专利名称：新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法与设施的制作方法
技术领域：
本发明涉及新能源发配输电与荒漠绿化治理领域，具体涉及一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，本发明还涉及新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用设施。
背景技术：
第一、新能源发展存在的问题
风力发电、光伏发电等新能源发电技术作为一种洁净的可再生能源在我们国家能源战略中占据重要地位。目前，随着风电、光伏发电技术日趋成熟及其清洁优势的逐渐体现，在我国已进入大规模并网发电阶段。在装机容量日益扩大的同时，一些问题也凸显出来。区别于分散接入配电网的新能源发展模式，我国目前风电、光伏发电主要采用大规模集中并网模式。风电场、光伏电站主要分布在我国西部风能、太阳能资源丰富的但电网结构薄弱、用电负荷较小的荒漠、戈壁地区，电能往往需要远距离输送到负荷中心地区进行消纳，加剧了电网的调峰压力，某些情况下甚至存在弃风、弃光的现象，造成大量的资源浪费，严重影响了风电、光伏建设企业的发电效益，成为我国新能源发展的一大障碍。新能源电能的就地消纳成为一个亟待解决的问题。第二、荒漠治理问题
作为荒漠化最严重的国家之一，我国的荒漠化土地已占到国土面积的27.4%。我国每年因荒漠化损失土壤有机质可折合为2.7亿吨化肥，每年因荒漠化造成的直接经济损失高达1200亿元。全国有近亿人口常年受荒漠化的影响，并且由于荒漠化所引发的生态危机已导致15%的生物物种濒 临灭绝。我国荒漠主要分布在西部地区，土地荒漠是我国东西部贫富差距拉大的重要原因之一。在大规模发展风能、太阳能的同时，如何改造利用大面积的荒地资源，发展荒地经济，促进新能源电能的消纳，是非常值得探索的方向。
发明内容
本发明要解决的第一技术问题在于提供一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，本发明要解决的第二技术问题在于提供一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用设施。本发明提供的方法与设施，能够一方面利用荒漠地区的优势风能、太阳能资源发电，为荒漠的绿化改造提供电能，将风电场、光伏/光热电站的电能进行就地消纳，解决新能源发展中存在的窝电问题；另一方面防止荒漠化地区扩大，改善荒漠区域生态，为发展荒地经济创造条件。本发明 解决上述第一技术问题采取的技术方案是:一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，以靠近某一中小型城市的戈壁区域为实施对象，典型气候特征降水量少、蒸发量大、土地荒漠化严重，典型电网特征远离西北主网、供电线路长、供电可靠性差、风力资源和光照资源丰富，典型生活特征人畜用水困难、新能源发电时窝电现象严重、负荷高峰时又存在供电不足的现象；针对该地域特征，本方法包括如下实施步骤:A.就近选择一自然河流开设弓I水渠道；
B.在引水渠上加盖光伏组件；以减少水渠蒸发量；
C.沿引水渠修建蓄水池、设置提升泵站，提升泵采用直流电动机，供电直接由逆变器侧直流侧供电；既可以提供电动机效率，也可以降低传统的交流变电损耗；
D.在城市的主导风向侧建立风机防护带；既可以发电又可以减少风沙危害；
E.利用引水工程和喷灌技术或滴灌技术，在风机防护带内发展生态农、林、牧产业，形成高、低搭配的风沙防护网；从而增加风力、光伏、生物质和生态农业观光点；
F.建设输、配电工程，风力发电采用35kV电压等级接入微网，用于较远距离的供电；光伏发电采用IOkV电压等级接入微网，用于较近距离供电；形成一个稳定可靠的不间断微网供电网络；
