层的温海水作为工作介质。 ❖ 先用真空泵将循环系统内抽成一定程度的真空，再用温水
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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。
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§9.4 能源的综合开发利用
§9.4.1 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。
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§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？
教学目标
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。
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§9.3.3 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。
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§9.1 互补发电的概念和特点
§9.1.1 互补发电的概念
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。
－安装太阳能热水器，提供生活热水； －安装太阳能空调，调节室内温度； －安装太阳电池板，提供生活用电。
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§9.4.3 综合型潮汐电站
潮汐电站综合利用的附加价值： ❖ 电站的建设，可以促淤围垦，增加农田； ❖ 电站的水库，可以用于蓄水灌溉，保障沿岸农业用水； ❖ 电站水库可创造或改善水产养殖条件； ❖ 电站工程可控制、调节咸淡水进出水量，有利于提高沿岸农
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2114:19:5814:19Oc t-2021- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。14:19:5814:19:5814:19Wednesday, October 21, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2120.10.2114:19:5814:19:58October 21, 2020
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§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。
田灌溉、排涝、防洪标准。 ❖ 水库的水位控制，将低潮位提高，可增大库区航运能力； ❖ 堤坝可结合桥梁和道路修建，改善交通情况。 ❖ 潮汐电站还有可能美化环境，有利于发展旅游事业。 ❖ 电站坝、闸工程还可起挡潮、抗浪、保岸、防坍效用。
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§9.4.4 地热能综合利用
高温地热蒸汽应首先用于发电，并可实现综合利用， 例如进行冷热电三联产。
泵把温海水抽入蒸发器。由于系统内已保持有一定的真空 度，温海水就在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽； ❖ 蒸汽经管道喷出推动蒸汽轮机运转，带动发电机发电。蒸 汽通过汽轮机后，又被冷水泵抽上来的深海冷水所冷却， 凝结成淡化水后排出。 在发电的同时还可以产生大量淡水和化工产品。
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小结
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同步发电机
用户负载 耗能负载
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§9.3.2.2 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。
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（2）燃气轮机热电联产 利用燃气轮机的排气提供热能，对外界供热或制冷。燃气轮机 的排气在余热锅炉中加热水，产生的蒸汽直接作为生产用汽或 居民生活供热。
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（3）核电热电联产 核能安全、洁净又经济，基本上不排出SOx、NOx和COf及烟