水电站增加生物质发电装置的资源综合利用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及能源领域，尤其设及水电站增加生物质发电装置的资源综合利用方 法。
【背景技术】
[0002] 生物质(Biomass)包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物等，通 过工业加工转化，可生产生物基产品（Biobasedproducts )、生物燃料(Biofuels)和生物能 源(Bioenergy)。地球上光合作用每年生产约2200亿吨干生物质，相当于全球能源消耗总量 的10倍。
[0003] 据统计，我国农作物賴杆尚有60%可用于能源用途，约合2.1亿t标煤，有约40%的 森林开采剩余物未加工利用，现有可供开发的生物质能源至少能达4.5亿t标煤，同时还有 约1.33亿公顷宜农宜林荒山荒地，可W用于发展能源农业和能源林业。
[0004] 随着我国城市化进程的加快，一方面农村人口逐渐减少，加之农村电气化W电代 柴的实施和大力植树造林，我国尤其是南方地区，森林覆盖率大幅度提高，广大山区和丘陵 区农作物賴杆、林业废弃物枝哑、边角材、薪炭林等生物质资源量越来越大。W四川西南部 地区为例，随着城镇化伴随的农村人口的减少和W电代柴的发展，农村闲置±地、林地流转 为规模庞大的成片经济林(竹），成品材与采伐废弃枝哑边角材约为1:0.6,目前已进入间 (采)伐期，大量枝哑、边角材废弃在林场内，不仅增加下次采伐难度和成本，还会增加林地 维护成本和森林火灾风险。此外大量的薪炭林由于需求减少，无法更新，已出现过熟现象， 虽对环境不至造成影响，但从资源利用来讲是一种巨大的浪费。另一方面，广大山区和丘陵 区由于农牧民文化、技能、交通等诸多因素的制约，守着丰富的生物质资源，长期处于贫困 状态，精准扶贫已上升为国家工程。
[0005] 自2005年2月28日中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次 会议通过《中华人民共和国可再生能源法》W来，我国生物质发电受国家鼓励可再生清洁能 源政策的引导，逐渐兴起。按照《国家应对气候变化规划(2014- 2020年)》，到2020年我国生 物质发电装机容量达到3000万kw。截至2015年底，全国生物质能发电装机容量已达到1300 万kw，年发电量780亿kwh。目前还主要W农作物賴杆、薦渣、酒糟为原料，森林开采剩余物、 薪炭林资源尚待进一步开发利用。
[0006] 常规的生物质发电厂，不仅有原料系统、生物质锅炉(或生物质气化炉)系统、汽轮 发电机组(或燃气轮发电机组)系统，升压站、输电线路及控制保护系统和调度通讯系统，还 需配套生活、后勤、办公等部分或全部非生产性设施。综合投资一般在10000元Aw左右，是 常规燃煤火电厂的两倍W上，设计年利用小时一般为7000~8000h"2015年全国平均实际发 电小时约在5900h左右。生物质发电厂一般只发有功电量，其励磁系统无过励要求，不做调 相运行。主要存在四大问题:一是单位千瓦投资大，导致其固定成本高;二是燃料成本占比 高，尤其是燃料的物流成本较高，收胆的原料含水率高(40%左右）；=是原料供应不稳定； 四是生物质锅炉燃烧及热效率较低。如何降低其单位千瓦投资，降低燃料成本，尤其是燃料 的物流成本，保证原料稳定供应，提高生物质锅炉燃烧效率和热效率是生物质发电能否健 康发展壮大的关键。
[0007] 此外，我国还是水电资源大国。截至2015年底，我国水电装机容量突破3亿Kw,占全 球的27%。我国水电资源主要集中在金沙江、雅蒼江、大渡河、欄沧江、乌江及长江、黄河上 游其它地区。云南、贵州、四川、西藏、重庆的水电资源量约占全国的2/3。目前我国已建成投 产中小型水电站近10万座，总装机容量近3000万Kw,占全国水电总装机容量的10%，装机利 用小时平均近3000h，年发电量约900亿Kwh。作为清洁能源，为我国农村电气化和边远地区 经济发展做出了重要贡献。
[0008] 然而，水电发电量主要受控于天然来水，目前发电设备年利用小时低，丰水期(每 年6~10月，共5个月，下同）发电量较集中，平均出力占装机容量的40%~100%，极限出力 达到105%，在水电集中区，由于区域降水集中，往往出现普遍超负荷发电情况，导致系统有 功过量，无功不足，平水期（每年5、11月，共2个月，下同）平均出力占装机容量的20%~ 50%，枯水期(每年1~4和12月，共5个月，下同）平均出力占装机容量的8%~30%。从多年 平均发电量来看，丰水期发电量约占全年发电量的60%~80%，平、枯水期发有功电量约占 全年发电量的20%~40%。丰枯矛盾突出，不少水电站甚至成为季节性发电站，枯水期因来 水量过小出现关口停产的状况，水电站配套投资建设的输变电设施在平、枯水期利用率非 常低。总体而言，我国水电站由于平水期、枯水期发电量少和配套投资建设的输变电设施利 用率低，固定成本摊销大，普遍处于微利或亏损状态。
