水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的資源綜合利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及能源領(lǐng)域，尤其設(shè)及水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的資源綜合利用方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物質(zhì)(Biomass)包括農(nóng)作物、樹木等植物及其殘?bào)w、畜禽糞便、有機(jī)廢棄物等，通 過(guò)工業(yè)加工轉(zhuǎn)化，可生產(chǎn)生物基產(chǎn)品（Biobasedproducts )、生物燃料(Biofuels)和生物能 源(Bioenergy)。地球上光合作用每年生產(chǎn)約2200億噸干生物質(zhì)，相當(dāng)于全球能源消耗總量 的10倍。
[0003] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)作物賴桿尚有60%可用于能源用途，約合2.1億t標(biāo)煤，有約40%的 森林開采剩余物未加工利用，現(xiàn)有可供開發(fā)的生物質(zhì)能源至少能達(dá)4.5億t標(biāo)煤，同時(shí)還有 約1.33億公頃宜農(nóng)宜林荒山荒地，可W用于發(fā)展能源農(nóng)業(yè)和能源林業(yè)。
[0004] 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，一方面農(nóng)村人口逐漸減少，加之農(nóng)村電氣化W電代 柴的實(shí)施和大力植樹造林，我國(guó)尤其是南方地區(qū)，森林覆蓋率大幅度提高，廣大山區(qū)和丘陵 區(qū)農(nóng)作物賴桿、林業(yè)廢棄物枝啞、邊角材、薪炭林等生物質(zhì)資源量越來(lái)越大。W四川西南部 地區(qū)為例，隨著城鎮(zhèn)化伴隨的農(nóng)村人口的減少和W電代柴的發(fā)展，農(nóng)村閑置±地、林地流轉(zhuǎn) 為規(guī)模龐大的成片經(jīng)濟(jì)林(竹），成品材與采伐廢棄枝啞邊角材約為1:0.6,目前已進(jìn)入間 (采)伐期，大量枝啞、邊角材廢棄在林場(chǎng)內(nèi)，不僅增加下次采伐難度和成本，還會(huì)增加林地 維護(hù)成本和森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。此外大量的薪炭林由于需求減少，無(wú)法更新，已出現(xiàn)過(guò)熟現(xiàn)象， 雖對(duì)環(huán)境不至造成影響，但從資源利用來(lái)講是一種巨大的浪費(fèi)。另一方面，廣大山區(qū)和丘陵 區(qū)由于農(nóng)牧民文化、技能、交通等諸多因素的制約，守著豐富的生物質(zhì)資源，長(zhǎng)期處于貧困 狀態(tài)，精準(zhǔn)扶貧已上升為國(guó)家工程。
[0005] 自2005年2月28日中華人民共和國(guó)第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次 會(huì)議通過(guò)《中華人民共和國(guó)可再生能源法》W來(lái)，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電受國(guó)家鼓勵(lì)可再生清潔能 源政策的引導(dǎo)，逐漸興起。按照《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃(2014- 2020年)》，到2020年我國(guó)生 物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3000萬(wàn)kw。截至2015年底，全國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到1300 萬(wàn)kw，年發(fā)電量780億kwh。目前還主要W農(nóng)作物賴桿、薦渣、酒糟為原料，森林開采剩余物、 薪炭林資源尚待進(jìn)一步開發(fā)利用。
[0006] 常規(guī)的生物質(zhì)發(fā)電廠，不僅有原料系統(tǒng)、生物質(zhì)鍋爐(或生物質(zhì)氣化爐)系統(tǒng)、汽輪 發(fā)電機(jī)組(或燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組)系統(tǒng)，升壓站、輸電線路及控制保護(hù)系統(tǒng)和調(diào)度通訊系統(tǒng)，還 需配套生活、后勤、辦公等部分或全部非生產(chǎn)性設(shè)施。綜合投資一般在10000元Aw左右，是 常規(guī)燃煤火電廠的兩倍W上，設(shè)計(jì)年利用小時(shí)一般為7000~8000h"2015年全國(guó)平均實(shí)際發(fā) 電小時(shí)約在5900h左右。生物質(zhì)發(fā)電廠一般只發(fā)有功電量，其勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)過(guò)勵(lì)要求，不做調(diào) 相運(yùn)行。主要存在四大問(wèn)題:一是單位千瓦投資大，導(dǎo)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較高，收膽的原料含水率高(40%左右）；=是原料供應(yīng)不穩(wěn)定； 四是生物質(zhì)鍋爐燃燒及熱效率較低。如何降低其單位千瓦投資，降低燃料成本，尤其是燃料 的物流成本，保證原料穩(wěn)定供應(yīng)，提高生物質(zhì)鍋爐燃燒效率和熱效率是生物質(zhì)發(fā)電能否健 康發(fā)展壯大的關(guān)鍵。
