清洁（可再生）能源综合发电技术综述

龚国平　上海电力股份公司

清洁（可再生）能源综合发电技术综述

龚国平上海电力股份公司

简单介绍了国家能源发展“十二五”规划中可再生能源的发展的规划。概述了水力，风力，太阳能和生物质技术及其联合发电技术。

国家能源发展“十二五”规划第三章中指出，要加大国内能源资源开发力度，大力发展非化石能源，培育新的能源供应增长点。明确指出要积极有序发展水力水电。到2015年，全国常规水电站与抽水蓄能水电站装机总量分别达到2.6亿kW和3000万kW；要安全高效发展核电，到2015年运行和在建装机量分别达到4 000万kW和1800kW；要加快发展风能等其他可再生能源，到2015年风能发电装机容量达到1亿kW，太阳能发电装机容量达到2 100万kW，生物质发电达到1300万kW（其中生活垃圾发电达到300万kW）。根据有关报道，我国可再生能源发电容量占电力系统装机的比例至2020年要达到16%，至2030年达到20%，至2050年达到30%。我国的清洁（可再生）能源的发展前景在未来仍然具有极大的潜力，由于我国的电力系统装机总量巨大，未来可再生能源发电的装机量将十分可观。

然而，可再生能源由于其自身发电技术特性中存在的诸多限制因素，单一发展存在一定的限制因素。因此，多种可再生能源联合互补发电成为了国内可再生能源发展的主要方向。针对多种可再生能源互补联合发电技术的研究是目前我国能源结构调整、环境保护以及可持续发展的重要战略措施。本文对各种清洁（可再生）能源发电技术作一简介。

1　发电技术概述

1.1风力发电技术

风能作为一种永不枯竭的可再生清洁资源正越来越多的收到人们的关注。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电系统的组成部件包括风轮、调向器、限速安全机构、传动装置、发电装置、塔架及附属部件等。风力发电系统的工作原理是：风轮在风力的作用下进行旋转，实现了把风的动能转变成为风轮轴的机械能；发电机在风轮轴的带动下的旋转，实现了机械能到电能的转变。

1.2小水电发电技术

小水电是指任何小规模的装机容量在10 MW以下的水电站。这样的水电设施由形成水库并将水引到涡轮机的水坝，水路和引水渠组成，水电站主要由小水库、水轮机发电机房、输水管、阀门、水电站内多种辅机以及相关厂内设备组成。

小水电发电技术主要是依靠水轮机的能量转化来实现的。即通过水轮机来实现由水能向机械能转化的这一过程。具体工作方式为水轮机的正常工作运转带动发电机或其他系统设施、设备等，进而就实现了能量的转化。

1.3太阳能发电技术

太阳能发电技术的原理是通过光伏阵列将太阳能转变为电能。太阳能发电系统主要可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。独立光伏电站包括偏远山区的农村供电系统、太阳能户用电源供电系统、通信信号电源系统、太阳能路灯设施等各种带有蓄电池可进行独立运行发电的光伏发电系统。并网光伏发电系统指的是与电网相连并向电网馈送电能的光伏发电系统，这种形式的系统一般要求具备由应急电源功能以及作为可调度的调峰电源使用，因此一般不带有储能蓄电池装置。

1.4生物质能发电技术

生物质发电主要是利用农业、林业、工业废弃物以及城市固体废物、动物粪便等生物质能为燃料，通过将生物质能直接燃烧或转化为可燃气体后燃烧，产生热量进行发电的技术。按照所使用燃料的不同，生物质能发电可分为农林生物质发电、垃圾发电和沼气发电3类；按照其生产技术的不同，生物质能发电又可以分为生物质能直接燃烧发电、气化发电、沼气发电以及与煤混合燃烧发电等技术。

2　联合发电技术综述

2.1风光互补联合发电系统

风光互补联合发电技术的工作原理为利用控制器将太阳能电池方阵和风力发电机发出的交流电转化为直流电，存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池中储存的直流电转化为交流电，通过输电线路送到用户负载处。一般来说风能与太阳能在季节上有较大的互补性，即冬天风大而阳光弱，夏天风小而阳光强。