[0009] 水电站一般地处山区和丘陵区，周边生物质资源十分丰富，如何利用当地丰富且 可胆存的生物质资源，在水电站内或附近增加生物质发电装置，在丰水期调相运行，平、枯 水期发有功电量，提高水电站平水期和枯水期的供电量和资产利用率，盘活平、枯水期输变 电设施近乎闲置的存量资产，缓减电网丰枯矛盾，降低生物质发电装置投资，降低生物质原 料物流成本，既提高水电站经营效益，又增加水电站周边农牧民收入，达到精准扶贫的效 果，实现水能资源、生物质资源W及水电站存量资产的综合利用和价值最大化，尚未见公开 报道。
[0010] 因此，如何提高水电站的平、枯水期发有功电量出力，提高其升压站、输电线路和 调度通讯系统等设施的利用率，同时改善经营状况，提高水电站的劳动生产率，成为了我国 水电领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0011] 针对现有技术之不足，本发明提供了水电站增加生物质发电装置的资源综合利用 方法，在水电站内或附近增加生物质发电装置，所述生物质发电装置的装机容量小于或等 于水电站装机容量与水电站平、枯水期平均出力的差值；
[0012] 将水电站的控制保护系统升级为皿DCS控制保护系统；
[0013] 给所述生物质发电装置的励磁系统新增过励功能，所述生物质发电装置在丰水期 时按电网调度中屯、依据无功电量平衡所下达的调度令调相运行W弥补电力系统无功功率 的不足，在平水期和枯水期，生物质机组W高功率因数运行，主要发有功电量，水电站机组 W低功率因数运行，主要发无功电量。
[0014] 根据一个优选实施方式，生物质发电机的额定电压与水电站发电机的额定电压一 致，并且所述生物质发电机与所述水电站发电机并列运行。
[0015] 根据一个优选实施方式，所述生物质发电装置经升压后与水电站升高电压母线并 网运行。
[0016] 根据一个优选实施方式，所述生物质发电装置与水电站发电装置在送出线路处T 接或n接。
[0017] 根据一个优选实施方式，所述生物质发电装置的装机容量小于或等于水电站平、 枯水期输变电能力的平均富余值，从而弥补水电站平、枯水期有功功率出力不足，并与平、 枯水期水电站富余输变电能力相匹配。
[0018] 根据一个优选实施方式，所述生物质发电装置的设计年利用小时为3500~7000h。
[0019] 根据一个优选实施方式，在丰水期收胆并利用水电站富余或低谷电量加工制备成 生物质标准入炉料;在平、枯水期补充不足的入炉料。
[0020] 根据一个优选实施方式，所述生物质发电装置包括原料系统、生物质锅炉系统和 汽轮发电机组，其中，所述原料系统所采用的生物质原料包括农作物賴杆、林业采伐废弃枝 哑边角材、薪炭材和竹类材料。
[0021] 根据一个优选实施方式，所述生物质发电装置包括原料系统、生物质气化炉系统 和燃气轮发电机组，其中，所述原料系统所采用的生物质原料包括农作物賴杆、林业采伐废 弃枝哑边角材、薪炭材和竹类材料。
[0022] 本发明具有W下有益效果：
[0023] 1、应用本发明的方法，在水电站内或附近增加生物质发电装置，其发电机额定电 压与水电站发电机额定电压一致并与水电站发电机并列运行，设计年利用小时3500~ 7000h，装机容量小于或等于水电站装机容量与水电站平、枯水期平均出力的差值，增设生 物质发电机组的控制保护装置，将水电站的控制保护系统升级为皿DCS控制保护系统，设置 过励功能，在丰水期可按电网调度中屯、依据无功电量平衡所下达的调度令调相运行，在平 水期和枯水期，生物质机组W较高的功率因数运行，主要发有功电量，水电站机组W较低的 功率因数运行，多发无功电量，从而实现水电站机组和生物质机组生产能力的最大化发挥。 可提高水电站供电量40%~100%，提高水电站输变电设施利用率40%~100%，降低水电 站输变电单位固定成本20%~50%，减少生物质发电装置运行管理人员，提高劳动生产率， 从而提高水电站和生物质发电装置的经营效益。如果全国50%的中小型水电站按本发明的 方法设置生物质发电装置，经测算，每年可降低输变电成本9~39亿元;每个生物质发电装