專利名稱：一種水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電カ系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體是太陽能與水力聯(lián)合發(fā)電的方法。
背景技術(shù)：
可持續(xù)發(fā)展是本世紀(jì)人類面臨的重大課題。太陽能量巨大，日照地球40分鐘足以滿足全人類一年的能源需求，取之不盡、用之不竭、清潔環(huán)保，不受地域限制。 目前世界各國充分重視開發(fā)新能源和現(xiàn)有能源的合理利用，大力發(fā)展新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)，以緩解化石能源發(fā)電高污染、高耗能問題。太陽能太陽光電或光熱變換發(fā)電裝置得到極大的發(fā)展，各種新能源發(fā)電形式受到廣泛關(guān)注。太陽能發(fā)電裝置需占用巨大土地面積，在耕地資源非常稀缺的情況下，除沙漠以外地區(qū)幾乎不能大規(guī)模建設(shè)。現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置光照能量密度小，發(fā)電效率與季節(jié)、晝夜及陰睛等氣象條件密切相關(guān)，光電、光熱轉(zhuǎn)換效率不高，存在光伏發(fā)電出力不穩(wěn)定，不能連續(xù)在網(wǎng)運(yùn)行的缺陷，年運(yùn)行小時(shí)為1500 2500，由于光照間歇變化造成脫網(wǎng)事故的概率較大，影響了電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻，大規(guī)模應(yīng)用太陽能已成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)瓶頸。電網(wǎng)傳統(tǒng)發(fā)電形式中火電、水電、核電、燃?xì)獾冉y(tǒng)調(diào)發(fā)電機(jī)組有著強(qiáng)大的自動調(diào)節(jié)能力，可吸納部分太陽能、風(fēng)能等間歇能源，但包括家庭太陽能、風(fēng)能在內(nèi)的并網(wǎng)間歇能源發(fā)電機(jī)組不能超過電網(wǎng)總裝機(jī)容量的20%，否則易出現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰事故。大規(guī)模應(yīng)用太陽能、風(fēng)能已成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)瓶頸。見附圖I傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。建設(shè)水電站要淹沒大量土地，而目前水電站建成后巨大的水庫面積幾乎沒有利用，土地資源的利用率很低。水電站年運(yùn)行2500 6000小時(shí)，受季節(jié)影響，枯水期不能連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電，影響電
網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和安全運(yùn)行。中國專利文獻(xiàn)的相關(guān)技術(shù)檢索情況與本發(fā)明ー種水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法相比有以下差異。I、《一種太陽能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)》發(fā)明(申請?zhí)?2134734. 4)，該發(fā)明的技術(shù)方案是通過太陽能轉(zhuǎn)化為熱能生產(chǎn)蒸汽，再用蒸汽驅(qū)動抽水泵抽水蓄能，根據(jù)電網(wǎng)需求由水輪機(jī)組統(tǒng)ー發(fā)電，該技術(shù)經(jīng)太陽能——熱能——蒸汽——抽水泵——水輪機(jī)組多次轉(zhuǎn)換能源形式，能耗損失較大。2、《全方向高效聚光太陽能水電一體化發(fā)電裝置》實(shí)用新型(申請?zhí)?00820185104. 4)是ー種全方向聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng),包括聚光器、太陽能發(fā)電單兀、換熱器。太陽能發(fā)電單元包括安裝于同一換熱器上的若干只串聯(lián)電池片和并網(wǎng)逆變電源，若干只電池片串聯(lián)形成的直流高壓輸出端與并網(wǎng)逆變電源輸入端相連，形成ー個(gè)獨(dú)立整體結(jié)構(gòu)的太陽能發(fā)電單元；若干只串聯(lián)電池片的上方設(shè)有由球形空腔透鏡和聚光漏斗組成的聚光器，將全方向的太陽光聚焦于若干只串聯(lián)的電池片上，換熱器安裝于水箱內(nèi)上部，將換熱器交換的熱水循環(huán)再利用，該技術(shù)未能充分利用巨大的水庫面積，該技術(shù)未解決光伏發(fā)電出力不穩(wěn)定，不能連續(xù)在網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)難題。3、《波形瓦聚光太陽能水電一體化建筑模塊》發(fā)明(申請?zhí)?01010125392. 