G.风力发电与光伏发电经升压变压器、IlOkV母线连接到IlOkV电网线路，电网需要提供电力时，将风力发电、光伏发电对外提供电能；当电网消纳受限时，用于引水发展生态农业；实现一个可调峰的优质电源。进一步的，本发明方法还包括:步骤H.建设生物质发电厂，生物质发电采用IOkV电压等级接入微网，用于较近距离供电；解决农民燃烧桔梗等引起的烟尘污染问题，改善生态环境。进一步的，本发明方法还包括:步骤1.靠近城市边缘建设直流充电站；解决交通和观光用电瓶车的充电问题，光伏逆变器直流侧可直接供电，减少输变电损耗。本发明引水 工程既可以解决生产生活用水、也可以用于建设光热住宅小区，对节能减排、减少环境污染具有非常显著的意义。本发明方法也可以进行拓展延伸，例如在西北某重要高速公路两边新建风力和光伏发电项目，深井提灌工程用于绿化公路两边环境，公路两边走廊可以作为电力送出通道，风力和光伏所产生的电力可以用于交通信号工具和收费站的供电电源等。本发明解决上述第二技术问题采取的技术方案是:一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，包括新能源发配输电系统；新能源发配输电系统包括光伏电站与风电场；光伏电站包括光伏组件，风电场包括风力发电机；其特征在于:还包括荒漠绿化改造系统；荒漠绿化改造系统包括引水渠、一级提泵站、农林滴灌渠与绿化土地；沿引水渠设置一级提泵站，引水渠输出端位于绿化土地，引水渠与农林滴灌渠连接；光伏组件敷设在引水渠上，风力发电机设置在城市外围的主导风向处，绿化土地设置在风力发电机内侧(指近于城市的一侧)。引水渠可以是引水管，农林滴灌渠连接有喷灌系统、滴灌系统；荒漠绿化改造系统还包括二级提泵站；一级提泵站与二级提泵站全部采用直流提升电机，直流提升电机与光伏逆变器直流侧连接。进一步的，新能源发配输电系统还包括生物质发电厂。更进一步的，本发明还包括直流充电站。本发明适用位于荒漠地区的城镇，风力发电机设置在城市外围的主导风向处构成风机防护带，使得新能源发配输电系统能够利用荒漠地区的优势风能、太阳能资源发电，为荒漠的绿化改造提供电能；荒漠绿化改造系统的主要作用是防止荒漠化地区的扩大，改善荒漠区域生态，为发展荒地经济创造条件；同时荒漠绿化改造治理系统用电负荷能够将风电场、光伏/光热电站的电能进行就地消纳，解决新能源发展中存在的窝电问题。本发明中的新能源发配输电系统:主要包括风电场、光伏/光热发电站、生物质能电厂等电源系统及输电线路、变电站等输配电系统；主要作用简述如下:
1、光伏电站:主要作用是利用太阳能发电。本发明中，光伏组件即光伏电池板沿引水渠布置敷设在引水渠上，一是为提泵站供电，二是兼作绿化系统引水渠的盖板，减少引水蒸发量。光伏发电单元发出直流电，本发明的光伏逆变器均采用双向逆变器，可以将光伏发电单元发出的直流电逆变为交流电后送入电网，也可以将风电和生物质类互补电源整流为直流向提泵站供电。2、风电场:主要作用是利用风能发电。本发明中风力发电机本身相当于防护带，减小绿化土地的风蚀效应。3、生物质能电厂:利用绿化地种植的作物秸杆等废弃物作为燃料发电。主要作用一是将作物废弃物进行充分利用，二是为风电、光伏电站提供调峰容量。4、输电线路、变电站主要作用是汇集、分配电能，属于常规技术，不再详细叙述。本发明试图探索一种荒漠治理与新能源利用相结合的可持续发展模式，既可以缓解西北地区电源送出压力的问题，又可以进行有效的荒漠治理。本发明是针对风能、太阳能丰富的荒漠地区提出的风能、太阳能发电、生物质能发电与荒漠绿化改造相结合的综合利用方案，旨在将荒漠地区的优势绿色气象资源转化为电能，生产的电能主要用于工农业用电、提水灌溉、绿化荒漠，将荒漠地区改造为适宜生产、生活的良性生态循环系统。西北边远地区多处于落后地区，农业引水电价不超过0.1元，荒漠化治理每年每亩地投入不少于2000元；按25年运行期计算，各种补贴费用可以抵消项目建设费用，新能源发电可以有效降低财政补贴，节能减排，增加新兴产业，有利于国民经济的可持续发展。相较于弃风、弃光和弃电量发热，本发明不存在弃电现象；相较于储能方案，本发明不需要增加昂贵的储能设施(每瓦投资约40元)，同样可以实现电网调峰的作用；本发明投资运维更低(平均每瓦投资约15元)、社会经济效果更加明显。
图1为本发明的总体结构布设示意图，
图2为本发明的新能源发配输电系统结构关系图，
