1、教學(xué)目標(biāo)9 互補(bǔ)發(fā)電與綜合利用關(guān)注的問題什么是互補(bǔ)發(fā)電？互補(bǔ)發(fā)電能否解決可再生新能源的間歇性和波動(dòng)性問題？什么是綜合利用？各種新能源怎樣進(jìn)行綜合利用？了解互補(bǔ)發(fā)電的概念和特點(diǎn)；了解常見的互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)；了解能源綜合利用的概念和方式；理解互補(bǔ)發(fā)電與綜合利用的意義和發(fā)展前景。1新能源發(fā)電技術(shù)有多樣性，而且其變化規(guī)律不同，多種電源聯(lián)合運(yùn)行，各種發(fā)電方式在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)互為補(bǔ)充，通過其協(xié)調(diào)配合來提供穩(wěn)定可靠的、質(zhì)量合格的電力，這就是互補(bǔ)發(fā)電，既提高可再生能源的可靠性，也可提高能源的綜合利用率。9.1 互補(bǔ)發(fā)電的概念和特點(diǎn)9.1.1 互補(bǔ)發(fā)電的概念29.1.2 互補(bǔ)發(fā)電的特點(diǎn)（1）可再生能源既可充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，

2、又能克服本身不足。取自天然、分布廣泛、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)仍能體現(xiàn)，季節(jié)性、氣候性變動(dòng)造成的能量波動(dòng)，可以改善。 （2）對(duì)多種能源協(xié)調(diào)利用，可提高能源的綜合利用率。（3）電源供電質(zhì)量的提高，對(duì)補(bǔ)償設(shè)備的要求降低。單一發(fā)電，波動(dòng)和間歇明顯，需大量?jī)?chǔ)能或補(bǔ)償裝置；互補(bǔ)運(yùn)行，會(huì)因相互抵消，降低儲(chǔ)能或補(bǔ)償要求。39.1.2 互補(bǔ)發(fā)電的特點(diǎn)（4）合理的布局和配置，可充分利用土地和空間。可在有限的面積和空間內(nèi)最大限度地獲取能源。獲取相同能量，需占用的土地和空間可大大減少。（5）共用送變電設(shè)備和人員，可降低成本，提高運(yùn)行效率。多個(gè)分散電源統(tǒng)一輸配和集中管理，可共用設(shè)備和人員，減少建設(shè)和運(yùn)行成本?？偟陌l(fā)電能力增加，

3、可降低平均運(yùn)行維護(hù)成本。49.2 風(fēng)能太陽能互補(bǔ)發(fā)電9.2.1 風(fēng)-光互補(bǔ)的基礎(chǔ)我國(guó)屬季風(fēng)氣候區(qū)，很多地區(qū)風(fēng)能和太陽能有天然的季節(jié)互補(bǔ)性（分析具體情況），適合采用風(fēng)-光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。在一些邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)，風(fēng)能資源豐富，且太陽能資源充足，聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行是解決供電問題的有效途徑。應(yīng)根據(jù)用電情況和資源條件進(jìn)行容量的合理配置，可共用儲(chǔ)能裝置和供電線路等。59.2.2 風(fēng)-光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，一般由風(fēng)電機(jī)組、光伏電池組、儲(chǔ)能裝置、電力變換裝置、直流母線及控制器等部分構(gòu)成，向各種直流或交流用電負(fù)載供電。6風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電和儲(chǔ)能配置，應(yīng)考慮：負(fù)荷的用電量及其變化規(guī)律；蓄電池的能量損

4、失和使用壽命；太陽能和風(fēng)能的資源情況。根據(jù)風(fēng)力和陽光的變化情況，有三種可能的運(yùn)行模式：風(fēng)電機(jī)組單獨(dú)向負(fù)載供電；光伏電池單獨(dú)向負(fù)載供電；風(fēng)電機(jī)組和光伏電池聯(lián)合向負(fù)載供電。79.2.3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與單獨(dú)風(fēng)電或光伏相比，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電有以下優(yōu)點(diǎn)：利用資源的互補(bǔ)性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性；保證同樣供電時(shí)，可大大減少儲(chǔ)能蓄電池的容量；很少或基本不用啟動(dòng)備用電源（如柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組）等，可獲得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)光互補(bǔ)是對(duì)二者的綜合利用，對(duì)太陽能和風(fēng)資源要求都低一些，受自然條件的限制較少，應(yīng)用地域范圍更廣。8典型實(shí)例（詳見教材）中國(guó)之最：第一個(gè)并網(wǎng)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電