6)是一種波形瓦聚光太陽能水電一體化建筑模塊，將若干只串聯(lián)電池片安裝于換熱器上，形成獨(dú)立結(jié)構(gòu)的太陽能發(fā)電單元，若干太陽能發(fā)電單元串聯(lián)形成的直流高壓輸出端與并網(wǎng)逆變電源輸入端相連，形成獨(dú)立整體結(jié)構(gòu)的太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，通過波形瓦聚光組件將太陽光線聚焦于若干只串聯(lián)的電池片上，省去太陽光跟蹤器，減少太陽能電池片用量，配套使用散熱系統(tǒng)，熱水循環(huán)利用，與建筑相結(jié)合實(shí)現(xiàn)太陽能熱水和發(fā)電一體化，該技術(shù)是太陽能熱水器和光伏并網(wǎng)發(fā)電的結(jié)合，未解決光伏發(fā)電出力不穩(wěn)定，不能連續(xù)在網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)難題。4、《ー種利用風(fēng)能和太陽能綜合發(fā)電的小水電站發(fā)電裝置》實(shí)用新型(申請?zhí)?00920101784. I)由無桿汽缸、加壓罐、輸氣管、風(fēng)囊、風(fēng)囊支架、單向透氣膜、單向氣閥、太陽能熱水器熱水箱、易汽化的液體箱、活塞、進(jìn)氣ロ、排氣ロ、單向閥、進(jìn)液ロ、排液ロ、回液管、氣壓閥、儲氣(液)罐、氣馬達(dá)、發(fā)電機(jī)構(gòu)成；利用水能、太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化成熱能推動無桿汽缸和風(fēng)囊產(chǎn)生壓縮空氣和水，經(jīng)加壓罐產(chǎn)生高壓，通過氣動馬達(dá)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，該技術(shù)經(jīng)汽缸——加壓罐——太陽能熱水器——液體箱——儲氣(液)罐——?dú)怦R達(dá)——發(fā)電 機(jī)多次轉(zhuǎn)換能源形式，能耗損失較大。5、《一種太陽能水電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備》實(shí)用新型(申請?zhí)?01120171058. 4，)包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)；太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括碟式太陽能聚光系統(tǒng)，將陽光聚焦到其吸收器上，吸收器吸收輻射并加熱循環(huán)流體；低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組，在加熱后的循環(huán)流體驅(qū)動下發(fā)電；雙層主動盤式太陽能海水淡化裝置，其下層引入汽輪機(jī)乏汽對上層的海水加熱；循環(huán)泵，將換熱后的低溫低壓循環(huán)流體泵送到吸收器；海水淡化系統(tǒng)包括海水供水泵，過濾網(wǎng)設(shè)置于海水供水泵入口，將海水泵送到雙層主動式盤式太陽能海水淡化裝置的上層，同時(shí)發(fā)電和進(jìn)行海水淡化。該技術(shù)經(jīng)碟式太陽能聚光系統(tǒng)-吸收器-加熱循環(huán)流體-低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組多次轉(zhuǎn)換能源形式，與本發(fā)明ー種水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法相比，仍未解決太陽能發(fā)電裝置間歇性不穩(wěn)定發(fā)電的難題，而且能耗損失較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供ー種水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法，它可較好地解決太陽能發(fā)電裝置占用巨大土地面積和水力發(fā)電裝置枯水期不能連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電、太陽能發(fā)電裝置間歇性不穩(wěn)定發(fā)電的問題。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是利用水電站水庫設(shè)置水面太陽能發(fā)電裝置，太陽能發(fā)電裝置發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電，經(jīng)太陽能發(fā)電裝置的升壓變壓器升壓后并入聯(lián)合發(fā)電發(fā)電裝置出口母線，通過集中控制室控制水輪發(fā)電機(jī)組，使太陽能發(fā)電裝置與水輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)合發(fā)電，再經(jīng)主變壓器送電網(wǎng)變電站。太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組分別設(shè)置有關(guān)ロ電量表進(jìn)行分別計(jì)量，通過集中控制室AGC (自動發(fā)電裝置)來控制水輪發(fā)電機(jī)組，在水量及陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)發(fā)電，這時(shí)通過集中控制室控制水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻要求；枯水季節(jié)陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置優(yōu)先發(fā)電，水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)蓄水，陽光缺失時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，平衡缺失的太陽能電量；水輪發(fā)電機(jī)組停運(yùn)時(shí)太陽能發(fā)電裝置供發(fā)電系統(tǒng)廠用電備用電源。