独家基于多能互补的综合能源利用技术概述.doc

独家基于多能互补的综合能源利用技术概述 引言 随着我国社会的快速发展和人民生活水平的提高，各行各业对能源的需求越来越大，对能源供应的品质要求也越来越高。而传统化石能源大规模使用带来的环境污染和全球气候变暖的压力也日益加大，且随着全球能源需求的不断增长，化石能源还将面临短缺和枯竭的问题。为了满足能源可持续发展的目标，可再生能源的开发利用已逐渐成为当前能源领域的研究热点和重要发展方向。 可再生能源，如太阳能、风能、地热能和生物质能等，一方面具有绿色环保、取之不尽的优点，另一方面也存在着波动较大、随机性强的弊端。在近期技术水平条件下，单一采用某一种可再生能源供能会在发电并网和满足用户负荷需求等方面遇到诸多挑战。而采用多能互补的方式，可以根据供应侧的资源条件和需求侧的用能特性，采取多种能源相互补充的方式，因地制宜、综合利用，使各种能源种类间形成良性互动，取长补短，弥补单一能源供应方式的不足，促进能源的清洁高效、安全可靠生产和供应。 多能互补包含两层含义，即不同种类能源的互补利用（如化石能源和可再生能源互补），或一种类能源的不同形式的互补利用（如化石能源的煤和天然气互补，可再生能源的风能和太阳能互补等）。另外，还可以根据互补效果，分为时间互补、热互补和热化学互补三类。多能互补是分布式能源发展的重要方式，本文基于互补效果分类，对目前正在应用和研究发展的多能互补技术进行综述，以期对分布式能源的发展提供参考意见。 多能源互补利用技术 1 时间互补 （1）风光互补 可再生能源一般都具有周期性变化的特点，如对于我国的太阳能和风能资源，冬季风大、太阳辐照强度小，夏季风小、太阳能辐照强度大，二者在时间上存在着天然的互补性。将风能与太阳能光伏进行互补，不仅可以提高电能输出的安全可靠性，降低对电网系统的不利影响，还可以共用输电设备，提高电网通道容量的使用率，降低通道建设成本。风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏板阵列、控制器、蓄电池、逆变器等部分组成。根据当地资源条件，合理配置光伏电池组和风力发电机组的发电量配比，是进一步优化电能输出质量的关键。对于终端型的供能系统，尤其是农村或偏远山村，风资源和太阳能资源都较好时，风能与太阳能互补运行也是解决该地区供电问题的有效途径。目前，风光互补发电系统在微小型发电设备上已有广泛应用，如给通信基站、路灯、LED显示屏等设备供电。 （2）风光水互补 风光水互补充分利用常规水电日调节以上的调节能力，把风电或光伏发电或二者一起产能转化为水库蓄水的势能，并在时间上进行重新分配。风光水互补发电系统不需要配备蓄电池，就可以实现稳定地发电供电。风能和太阳能除了能与水电站进行互补运行外，还能以风光互补抽水蓄能电站的形式进行开发利用。其主体设备有风力发电机、光伏电池、逆变器、抽水机、蓄水池（上调节池）、补充水源（下调节池）、水轮发电机组等。风光互补抽水蓄能电站凭借其高效率的储能和快速反应能力，可以有效解决风能和太阳能能量密度低、出力不稳定的问题，同时对水资源的要求也不至于过高。在大型风电或光伏基地配套建设一定规模的抽水蓄能电站，既可以提高太阳能、风能的利用率，同时又减小送电规模，节省输变电工程投资。对于风电而言，经计算分析，按风电输送规模配置30%左右的抽水蓄能电站是经济合理的。 （3）风能-天然气互补 可再生能源随时间的波动除了采用不同可再生能源之间的互补运行来减弱以外，还可以通过与化石燃料进行互补利用的方式来进行调节。与风电、太阳能等可再生能源相适应的化石燃料互补发电设备要求具备较低的发电成本、适当的单机容量和较高的部分负荷效率。在现有技术条件下，比较可行的常规发电设备是以天然气为燃料的燃料轮机和内燃机，组成的系统可以称之为风能（或光伏）-天然气互补供能系统。对于这类互补供能系统（以风能-天然气为例），首先要研究当地的风能资源以确定风场装机和互补发电设备容量的合理比例和优化。另外，还要考虑如何提高互补系统的运行经济性，主要的关键技术包括风电场短期风速预估和非线性随机优化调度等。 2 热互补 （1）太阳能-地热能互补 虽然太阳能到达地球表面的辐射总量很大，但是能流密度较低，为了满足一定规模的发电量，集热系统占地面积大，成本高；且受太阳辐照强度变化的影响，系统发电不稳定。地热能的单独持续开发也会造成地热资源品质过快降低，导致热效率不断下降。将太阳能和地热能进行联合开发，就能有效改善电站热力性能，提高发电效率，降低太阳能发电成本。且在我国干热岩地热资源较好的西部地区，太阳辐照强度大，具备较好的互补条件。太阳能-地热能互补发电的方式主要分为两种，第一种是在已有的地热发电系统中，增加太阳能集热装置，用于提高蒸汽产量或蒸汽温度，增加系统的发电量；或者在发电量不变的条件下，降低地热水的质量流量，从而延长地热储层的使用寿命。第二种是