清潔（可再生）能源綜合發電技術綜述

龔國平　上海電力股份公司

清潔（可再生）能源綜合發電技術綜述

龔國平上海電力股份公司

簡單介紹了國家能源發展“十二五”規劃中可再生能源的發展的規劃。概述了水力，風力，太陽能和生物質技術及其聯合發電技術。

國家能源發展“十二五”規劃第三章中指出，要加大國內能源資源開發力度，大力發展非化石能源，培育新的能源供應增長點。明確指出要積極有序發展水力水電。到2015年，全國常規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；要加快發展風能等其他可再生能源，到2015年風能發電裝機容量達到1億kW，太陽能發電裝機容量達到2 100萬kW，生物質發電達到1300萬kW（其中生活垃圾發電達到300萬kW）。根據有關報道，我國可再生能源發電容量占電力系統裝機的比例至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）能源的發展前景在未來仍然具有極大的潛力，由于我國的電力系統裝機總量巨大，未來可再生能源發電的裝機量將十分可觀。

然而，可再生能源由于其自身發電技術特性中存在的諸多限制因素，單一發展存在一定的限制因素。因此，多種可再生能源聯合互補發電成為了國內可再生能源發展的主要方向。針對多種可再生能源互補聯合發電技術的研究是目前我國能源結構調整、環境保護以及可持續發展的重要戰略措施。本文對各種清潔（可再生）能源發電技術作一簡介。

1　發電技術概述

1.1風力發電技術

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注。把風能轉變為電能是風能利用中最基本的一種方式。風力發電系統的組成部件包括風輪、調向器、限速安全機構、傳動裝置、發電裝置、塔架及附屬部件等。風力發電系統的工作原理是：風輪在風力的作用下進行旋轉，實現了把風的動能轉變成為風輪軸的機械能；發電機在風輪軸的帶動下的旋轉，實現了機械能到電能的轉變。

1.2小水電發電技術

小水電是指任何小規模的裝機容量在10 MW以下的水電站。這樣的水電設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、水輪機發電機房、輸水管、閥門、水電站內多種輔機以及相關廠內設備組成。

小水電發電技術主要是依靠水輪機的能量轉化來實現的。即通過水輪機來實現由水能向機械能轉化的這一過程。具體工作方式為水輪機的正常工作運轉帶動發電機或其他系統設施、設備等，進而就實現了能量的轉化。

1.3太陽能發電技術

太陽能發電技術的原理是通過光伏陣列將太陽能轉變為電能。太陽能發電系統主要可分為獨立光伏發電系統和并網光伏發電系統。獨立光伏電站包括偏遠山區的農村供電系統、太陽能戶用電源供電系統、通信信號電源系統、太陽能路燈設施等各種帶有蓄電池可進行獨立運行發電的光伏發電系統。并網光伏發電系統指的是與電網相連并向電網饋送電能的光伏發電系統，這種形式的系統一般要求具備由應急電源功能以及作為可調度的調峰電源使用，因此一般不帶有儲能蓄電池裝置。

1.4生物質能發電技術

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

2　聯合發電技術綜述

2.1風光互補聯合發電系統

風光互補聯合發電技術的工作原理為利用控制器將太陽能電池方陣和風力發電機發出的交流電轉化為直流電，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。

風光互補聯合發電系統的構成見圖1，它主要由太陽能電池方陣、風力發電機組、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，風力發電機組將風能轉換為交流形式的電能，但由于風能自身的發電特性，其所產生的交流電壓不太穩定，所以所發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合并構成，其作用是將太陽能直接轉換成為直流形式的電能，并向蓄電池充電。系統中，蓄電池擔當著儲存和調節電能的作用，當風力很大或者日照充足導致產生的電能過剩時，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發電量不足時，蓄電池就會向負載外送補充電能。

2.2風水互補發電系統

風水互補發電系統即是將風力發電系統和水利發電系統進行有機的結合與調度。當風力發電廠的出力進行隨機波動時，水電站可以快速的調節發電機的出力，以適應調節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劃與統籌，以及結合用電當地的地方電網實際情況，優化選擇合理的電源配備容量，即可以實現風能與水能這兩種綠色能源的合理互補，從而充分發揮2種可再生能源的優勢。風水互補發電系統既克服了風力發電存在的間歇性和不穩定性問題，又避免水能資源在枯水季節不能滿足系統用戶電力需求的問題。

2.3光生（物質）聯合發電系統

光生聯合發電技術是將太陽能發電系統與生物質能發電系統優化集成為聯合互補的熱力發電系統。整個系統一般包括生物質能循環流化床鍋爐系統、太陽能集熱轉化系統和汽輪機發電系統3個子系統。在有太陽光照射的情況下，太陽能集熱轉化系統和生物質能循環流化床燃燒鍋爐是同時聯合運行的；在沒有太陽光照的情況下，系統會切斷太陽能熱吸收轉化系統的供水管路，此時生物質循環流化床燃燒鍋爐將獨立運行，帶動汽輪機發電系統進行發電。

圖1　風光互補聯合發電系統結構示意圖

目前主要有以下3種太陽能發電系統與生物質能發電系統聯合運行方式。

（1）槽式太陽能熱發電與生物質能發電的聯合

該方式系統組成：槽式太陽能集熱器、換熱系統、生物質鍋爐燃燒系統、低溫過熱器、蒸汽混合器、高溫過熱器、汽輪發電系統。其工作原理：冷導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能循環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電系統做功發電。當夜間太陽能吸收轉化系統，此時生物質能循環流化床鍋爐系統與汽輪機發電系統獨立運行發電。

（2）塔式太陽能發電與生物質能發電的聯合

該運行方式系統在有太陽光照時，啟動塔式太陽能集熱轉換系統，待塔式太陽能集熱轉換系統的出口蒸汽參數與生物質能鍋爐相匹配后，系統將與生物質能鍋爐并汽，實現太陽能集熱轉換系統與生物質能鍋爐并列運行，太陽能發電系統與生物質鍋爐系統使用同一套汽機發電系統。

（3）槽式-塔式太陽能熱發電與生物質能發電聯合

該運行方式系統包括槽式太陽能集熱轉化系統、塔式太陽能集熱轉化系統、生物質鍋爐系統以及汽輪發電系統。給水經槽式太陽能系統換熱器，然后經塔式太陽能系統的換熱器，待蒸汽參數與生物質能鍋爐出口蒸汽相匹配后，與生物質能鍋爐并汽，實現太陽能集熱轉換系統與生物質能鍋爐并列運行，太陽能熱發電系統與生物質鍋爐系統使用同一套汽機發電系統。

2.4風光生互補發電系統結構

風光生互補發電系統一般分為產生環節，能量存儲環節和能量消耗環節。能量的產生環節主要是太陽能發電和風力發電，當電力不足或者需要更大功率輸出時再啟動生物質能發電系統。在系統中引入蓄電池的作用就是調節能量供應和需求的平衡性。能量消耗環節主要是供應各種負載，蓄電池組經過串聯或并聯之后輸出的直流電可以直接供應某些直流負載，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