太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組分別設(shè)置有關(guān)ロ電量表分別計(jì)量，通過集中控制室AGC (自動發(fā)電裝置)來控制水輪發(fā)電機(jī)組，在水量及陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)發(fā)電，這時(shí)通過集中控制室控制水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻要求；枯水季節(jié)陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置優(yōu)先發(fā)電，水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)蓄水，陽光缺失時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，以平衡缺失的太陽能電量；水輪發(fā)電機(jī)組停運(yùn)時(shí)太陽能發(fā)電裝置供發(fā)電系統(tǒng)廠用電備用電源。本發(fā)明的有益效果如下。①面積巨大的水庫水面在水電站建成后得到了利用，太陽能與水力發(fā)電裝置聯(lián)合 發(fā)電解決了兩種發(fā)電裝置土地問題的出路，若建設(shè)3000萬千瓦太陽能與水電聯(lián)合發(fā)電站，可節(jié)省耕地占用費(fèi)360億元(3萬元/畝，I萬千瓦太陽能發(fā)電裝置覆蓋水面面積400畝)。
②通過集中控制室AGC (自動發(fā)電控制裝置)控制水輪發(fā)電機(jī)組與太陽能發(fā)電裝置聯(lián)合調(diào)度發(fā)電，利用同一送出線路向電網(wǎng)供電，太陽能、水電的發(fā)電特點(diǎn)得到充分發(fā)揮，可實(shí)現(xiàn)送出電量的平衡穩(wěn)定，使聯(lián)合發(fā)電站能夠安全運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻發(fā)電要求，使大規(guī)模應(yīng)用太陽能成為了可能。③太陽能水電聯(lián)合調(diào)度，用同一送出線路向電網(wǎng)供電的發(fā)電技術(shù)，每個(gè)項(xiàng)目可以節(jié)約送出線路重復(fù)投資5千萬元以上；太陽能水力聯(lián)合發(fā)電光水互補(bǔ)，枯水季節(jié)太陽能發(fā)電時(shí)水輪發(fā)電機(jī)可停機(jī)蓄水儲能，雨季白天太陽能少發(fā)，水能多發(fā)，用這種方式每個(gè)水力發(fā)電站可以多增加利用小時(shí)1000以上。④本發(fā)明提出的太陽能水電聯(lián)合發(fā)電技術(shù)對中國ニ氧化碳減排意義重大，中國高碳能源結(jié)構(gòu)中電カ70%-80%以煤為燃料，每I千瓦時(shí)電量產(chǎn)生ニ氧化碳860克，2010年全國排放ニ氧化碳28. 62億噸，若建設(shè)3000萬千瓦太陽能水力聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，太陽能發(fā)電裝置2000利用小時(shí)可發(fā)電600億千瓦時(shí)，減排ニ氧化碳0. 516億噸；3萬億千瓦水力發(fā)電裝置增加1000利用小時(shí)可發(fā)電3000億千瓦時(shí)，減排ニ氧化碳2. 58億噸。⑤I萬千瓦太陽能發(fā)電裝置覆蓋水面面積0. 2664km2(400畝)，本發(fā)明提出的太陽能水電聯(lián)合發(fā)電技術(shù)減少了水庫水面蒸發(fā)，提高了水資源利用率，若建設(shè)3000萬千瓦太陽能水力聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，按云南年平均蒸發(fā)量IOOOmm計(jì)算，毎年可減少8億噸水的蒸發(fā)，按5立方/I千瓦時(shí)水耗計(jì)算，可増加水力發(fā)電I. 65億度電。


圖I是傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的原理不意圖。圖2是本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)流程示意圖。具體實(shí)現(xiàn)方式
參見圖2，利用水電站水庫水面設(shè)置大容量太陽能發(fā)電裝置，將多個(gè)太陽能發(fā)電裝置發(fā)出的直流電分組集中匯入逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電，通過太陽能升壓變壓器經(jīng)關(guān)ロ電量表并入發(fā)電裝置出口母線，水輪發(fā)電機(jī)組和太陽能發(fā)電裝置設(shè)置關(guān)ロ電量表分別計(jì)量電量，經(jīng)主變壓器升壓送入電網(wǎng)。通過水輪發(fā)電機(jī)組AGC(自動發(fā)電控制)裝置實(shí)施太陽能發(fā)電裝置與水輪發(fā)電機(jī)聯(lián)合發(fā)電。這種發(fā)電方式提高了聯(lián)合電站的發(fā)電能力，不會增加電網(wǎng)的短路容量，可避免逆變側(cè)網(wǎng)絡(luò)故障沖擊發(fā)電機(jī)，滿足電カ系統(tǒng)潮流分布、繼電保護(hù)和無功控制要求。