[0007] 此外，我國(guó)還是水電資源大國(guó)。截至2015年底，我國(guó)水電裝機(jī)容量突破3億Kw,占全 球的27%。我國(guó)水電資源主要集中在金沙江、雅蒼江、大渡河、欄滄江、烏江及長(zhǎng)江、黃河上 游其它地區(qū)。云南、貴州、四川、西藏、重慶的水電資源量約占全國(guó)的2/3。目前我國(guó)已建成投 產(chǎn)中小型水電站近10萬(wàn)座，總裝機(jī)容量近3000萬(wàn)Kw,占全國(guó)水電總裝機(jī)容量的10%，裝機(jī)利 用小時(shí)平均近3000h，年發(fā)電量約900億Kwh。作為清潔能源，為我國(guó)農(nóng)村電氣化和邊遠(yuǎn)地區(qū) 經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
[0008] 然而，水電發(fā)電量主要受控于天然來(lái)水，目前發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)低，豐水期(每 年6~10月，共5個(gè)月，下同）發(fā)電量較集中，平均出力占裝機(jī)容量的40%~100%，極限出力 達(dá)到105%，在水電集中區(qū)，由于區(qū)域降水集中，往往出現(xiàn)普遍超負(fù)荷發(fā)電情況，導(dǎo)致系統(tǒng)有 功過(guò)量，無(wú)功不足，平水期（每年5、11月，共2個(gè)月，下同）平均出力占裝機(jī)容量的20%~ 50%，枯水期(每年1~4和12月，共5個(gè)月，下同）平均出力占裝機(jī)容量的8%~30%。從多年 平均發(fā)電量來(lái)看，豐水期發(fā)電量約占全年發(fā)電量的60%~80%，平、枯水期發(fā)有功電量約占 全年發(fā)電量的20%~40%。豐枯矛盾突出，不少水電站甚至成為季節(jié)性發(fā)電站，枯水期因來(lái) 水量過(guò)小出現(xiàn)關(guān)口停產(chǎn)的狀況，水電站配套投資建設(shè)的輸變電設(shè)施在平、枯水期利用率非 常低?？傮w而言，我國(guó)水電站由于平水期、枯水期發(fā)電量少和配套投資建設(shè)的輸變電設(shè)施利 用率低，固定成本攤銷大，普遍處于微利或虧損狀態(tài)。
[0009] 水電站一般地處山區(qū)和丘陵區(qū)，周邊生物質(zhì)資源十分豐富，如何利用當(dāng)?shù)刎S富且 可膽存的生物質(zhì)資源，在水電站內(nèi)或附近增加生物質(zhì)發(fā)電裝置，在豐水期調(diào)相運(yùn)行，平、枯 水期發(fā)有功電量，提高水電站平水期和枯水期的供電量和資產(chǎn)利用率，盤活平、枯水期輸變 電設(shè)施近乎閑置的存量資產(chǎn)，緩減電網(wǎng)豐枯矛盾，降低生物質(zhì)發(fā)電裝置投資，降低生物質(zhì)原 料物流成本，既提高水電站經(jīng)營(yíng)效益，又增加水電站周邊農(nóng)牧民收入，達(dá)到精準(zhǔn)扶貧的效 果，實(shí)現(xiàn)水能資源、生物質(zhì)資源W及水電站存量資產(chǎn)的綜合利用和價(jià)值最大化，尚未見公開 報(bào)道。
[0010] 因此，如何提高水電站的平、枯水期發(fā)有功電量出力，提高其升壓站、輸電線路和 調(diào)度通訊系統(tǒng)等設(shè)施的利用率，同時(shí)改善經(jīng)營(yíng)狀況，提高水電站的勞動(dòng)生產(chǎn)率，成為了我國(guó) 水電領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供了水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的資源綜合利用 方法，在水電站內(nèi)或附近增加生物質(zhì)發(fā)電裝置，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置的裝機(jī)容量小于或等 于水電站裝機(jī)容量與水電站平、枯水期平均出力的差值；
[0012] 將水電站的控制保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)為皿DCS控制保護(hù)系統(tǒng)；
[0013] 給所述生物質(zhì)發(fā)電裝置的勵(lì)磁系統(tǒng)新增過(guò)勵(lì)功能，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置在豐水期 時(shí)按電網(wǎng)調(diào)度中屯、依據(jù)無(wú)功電量平衡所下達(dá)的調(diào)度令調(diào)相運(yùn)行W彌補(bǔ)電力系統(tǒng)無(wú)功功率 的不足，在平水期和枯水期，生物質(zhì)機(jī)組W高功率因數(shù)運(yùn)行，主要發(fā)有功電量，水電站機(jī)組 W低功率因數(shù)運(yùn)行，主要發(fā)無(wú)功電量。
