专利名称：一种水面太阳能水力联合发电方法
技术领域：
本发明属于电カ系统应用领域，具体是太阳能与水力联合发电的方法。
背景技术：
可持续发展是本世纪人类面临的重大课题。太阳能量巨大，日照地球40分钟足以满足全人类一年的能源需求，取之不尽、用之不竭、清洁环保，不受地域限制。 目前世界各国充分重视开发新能源和现有能源的合理利用，大力发展新能源发电产业，以缓解化石能源发电高污染、高耗能问题。太阳能太阳光电或光热变换发电装置得到极大的发展，各种新能源发电形式受到广泛关注。太阳能发电装置需占用巨大土地面积，在耕地资源非常稀缺的情况下，除沙漠以外地区几乎不能大規模建设。现有的太阳能发电装置光照能量密度小，发电效率与季节、昼夜及阴睛等气象条件密切相关，光电、光热转换效率不高，存在光伏发电出力不稳定，不能连续在网运行的缺陷，年运行小时为1500 2500，由于光照间歇变化造成脱网事故的概率较大，影响了电网调峰、调频，大規模应用太阳能已成为电网安全稳定运行的技术瓶颈。电网传统发电形式中火电、水电、核电、燃气等统调发电机组有着强大的自动调节能力，可吸纳部分太阳能、风能等间歇能源，但包括家庭太阳能、风能在内的并网间歇能源发电机组不能超过电网总装机容量的20%，否则易出现电网系统崩溃事故。大規模应用太阳能、风能已成为电网安全稳定运行的技术瓶颈。见附图I传统发电系统示意图。建设水电站要淹没大量土地，而目前水电站建成后巨大的水库面积几乎没有利用，土地资源的利用率很低。水电站年运行2500 6000小时，受季节影响，枯水期不能连续稳定发电，影响电
网调峰、调频和安全运行。中国专利文献的相关技术检索情况与本发明ー种水面太阳能水力联合发电方法相比有以下差异。I、《一种太阳能抽水蓄能联合发电系统》发明(申请号02134734. 4)，该发明的技术方案是通过太阳能转化为热能生产蒸汽，再用蒸汽驱动抽水泵抽水蓄能，根据电网需求由水轮机组统ー发电，该技术经太阳能——热能——蒸汽——抽水泵——水轮机组多次转换能源形式，能耗损失较大。2、《全方向高效聚光太阳能水电一体化发电装置》实用新型(申请号200820185104. 4)是ー种全方向聚光太阳能发电系统,包括聚光器、太阳能发电单兀、换热器。太阳能发电单元包括安装于同一换热器上的若干只串联电池片和并网逆变电源，若干只电池片串联形成的直流高压输出端与并网逆变电源输入端相连，形成ー个独立整体结构的太阳能发电单元；若干只串联电池片的上方设有由球形空腔透镜和聚光漏斗组成的聚光器，将全方向的太阳光聚焦于若干只串联的电池片上，换热器安装于水箱内上部，将换热器交换的热水循环再利用，该技术未能充分利用巨大的水库面积，该技术未解決光伏发电出力不稳定，不能连续在网运行的技术难题。3、《波形瓦聚光太阳能水电一体化建筑模块》发明(申请号201010125392. 6)是一种波形瓦聚光太阳能水电一体化建筑模块，将若干只串联电池片安装于换热器上，形成独立结构的太阳能发电单元，若干太阳能发电单元串联形成的直流高压输出端与并网逆变电源输入端相连，形成独立整体结构的太阳能发电并网系统，通过波形瓦聚光组件将太阳光线聚焦于若干只串联的电池片上，省去太阳光跟踪器，減少太阳能电池片用量，配套使用散热系统，热水循环利用，与建筑相结合实现太阳能热水和发电一体化，该技术是太阳能热水器和光伏并网发电的结合，未解決光伏发电出力不稳定，不能连续在网运行的技术难题。4、《ー种利用风能和太阳能综合发电的小水电站发电装置》实用新型(申请号200920101784. I)由无杆汽缸、加压罐、输气管、风囊、风囊支架、单向透气膜、单向气阀、太阳能热水器热水箱、易汽化的液体箱、活塞、进气ロ、排气ロ、单向阀、进液ロ、排液ロ、回液管、气压阀、储气(液)罐、气马达、发电机构成；利用水能、太阳能和风能转化成热能推动无杆汽缸和风囊产生压缩空气和水，经加压罐产生高压，通过气动马达带动发电机发电，该技术经汽缸——加压罐——太阳能热水器——液体箱——储气(液)罐——气马达——发电 机多次转换能源形式，能耗损失较大。