风光互补联合发电系统的构成见图1，它主要由太阳能电池方阵、风力发电机组、控制器、蓄电池、逆变器等部分组成。在风里达到一定的风速时，风力发电机组将风能转换为交流形式的电能，但由于风能自身的发电特性，其所产生的交流电压不太稳定，所以所发电能必须通过整流器的整流作用，从而给蓄电池充电。光伏电池方阵由若干太阳能电池板串联合并构成，其作用是将太阳能直接转换成为直流形式的电能，并向蓄电池充电。系统中，蓄电池担当着储存和调节电能的作用，当风力很大或者日照充足导致产生的电能过剩时，蓄电池就将多余的电能储存起来；当负载用电量增加或者系统发电量不足时，蓄电池就会向负载外送补充电能。

2.2风水互补发电系统

风水互补发电系统即是将风力发电系统和水利发电系统进行有机的结合与调度。当风力发电厂的出力进行随机波动时，水电站可以快速的调节发电机的出力，以适应调节对风电出力进行补偿。通过对风能资源和水能资源合理的规划与统筹，以及结合用电当地的地方电网实际情况，优化选择合理的电源配备容量，即可以实现风能与水能这两种绿色能源的合理互补，从而充分发挥2种可再生能源的优势。风水互补发电系统既克服了风力发电存在的间歇性和不稳定性问题，又避免水能资源在枯水季节不能满足系统用户电力需求的问题。

2.3光生（物质）联合发电系统

光生联合发电技术是将太阳能发电系统与生物质能发电系统优化集成为联合互补的热力发电系统。整个系统一般包括生物质能循环流化床锅炉系统、太阳能集热转化系统和汽轮机发电系统3个子系统。在有太阳光照射的情况下，太阳能集热转化系统和生物质能循环流化床燃烧锅炉是同时联合运行的；在没有太阳光照的情况下，系统会切断太阳能热吸收转化系统的供水管路，此时生物质循环流化床燃烧锅炉将独立运行，带动汽轮机发电系统进行发电。

图1　风光互补联合发电系统结构示意图

目前主要有以下3种太阳能发电系统与生物质能发电系统联合运行方式。

（1）槽式太阳能热发电与生物质能发电的联合

该方式系统组成：槽式太阳能集热器、换热系统、生物质锅炉燃烧系统、低温过热器、蒸汽混合器、高温过热器、汽轮发电系统。其工作原理：冷导热油在太阳能集热器中被不断加热到较高的温度，然后通过换热系统将热量传给锅炉给水；锅炉给水吸收热量后变成饱和蒸汽流入到生物质能循环流化床燃烧锅炉的蒸汽混合器中，混合均匀后进入过热器，最终过热蒸汽进入汽轮发电系统做功发电。当夜间太阳能吸收转化系统，此时生物质能循环流化床锅炉系统与汽轮机发电系统独立运行发电。

（2）塔式太阳能发电与生物质能发电的联合

该运行方式系统在有太阳光照时，启动塔式太阳能集热转换系统，待塔式太阳能集热转换系统的出口蒸汽参数与生物质能锅炉相匹配后，系统将与生物质能锅炉并汽，实现太阳能集热转换系统与生物质能锅炉并列运行，太阳能发电系统与生物质锅炉系统使用同一套汽机发电系统。

（3）槽式-塔式太阳能热发电与生物质能发电联合

该运行方式系统包括槽式太阳能集热转化系统、塔式太阳能集热转化系统、生物质锅炉系统以及汽轮发电系统。给水经槽式太阳能系统换热器，然后经塔式太阳能系统的换热器，待蒸汽参数与生物质能锅炉出口蒸汽相匹配后，与生物质能锅炉并汽，实现太阳能集热转换系统与生物质能锅炉并列运行，太阳能热发电系统与生物质锅炉系统使用同一套汽机发电系统。

2.4风光生互补发电系统结构

风光生互补发电系统一般分为产生环节，能量存储环节和能量消耗环节。能量的产生环节主要是太阳能发电和风力发电，当电力不足或者需要更大功率输出时再启动生物质能发电系统。在系统中引入蓄电池的作用就是调节能量供应和需求的平衡性。能量消耗环节主要是供应各种负载，蓄电池组经过串联或并联之后输出的直流电可以直接供应某些直流负载，而交流负载则需要在电路中加入逆变器。

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