[0014] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，生物質(zhì)發(fā)電機(jī)的額定電壓與水電站發(fā)電機(jī)的額定電壓一 致，并且所述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)與所述水電站發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行。
[0015] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置經(jīng)升壓后與水電站升高電壓母線并 網(wǎng)運(yùn)行。
[0016] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置與水電站發(fā)電裝置在送出線路處T 接或n接。
[0017] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置的裝機(jī)容量小于或等于水電站平、 枯水期輸變電能力的平均富余值，從而彌補(bǔ)水電站平、枯水期有功功率出力不足，并與平、 枯水期水電站富余輸變電能力相匹配。
[0018] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)年利用小時(shí)為3500~7000h。
[0019] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在豐水期收膽并利用水電站富余或低谷電量加工制備成 生物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)入爐料;在平、枯水期補(bǔ)充不足的入爐料。
[0020] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置包括原料系統(tǒng)、生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)和 汽輪發(fā)電機(jī)組，其中，所述原料系統(tǒng)所采用的生物質(zhì)原料包括農(nóng)作物賴桿、林業(yè)采伐廢棄枝 啞邊角材、薪炭材和竹類材料。
[0021] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電裝置包括原料系統(tǒng)、生物質(zhì)氣化爐系統(tǒng) 和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，其中，所述原料系統(tǒng)所采用的生物質(zhì)原料包括農(nóng)作物賴桿、林業(yè)采伐廢 棄枝啞邊角材、薪炭材和竹類材料。
[0022] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0023] 1、應(yīng)用本發(fā)明的方法，在水電站內(nèi)或附近增加生物質(zhì)發(fā)電裝置，其發(fā)電機(jī)額定電 壓與水電站發(fā)電機(jī)額定電壓一致并與水電站發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行，設(shè)計(jì)年利用小時(shí)3500~ 7000h，裝機(jī)容量小于或等于水電站裝機(jī)容量與水電站平、枯水期平均出力的差值，增設(shè)生 物質(zhì)發(fā)電機(jī)組的控制保護(hù)裝置，將水電站的控制保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)為皿DCS控制保護(hù)系統(tǒng)，設(shè)置 過(guò)勵(lì)功能，在豐水期可按電網(wǎng)調(diào)度中屯、依據(jù)無(wú)功電量平衡所下達(dá)的調(diào)度令調(diào)相運(yùn)行，在平 水期和枯水期，生物質(zhì)機(jī)組W較高的功率因數(shù)運(yùn)行，主要發(fā)有功電量，水電站機(jī)組W較低的 功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無(wú)功電量，從而實(shí)現(xiàn)水電站機(jī)組和生物質(zhì)機(jī)組生產(chǎn)能力的最大化發(fā)揮。 可提高水電站供電量40%~100%，提高水電站輸變電設(shè)施利用率40%~100%，降低水電 站輸變電單位固定成本20%~50%，減少生物質(zhì)發(fā)電裝置運(yùn)行管理人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率， 從而提高水電站和生物質(zhì)發(fā)電裝置的經(jīng)營(yíng)效益。如果全國(guó)50%的中小型水電站按本發(fā)明的 方法設(shè)置生物質(zhì)發(fā)電裝置，經(jīng)測(cè)算，每年可降低輸變電成本9~39億元;每個(gè)生物質(zhì)發(fā)電裝