5、《一种太阳能水电联产设备》实用新型(申请号201120171058. 4，)包括太阳能发电系统和海水淡化系统；太阳能发电系统包括碟式太阳能聚光系统，将阳光聚焦到其吸收器上，吸收器吸收辐射并加热循环流体；低參数汽轮发电机组，在加热后的循环流体驱动下发电；双层主动盘式太阳能海水淡化装置，其下层引入汽轮机乏汽对上层的海水加热；循环泵，将换热后的低温低压循环流体泵送到吸收器；海水淡化系统包括海水供水泵，过滤网设置于海水供水泵入口，将海水泵送到双层主动式盘式太阳能海水淡化装置的上层，同时发电和进行海水淡化。该技术经碟式太阳能聚光系统-吸收器-加热循环流体-低參数汽轮发电机组多次转换能源形式，与本发明ー种水面太阳能水力联合发电方法相比，仍未解决太阳能发电装置间歇性不稳定发电的难题，而且能耗损失较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供ー种水面太阳能水力联合发电方法，它可较好地解决太阳能发电装置占用巨大土地面积和水力发电装置枯水期不能连续稳定发电、太阳能发电装置间歇性不稳定发电的问题。实现本发明目的所采用的技术方案是利用水电站水库设置水面太阳能发电装置，太阳能发电装置发出的直流电经逆变器转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电，经太阳能发电装置的升压变压器升压后并入联合发电发电装置出口母线，通过集中控制室控制水轮发电机组，使太阳能发电装置与水轮发电机组联合发电，再经主变压器送电网变电站。太阳能发电装置和水轮发电机组分别设置有关ロ电量表进行分别计量，通过集中控制室AGC (自动发电装置)来控制水轮发电机组，在水量及阳光充足时，太阳能发电装置和水轮发电机组同时发电，这时通过集中控制室控制水轮发电机组的运行，满足电网调峰调频要求；枯水季节阳光充足时，太阳能发电装置优先发电，水轮发电机组停机蓄水，阳光缺失时水轮发电机组发电，平衡缺失的太阳能电量；水轮发电机组停运时太阳能发电装置供发电系统厂用电备用电源。太阳能发电装置和水轮发电机组分别设置有关ロ电量表分别计量，通过集中控制室AGC (自动发电装置)来控制水轮发电机组，在水量及阳光充足时，太阳能发电装置和水轮发电机组同时发电，这时通过集中控制室控制水轮发电机组的运行，满足电网调峰调频要求；枯水季节阳光充足时，太阳能发电装置优先发电，水轮发电机组停机蓄水，阳光缺失时水轮发电机组发电，以平衡缺失的太阳能电量；水轮发电机组停运时太阳能发电装置供发电系统厂用电备用电源。本发明的有益效果如下。①面积巨大的水库水面在水电站建成后得到了利用，太阳能与水力发电装置联合 发电解决了两种发电装置土地问题的出路，若建设3000万千瓦太阳能与水电联合发电站，可节省耕地占用费360亿元(3万元/亩，I万千瓦太阳能发电装置覆盖水面面积400亩)。
②通过集中控制室AGC (自动发电控制装置)控制水轮发电机组与太阳能发电装置联合调度发电，利用同一送出线路向电网供电，太阳能、水电的发电特点得到充分发挥，可实现送出电量的平衡稳定，使联合发电站能够安全运行，满足电网调峰、调频发电要求，使大規模应用太阳能成为了可能。③太阳能水电联合调度，用同一送出线路向电网供电的发电技术，每个项目可以节约送出线路重复投资5千万元以上；太阳能水力联合发电光水互补，枯水季节太阳能发电时水轮发电机可停机蓄水储能，雨季白天太阳能少发，水能多发，用这种方式每个水力发电站可以多增加利用小时1000以上。④本发明提出的太阳能水电联合发电技术对中国ニ氧化碳减排意义重大，中国高碳能源结构中电カ70%-80%以煤为燃料，每I千瓦时电量产生ニ氧化碳860克，2010年全国排放ニ氧化碳28. 62亿吨，若建设3000万千瓦太阳能水力联合发电系统，太阳能发电装置2000利用小时可发电600亿千瓦时，减排ニ氧化碳0. 516亿吨；3万亿千瓦水力发电装置增加1000利用小时可发电3000亿千瓦时，减排ニ氧化碳2. 58亿吨。⑤I万千瓦太阳能发电装置覆盖水面面积0. 2664km2(400亩)，本发明提出的太阳能水电联合发电技术减少了水库水面蒸发，提高了水资源利用率，若建设3000万千瓦太阳能水力联合发电系统，按云南年平均蒸发量IOOOmm计算，毎年可減少8亿吨水的蒸发，按5立方/I千瓦时水耗计算，可増加水力发电I. 65亿度电。