5、系統(tǒng)實(shí) 例 2：葉貢多寄宿小學(xué)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。實(shí) 例 3：西藏單機(jī)容量最大的風(fēng)-光互補(bǔ)發(fā)電站。9小容量的風(fēng)光互補(bǔ)式路燈109.3 其它互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)9.3.1 風(fēng)能水力互補(bǔ)發(fā)電“三北”等內(nèi)陸風(fēng)區(qū)，多為冬春風(fēng)大、夏秋風(fēng)小，與夏秋豐水、冬春枯水的水資源正好互補(bǔ)。 可避免在枯水季節(jié)水力發(fā)電量不足的問題； 可通過共用輸配電設(shè)備節(jié)省建設(shè)投資； 是比較經(jīng)濟(jì)有效的大規(guī)模利用方式。風(fēng)-水互補(bǔ)發(fā)電特點(diǎn)119.3.2 風(fēng)、光柴油機(jī)互補(bǔ)應(yīng)用目前，在很多邊遠(yuǎn)或孤立地區(qū)，柴油發(fā)電機(jī)組是提供必要生活和生產(chǎn)用電的常用發(fā)電設(shè)備。柴油價(jià)格高，運(yùn)輸不便，有時(shí)還供應(yīng)緊張，因而柴油機(jī)發(fā)電的成本很高，往往還不能保證電力供應(yīng)的可靠性。

6、在這些邊遠(yuǎn)地區(qū)，尤其是高山和海島，往往太陽能和風(fēng)能資源比較豐富，可以因地制宜地實(shí)現(xiàn)與柴油機(jī)聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行。風(fēng)柴互補(bǔ)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 投資回報(bào)率高，節(jié)油效果明顯(30%以上) 規(guī)模小，見效快 穩(wěn)定性好；129.3.2.1 風(fēng)力柴油機(jī)互補(bǔ)應(yīng)用風(fēng)柴并聯(lián)運(yùn)行，是風(fēng)電和柴油發(fā)電最簡(jiǎn)單的結(jié)合方式?？梢越档筒裼蜋C(jī)的平均負(fù)載，從而節(jié)省燃料。13一種改進(jìn)方案，在柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)之間加一個(gè)飛輪和電磁離合器，來控制柴油機(jī)是否投入，以有效提高節(jié)油率。在運(yùn)行中不僅彌補(bǔ)了風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性，而且能最大限度地節(jié)約柴油并減少對(duì)環(huán)境的污染。149.3.2.2 光伏柴油機(jī)互補(bǔ)應(yīng)用光伏柴油混合發(fā)電系統(tǒng)也有投資率高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)逆變電源要求較高

7、：（1）要求具有較高的效率，以提高系統(tǒng)效率。（2）要求具有較高的可靠性。（3）要求逆變電源的輸出應(yīng)為良好的正弦波。（4）要求直流輸入電壓適應(yīng)范圍寬。159.3.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)燃料電池互補(bǔ)發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較完善，效率較高，且氮化物、CO等污染物的排放量很少。高溫燃料電池與燃?xì)廨啓C(jī)的工作溫度相匹配，組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)具有更高的效率。商用的已可高達(dá)60%75%，是目前礦物燃料動(dòng)力發(fā)電技術(shù)中效率最高的。燃料電池與微型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合發(fā)電，有非常好的發(fā)展前景。169.4 能源的綜合開發(fā)利用9.4.1 冷熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）就是熱和電兩種形式的能量聯(lián)合生產(chǎn)，一般是在發(fā)電的同時(shí)將剩余的熱量回收，

8、用于供熱、供暖等，以提高能源的綜合利用率。冷熱電三聯(lián)產(chǎn)（CCHP）是指熱、電、冷三種不同形式能量的聯(lián)合生產(chǎn)，是在熱電聯(lián)產(chǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。17典型冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)一般包括：動(dòng)力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)（供電）、余熱回收裝置（供熱）、制冷系統(tǒng)（供冷）等。燃料燃燒產(chǎn)生的熱能首先通過汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等熱工轉(zhuǎn)換設(shè)備發(fā)電，做功之后的余熱，冬季直接向用戶供熱，夏季利用消耗熱能的制冷機(jī)組向用戶供冷。其能量利用效率比一般的熱電聯(lián)產(chǎn)更高。18根據(jù)能源及熱力原動(dòng)機(jī)型式，熱電聯(lián)產(chǎn)可以分為：蒸汽輪機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)、核電熱電聯(lián)產(chǎn)、內(nèi)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)。（1）蒸汽輪機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)用的是化石燃料，通過汽輪機(jī)產(chǎn)生電能并對(duì)外供熱，這是聯(lián)