图3为荒漠绿化改造系统中引水渠水流流向示意图。图中:I一自然河流，2—弓I水渠，3—光伏组件，4一一级泵站，5—直流提升电机，6—直流供电线路，7—高原山地，8 — IOkV交流集电线路，9一就地逆变升压单元，10—二级栗站，11一 IlOkV汇集站，12一 IlOkV联网线路，13一生物质电厂，14一 IOkV汇集线路，15一35kV生产生活供电线路，16—IOkV生产生活供电线路，17—生产生活用水管线，18—光热住宅房，19一荒漠戈壁区域，20—城镇电瓶车充电站，21—35kV交流集电线路，22—就地升压单兀，23一荒漠治理后农田，也称绿化土地，24一农林滴灌，25一风力发电机，26一防护林，27—风机防护带，28—IlOkV母线，29—三绕组变压器，30—35kV母线，31—35kV分段断路器，32—IOkV母线，33 — IOkV分段断路器，3401—第一双绕组变压器，3402—第二双绕组变压器，3403—第三双绕组变压器，35—双向逆变器。
具体实施方式
方法实施例
在西北某地域选择靠近某一中小型城市的戈壁区域，典型气候特征降水量少、蒸发量大、土地荒漠化严重，典型电网特征远离西北主网、供电线路长、供电可靠性差、风力资源和光照资源丰富，典型生活特征人畜用水困难、新能源发电时窝电现象严重、负荷高峰时又存在供电不足的现象、供暖时供热点分散而污染严重。针对该地域特征，参见图1，本发明提供如下方法予以实施:
A.就近选择一自然河流I开设引水渠2，引水渠建设长度30km；
B.为减少蒸发量，在引水渠上加盖光伏组件3，30km引水渠道可以铺设不低于20丽的光伏组件；
C.按照设2级提升泵站设计，修建2个中等规模蓄水池，2级提升泵站包括一级泵站4与二级泵站10 级泵站4与二级泵站10的提升泵均采用直流提升电机，供电直接由逆变器侧直流侧供电；既可以提供电动机效率，也可以降低传统的交流变电损耗；
D.在城市的主导风向侧建立风机防护带27;既可以发电又可以减少风沙危害；风机防护带按建设50MW的发电量设计；
E.利用引水工程和喷灌技术或滴灌技术，在风机防护带27内发展生态农、林、牧产业，设置防护林26，形成高、低搭配的风沙防护网；从而增加风力、光伏、生物质和生态农业观光点；引水工程既可以解决生产生活用水、也可以用于建设光热住宅房18，对节能减排、减少环境污染具有非常显著的意义。F.建设输、配电工程，风力发电通过就地升压单元22以及35kV交流集电线路21即采用35kV电压等级接入微网一IlOkV汇集站11，用于较远距离的供电；光伏发电通过就地逆变升压单元9以及IOkV交流集电线路8即采用IOkV电压等级接入微网一IlOkV汇集站11，用于较近距离供电；形成一个稳定可靠的不间断微网供电网络； G.风力发电与光伏发电经升压变压器、IlOkV母线连接到IlOkV电网线路，电网需要提供电力时，将风力发电、光伏发电对外提供电能；当电网消纳受限时，用于引水发展生态农业；实现一个可调峰的优质电源；
H.建设5MW生物质发电厂，生物质发电采用IOkV电压等级接入微网，用于较近距离供电；生物质发电项目可以有效解决农民燃烧桔梗等引起的烟尘污染，改善生态环境。1.1lOkV电网与公网一IlOkV联网线路12连接，电网需要提供电力时，可以将风力发电、光伏发电和生物质发电可以对外提供电能；当电网消纳受限时，可以引水发展生态农业；从而实现了一个可调峰的优质电源。J.靠近城市边缘可以建设城镇电瓶车充电站20，解决交通和观光用电瓶车的充电问题，光伏逆变器直流侧可直接供电，减少输变电损耗。K.本发明也可以进行拓展，例如在西北某重要高速公路两边新建风力和光伏发电项目，深井提灌工程用于绿化公路两边环境，公路两边走廊可以作为电力送出通道，风力和光伏所产生的电力可以用于交通信号工具和收费站的供电电源等。设施实施例如图1所示:新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，包括新能源发配输电系统；新能源发配输电系统包括光伏电站与风电场；光伏电站包括多个光伏组件3，风电场包括多个风力发电机25 ;还包括荒漠绿化改造系统；参见图3，荒漠绿化改造系统包括引水渠2、一级提泵站4、农林滴灌渠24与绿化土地23 ;沿引水渠2设置一级提泵站4，引水渠2输出端位于绿化土地即荒漠治理后农田23，引水渠2与农林滴灌渠24连接；光伏组件3敷设在引水渠2上，多个风力发电机25组成风机防护带27 ;风机防护带27设置在城市外围的主导风向处，绿化土地23设置在风力发电机25内侧。本发明还包括光热住宅房18。