图I是传统发电系统的原理不意图。图2是本发明发电系统流程示意图。具体实现方式
參见图2，利用水电站水库水面设置大容量太阳能发电装置，将多个太阳能发电装置发出的直流电分组集中汇入逆变器转变为与电网同频率、同相位的正弦波交流电，通过太阳能升压变压器经关ロ电量表并入发电装置出口母线，水轮发电机组和太阳能发电装置设置关ロ电量表分别计量电量，经主变压器升压送入电网。通过水轮发电机组AGC(自动发电控制)装置实施太阳能发电装置与水轮发电机联合发电。这种发电方式提高了联合电站的发电能力，不会增加电网的短路容量，可避免逆变侧网络故障冲击发电机，满足电カ系统潮流分布、继电保护和无功控制要求。通过集中控制室控制太阳能发电装置和水轮发电机组发电，在水量及阳光充足时，太阳能发电装置和水轮发电机组同时发电，这时水轮发电机组可投入AGC (自动发电控制)装置，满足电网调峰调频要求；枯水季节阳光充足时太阳能发电装置优先发电，水轮发电机组停机蓄水，阳光缺失时水轮发电机组发电，平衡缺失的太阳能电量。水轮发电机组停运时太阳能发电装置供发电系统厂用电备用电源。本方法将太阳能发电装置和水轮发电机联合调度，将光伏、光热发电间歇发电，枯水季节水力发电机组不能连续在网运行的缺陷平衡在相对稳定状态，在联合发电系统内实现电量的平衡稳定送出，满足电网调峰调频要求，在增加枯水季节水力发电能力的同时，为大規模利用太阳能创造条件。
上述流程图仅仅是为清楚地说明所作的实现方式，而并非对实现方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变 动，这里不再对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.ー种水面太阳能水力联合发电方法，其特征在于利用水电站水库设置水面太阳能发电装置，太阳能发电装置发出的直流电经逆变器转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电，经太阳能发电装置的升压变压器升压后并入联合发电发电装置出口母线，通过集中控制室控制水轮发电机组，使太阳能发电装置与水轮发电机组联合发电，再经主变压器送电网变电站。
2.按权利要求I所述的水面太阳能水力联合发电方法，其特征在于太阳能发电装置和水轮发电机组分别设置有关ロ电量表进行分别计量，通过集中控制室来控制水轮发电机组，在水量及阳光充足时，太阳能发电装置和水轮发电机组同时发电，这时通过集中控制室控制水轮发电机组的运行，满足电网调峰调频要求；枯水季节阳光充足时，太阳能发电装置优先发电，水轮发电机组停机蓄水，阳光缺失时水轮发电机组发电，平衡缺失的太阳能电量；水轮发电机组停运时太阳能发电装置供发电系统厂用电备用电源。
全文摘要
一种水面太阳能水力联合发电方法。本发明属于电力系统应用领域，具体是太阳能与水力联合发电的方法。本发明提出利用水电站水库设置水面太阳能发电装置，太阳能发电装置发出的直流电经逆变器转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电，经太阳能发电装置的升压变压器升压后并入联合发电发电装置出口母线，通过集中控制室控制水轮发电机组，使太阳能发电装置与水轮发电机组联合发电，再经主变压器送电网变电站。本发明的方法简单易行，较好地解决太阳能发电装置占用巨大土地面积和水力发电装置枯水期不能连续稳定发电、太阳能发电装置间歇性不稳定发电的问题。
文档编号H02J3/38GK102655331SQ20121011608
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者孟利平, 朱永平, 饶民 申请人:朱永平