9、產(chǎn)集中供熱的最主要形式。對(duì)外同時(shí)供熱和發(fā)電的蒸汽輪機(jī)稱為供熱式汽輪機(jī)，裝有供熱式汽輪機(jī)的發(fā)電廠稱為熱電廠。 19（2）燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣提供熱能，對(duì)外界供熱或制冷。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣在余熱鍋爐中加熱水，產(chǎn)生的蒸汽直接作為生產(chǎn)用汽或居民生活供熱。20（3）核電熱電聯(lián)產(chǎn)核能安全、潔凈又經(jīng)濟(jì)，基本上不排出SOx、NOx和COf及煙塵等，在熱電聯(lián)產(chǎn)方面已出現(xiàn)發(fā)展核能熱電廠的新趨勢(shì)。（4）內(nèi)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置成本低，啟動(dòng)容易，適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)下可靠性高，負(fù)荷跟隨性能良好。非常適合于作為備用、尖峰和中間負(fù)荷的電源。 21冷熱電聯(lián)產(chǎn)的主要應(yīng)用領(lǐng)域（1）工業(yè)領(lǐng)域：主要是水泥、造紙、制藥等本

10、身的工藝過程就需要一定數(shù)量和參數(shù)的蒸汽的制造業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)電和節(jié)能的目的。（2）城市：主要是建設(shè)規(guī)模較大的“城市能源心”，通過地下管道向市區(qū)重要建筑物供熱、供冷和供電。（3）民用場(chǎng)合：如在高層住宅、賓館、醫(yī)院、體育場(chǎng)館等各種建筑和場(chǎng)所。22冷熱電聯(lián)產(chǎn)的應(yīng)用美國(guó)從1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，正研究高效利用能源資源的小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)。 1980s，日本對(duì)區(qū)域供熱和制冷的需求增長(zhǎng)了一倍，在東京等許多城市都出現(xiàn)了冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。 到2003年，中國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)情況，供熱設(shè)備容量3萬MW，年供熱量20108GJ；平均供熱廠用電率7.1kWh/GJ。6000kW及以上供熱機(jī)組占

11、同容量火電裝機(jī)總?cè)萘康?0%。 23世界之最和中國(guó)之最世界最早的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)1938年世界最大的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)韓國(guó)歐洲最早的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)1998年中國(guó)最早的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)1992年249.4.2 太陽能房太陽能房是綜合利用太陽能光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等過程，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的和被動(dòng)的太陽能利用的節(jié)能建筑。安裝太陽能熱水器，提供生活熱水；安裝太陽能空調(diào)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；安裝太陽電池板，提供生活用電。25潮汐電站綜合利用的附加價(jià)值：電站的建設(shè)，可以促淤圍墾，增加農(nóng)田；電站的水庫，可以用于蓄水灌溉，保障沿岸農(nóng)業(yè)用水；電站水庫可創(chuàng)造或改善水產(chǎn)養(yǎng)殖條件；電站工程可控制、調(diào)節(jié)咸淡水進(jìn)出水量，有利于提高沿岸農(nóng)

12、田灌溉、排澇、防洪標(biāo)準(zhǔn)。水庫的水位控制，將低潮位提高，可增大庫區(qū)航運(yùn)能力；堤壩可結(jié)合橋梁和道路修建，改善交通情況。潮汐電站還有可能美化環(huán)境，有利于發(fā)展旅游事業(yè)。電站壩、閘工程還可起擋潮、抗浪、保岸、防坍效用。9.4.3 綜合型潮汐電站26高溫地?zé)嵴羝麘?yīng)首先用于發(fā)電，并可實(shí)現(xiàn)綜合利用，例如進(jìn)行冷熱電三聯(lián)產(chǎn)。用于發(fā)電后溫度有所降低的地?zé)崃黧w可用于采暖、供熱或提供熱水，都是很常見的地?zé)釕?yīng)用方式。還可以從地?zé)崃黧w中提取有用的鹽類等礦物質(zhì)資源。9.4.4 地?zé)崮芫C合利用27海洋溫差發(fā)電方式中，有一種開式循環(huán)系統(tǒng)。以表層的溫海水作為工作介質(zhì)。先用真空泵將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)抽成一定程度的真空，再用溫水泵把溫海水抽入蒸發(fā)器。由于系統(tǒng)內(nèi)已保持有一定的真空度，溫海水就在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰蒸發(fā)，變?yōu)檎羝?；蒸汽?jīng)管道噴出推動(dòng)蒸汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。蒸汽通過汽輪機(jī)后，又被冷水泵抽上來的深海冷水所冷卻，凝結(jié)成淡化水后排出。在發(fā)