引水渠2输出端还连接生产生活用水管线17，为生产生活以及光热住宅房18提供用水。新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施适用于在荒漠戈壁区域19应用，荒漠戈壁区域19拥有自然河流1，自然河流I与引水渠2连接；荒漠戈壁区域19有闻原山地7。进一步的，为了解决农民燃烧桔梗等引起的烟尘污染，改善生态环境；新能源发配输电系统还包括生物质发电厂13。更进一步的，风机防护带27内设置防护林26，风机防护带27内设置生态农、林、牧产业，形成高、低搭配的风沙防护网。引水渠2可以是引水管，农林滴灌渠24连接有喷灌系统、滴灌系统。参见图2:作为微网的IlOkV汇集站11包括IlOkV母线28、三绕组变压器29、35kV母线30与IOkV母线32 ;风电场的风力发电机25连接第二双绕组变压器3402，第二双绕组变压器3402输出端连接于35kV交流集电线路21，35kV交流集电线路21连接于35kV母线30，35kV母线30连接于三绕组变压器29 ;光伏电站的光伏组件3连接双向逆变器35输入端，双向逆变器35输出端连接第一双绕组变压器3401，第一双绕组变压器3401输出端连接于IOkV母线32 ;生物质发电厂13连接第三双绕组变压器3403，第三双绕组变压器3403输出端连接于IOkV母线32 ；10kV母线32连接于三绕组变压器29 ;三绕组变压器29输出端连接于IlOkV母线28，IlOkV母线28连接到IlOkV联网线路；35kV母线30安装35kV分段断路器31，IOkV母线32安装IOkV分段断路器33。
参见图1与图2:荒漠绿化改造系统还包括二级提泵站10 ;—级提泵站4与二级提泵站10全部采用直流提升电机5，直流提升电机5与就地升压单元9的双向逆变器35直流侧连接。更进一步的，本发明还包括城镇电瓶车直流充电站20。电瓶车直流充电站20与就地升压单元9的双向逆变器35直流侧连接；减少输变电损耗。
权利要求
1.一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，以靠近某一中小型城市的戈壁区域为实施对象，典型气候特征降水量少、蒸发量大、土地荒漠化严重，典型电网特征远离西北主网、供电线路长、供电可靠性差、风力资源和光照资源丰富，典型生活特征人畜用水困难、新能源发电时窝电现象严重、负荷高峰时又存在供电不足的现象；针对该地域特征，本方法包括如下实施步骤: A.就近选择一自然河流开设弓I水渠道； B.在引水渠上加盖光伏组件；以减少水渠蒸发量； C.沿引水渠修建蓄水池、设置提升泵站，提升泵采用直流电动机，供电直接由逆变器侧直流侧供电； D.在城市的主导风向侧建立风机防护带； E.利用引水工程和喷灌技术或滴灌技术，在风机防护带内发展生态农、林、牧产业，形成高、低搭配的风沙防护网；从而增加风力、光伏、生物质和生态农业观光点； F.建设输、配电工程，风力发电采用35kV电压等级接入微网，用于较远距离的供电；光伏发电采用IOkV电压等级接入微网，用于较近距离供电；形成一个稳定可靠的不间断微网供电网络； G.风力发电与光伏发 电经升压变压器、IlOkV母线连接到IlOkV电网线路，电网需要提供电力时，将风力发电、光伏发电对外提供电能；当电网消纳受限时，用于引水发展生态农业；实现一个可调峰的优质电源。
2.如权利要求1所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，该方法还包括:步骤H.建设生物质发电厂，生物质发电采用IOkV电压等级接入微网，用于较近距离供电。
3.如权利要求1或2所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，该方法还包括:步骤1.靠近城市边缘建设直流充电站，光伏逆变器直流侧直接为直流充电站供电。
4.一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，包括新能源发配输电系统；新能源发配输电系统包括光伏电站与风电场；光伏电站包括多个光伏组件，风电场包括多个风力发电机；其特征在于:还包括荒漠绿化改造系统；荒漠绿化改造系统包括引水渠(2)、一级提泵站(4)、农林滴灌渠(24)与绿化土地(23);沿引水渠(2)设置一级提泵站(4)，引水渠(2)输出端位于绿化土地即荒漠治理后农田(23)，引水渠(2)与农林滴灌渠(24)连接；光伏组件(3)敷设在引水渠(2)上，多个风力发电机(25)组成风机防护带(27);风机防护带(27)设置在城市外围的主导风向处，绿化土地(23)设置在风力发电机(25)内侧。