通過集中控制室控制太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，在水量及陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)發(fā)電，這時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組可投入AGC (自動發(fā)電控制)裝置，滿足電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻要求；枯水季節(jié)陽光充足時(shí)太陽能發(fā)電裝置優(yōu)先發(fā)電，水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)蓄水，陽光缺失時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，平衡缺失的太陽能電量。水輪發(fā)電機(jī)組停運(yùn)時(shí)太陽能發(fā)電裝置供發(fā)電系統(tǒng)廠用電備用電源。本方法將太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)聯(lián)合調(diào)度，將光伏、光熱發(fā)電間歇發(fā)電，枯水季節(jié)水力發(fā)電機(jī)組不能連續(xù)在網(wǎng)運(yùn)行的缺陷平衡在相對穩(wěn)定狀態(tài)，在聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)電量的平衡穩(wěn)定送出，滿足電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻要求，在增加枯水季節(jié)水力發(fā)電能力的同時(shí)，為大規(guī)模利用太陽能創(chuàng)造條件。
上述流程圖僅僅是為清楚地說明所作的實(shí)現(xiàn)方式，而并非對實(shí)現(xiàn)方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變 動，這里不再對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.ー種水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法，其特征在于利用水電站水庫設(shè)置水面太陽能發(fā)電裝置，太陽能發(fā)電裝置發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電，經(jīng)太陽能發(fā)電裝置的升壓變壓器升壓后并入聯(lián)合發(fā)電發(fā)電裝置出口母線，通過集中控制室控制水輪發(fā)電機(jī)組，使太陽能發(fā)電裝置與水輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)合發(fā)電，再經(jīng)主變壓器送電網(wǎng)變電站。
2.按權(quán)利要求I所述的水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法，其特征在于太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組分別設(shè)置有關(guān)ロ電量表進(jìn)行分別計(jì)量，通過集中控制室來控制水輪發(fā)電機(jī)組，在水量及陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置和水輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)發(fā)電，這時(shí)通過集中控制室控制水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻要求；枯水季節(jié)陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)電裝置優(yōu)先發(fā)電，水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)蓄水，陽光缺失時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，平衡缺失的太陽能電量；水輪發(fā)電機(jī)組停運(yùn)時(shí)太陽能發(fā)電裝置供發(fā)電系統(tǒng)廠用電備用電源。
全文摘要
一種水面太陽能水力聯(lián)合發(fā)電方法。本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體是太陽能與水力聯(lián)合發(fā)電的方法。本發(fā)明提出利用水電站水庫設(shè)置水面太陽能發(fā)電裝置，太陽能發(fā)電裝置發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電，經(jīng)太陽能發(fā)電裝置的升壓變壓器升壓后并入聯(lián)合發(fā)電發(fā)電裝置出口母線，通過集中控制室控制水輪發(fā)電機(jī)組，使太陽能發(fā)電裝置與水輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)合發(fā)電，再經(jīng)主變壓器送電網(wǎng)變電站。本發(fā)明的方法簡單易行，較好地解決太陽能發(fā)電裝置占用巨大土地面積和水力發(fā)電裝置枯水期不能連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電、太陽能發(fā)電裝置間歇性不穩(wěn)定發(fā)電的問題。
文檔編號H02J3/38GK102655331SQ20121011608
公開日2012年9月5日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者孟利平, 朱永平, 饒民 申請人:朱永平