5.如权利要求4所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，其特征在于:新能源发配输电系统还包括生物质发电厂(13);风机防护带(27)内设置防护林(26)，风机防护带(27)内设置生态农、林、牧产业，形成高、低搭配的风沙防护网。
6.如权利要求5所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，其特征在于:I IOkV汇集站(11)包括I IOkV母线(28 )、三绕组变压器(29 )、35kV母线(30 )与IOkV母线(32);风电场的风力发电机(25)连接第二双绕组变压器(3402)，第二双绕组变压器(3402)输出端连接于35kV交流集电线路(21)，35kV交流集电线路(21)连接于35kV母线(30 )，35kV母线(30 )连接于三绕组变压器(29 );光伏电站的光伏组件(3 )连接双向逆变器(35 )输入端，双向逆变器(35 )输出端连接第一双绕组变压器(3401)，第一双绕组变压器(3401)输出端连接于IOkV母线(32);生物质发电厂(13)连接第三双绕组变压器(3403)，第三双绕组变压器(3403)输出端连接于IOkV母线(32); IOkV母线(32)连接于三绕组变压器(29);三绕组变压器(29)输出端连接于IlOkV母线(28)，IlOkV母线(28)连接到IlOkV联网线路；35kV母线(30)安装351^分段断路器(31)，101^母线(32)安装IOkV分段断路器(33)。
7.如权利要求4所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，其特征在于:荒漠绿化改造系统还包括二级提泵站(10);—级提泵站(4)与二级提泵站(10 )全部采用直流提升电机(5 )，直流提升电机(5 )与就地升压单元(9 )的双向逆变器(35 )直流侧连接。
8.如权利要求4所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，其特征在于:引水渠(2)是引水管，农林滴灌渠(24)连接有喷灌系统、滴灌系统。
9.如权利要求4至8任意一项所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，其特征在于:该综合利用设施还包括城镇电瓶车直流充电站(20);电瓶车直流充电站(20 )与就地升压单元(9 )的双向逆变器(35 )直流侧连接。
10.如权利要求9 所述的一种新能源发配输电系统与荒漠治理循环发展综合利用设施，其特征在于:综合利用设施还包括光热住宅房(18);引水渠(2)输出端还连接生产生活用水管线(17)。
全文摘要
新能源发配输电系统与荒漠治理综合利用方法，以靠近某一中小型城市的戈壁区域为实施对象，气候特征土地荒漠化严重，电网特征供电可靠性差、风力资源和光照资源丰富，生活特征人畜用水困难、新能源发电时窝电现象严重、负荷高峰时又存在供电不足的现象；针对该地域特征，本方法包括就近选择一自然河流开设引水渠道；在引水渠上加盖光伏组件；沿引水渠修建蓄水池、设置提升泵站；在城市的主导风向侧建立风机防护带；建设输、配电工程，风力发电采用35kV电压等级接入微网；光伏发电采用10kV电压等级接入微网；形成一个稳定可靠的不间断微网供电网络。本发明不需要增加昂贵的储能设施同样可以实现电网调峰的作用；投资运维更低、社会经济效果更加明显。
文档编号A01G25/00GK103222410SQ20131016391
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者王利平, 郑昕, 吴兴全, 李秋鹏, 张洪源, 程明, 王永平, 王海涛, 王剑, 郑海涛, 杨德州, 徐敏 申请人:甘肃省电力设计院