技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种能源互补发电系统，特别是涉及一种燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统。
背景技术
[0002] 在环保要求日益严格，能源获取越来越复杂的形势下，开发利用新能源对解决当今世界环境污染与资源短缺问题，实现节能减排，缓解能源危机具有非常重要的意义。近年来，我国新能源产业进入了快速发展时期，政府重点支持了新能源发电，大
力推进
风电规模化发展，积极支持
太阳能光伏发电应用。国家能源局数据显示，从2010年到2016年全国
可再生能源发电装机容量从2.54亿千瓦增加到5.7亿千瓦，占全部电力装机总量的34.6％。截至2016年末，我国
水能、
风能和太阳能发电机组的总装机容量分别达到3.2亿千瓦、1.3亿千瓦和0.43亿千瓦，均居世界第一，
生物质能发电技术平稳发展，垃圾发电装机容量稳步提升。
[0003] 但是，必须看到，风能、太阳能、生物质等新能源发电虽具有清洁、无限量、可再生等优点，但也具有受环境影响大、容量小、独立向负荷提供可靠供电的能力弱、对
电网波动大等问题，由此导致“弃风”、“弃光”等问题日益突出。国家能源局数据显示，2016年我国平均弃风率17％，平均弃光率20％左右。新能源发电影响电网系统安全稳定的缺点是其发展中的主要障碍，如何解决以新能源发电为主导电源的电网安全性、
稳定性、可靠性等多方面的问题，是推进新能源成为未来的主导能源的关键，在能源问题逐步加剧与新能源快速发展的背景下具有重要的现实价值和意义。
[0004] 为了提高新能源输出的稳定性和可靠性，解决新能源发电消纳问题，化解弃风、弃光、弃水等现象，我国提出了多能互补的能源政策。所谓多能互补就是利用大型综合能源基地风能、太阳能、水能、煤炭、
天然气等资源组合优势，充分发挥流域
梯级水电站、具有灵活调节性能的火电机组的调峰能力，开展风光水火储多能互补系统一体化运行，提高电力输出功率的稳定性，提升电力系统消纳风电、光伏发电等间歇性可再生能源的能力和综合效益。
[0005] 目前国内已建、在建和拟建的多能互补工程主要采用两种模式，一种是面向终端用户电、热、冷、气等多种用能需求，以天然气分布式能源为主，采用天然气为主要
燃料带动发电设备运行，产生的电力供应用户，发电后排出的余热通过余热
回收利用设备向用户供热、供冷，大大提高整个系统的一次能源利用率，实现了能源的梯级利用。二是面向大型综合型电源基地，利用大型综合能源基地风能、太阳能、水能、煤炭、天然气等资源组合优势，推进风光水火储多能互补。互补的形式有多种，主要有：“风-风互补”，“风-光互补”，“水-光(风)互补”，“煤电-光(风)互补”，“抽蓄-光(风)互补”。
[0006]
专利(CN102882223B)提出了一种水风光和生物质多能集成互补发电方法及装置，其方法是以水能为主体，充分利用水电站特有的山谷风，就地利用太阳能、生物质及其他能相对集中的可再生能源，将它们聚集在水电站周围，以水电站低压交流
母线为接入点，组成以水电站为中心，水、风、光、生物质等多能集成互补发电系统。专利(CN106833782A)提出了一种多能互补的高效清洁能源系统及其应用，其方法充分利用火电厂、水电厂富余的发
电能力，将电网消纳不了的电能用于
电解水制氢设备中制取清洁燃料氢气，然后将氢气按比例混合到天然气中，供天然气分布式能源站使用。专利(CN105863963A)提出了一种多能互补发电机组，集成了风电、光伏发电、微型
燃气轮机、
燃料电池、蓄电厂、生物质发电，构建了多能互补的发电微网。专利(CN206149179U)提出了一种太阳能、风能多能互补的发电系统。
[0007] 通过对比上述技术及当前存在的多能互补集成优化示范工程可知，面向终端用户的多能互补模式主要是通过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网等方式，实现多能协同供应和能源综合梯级利用。该互补模式一般以城镇、产业园区、大型公用设施为供能对象，由于供能对象固定、供能体量相对较小、系统简单、运维方便，因而实施相对容易，效果比较明显，为目前国内已建、在建和拟建项目采用的主要形式。而对于分布远离城镇等终端用户、规模相对较大的风电、光电和小型水电，虽具备按照分布式能源模式集成互补向城镇、产业园区、大型公用设施供电的能力，但由于远离城镇、产业园等终端用户，不借助电网无法对其供电，无法规避其对电网的影响。利用大型能源基地的多种能源互补模式，虽可将规模相对较大的风电站、光伏电站与煤电、小型水电进行集成互补，但由于风电站、光伏电站装机容量相对较大，且互补后仍采用并联上网，其对电网的冲击和扰动仍无法消除。综上可知，目前尚无煤电与风电、光电等新能源发电机组有效的互补方式。实用新型内容
[0008] 本实用新型的目的是提出一种燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统，以减少电网中新能源发电所占比重，减小对电网的扰动，同时借助大型煤电这一终端用户吸纳新能源的发电，解决目前新能源发电面临的弃风、弃光、弃水的问题。
[0009] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统，所述多能互补发电系统包括燃煤发电机组与所述新能源发电机组，所述新能源发电机组包括
风力发电机构、太阳能光伏发电机构、生物质发电机构及水力发电机构，[0010] 所述燃煤发电机组产生的电力分两路，一路经主
变压器、
断路器升压至电网要求后输入电网线路，一路经断路器、高压厂用变压器降压后汇入自变厂用6kV母线，[0011] 所述电网线路另引入一路电经断路器和备用变压器接入备用厂用6kV母线，[0012] 所述新能源发电机组产生的电力经
架空电缆送至燃煤发电机组，所述燃煤发电机组内设有配电装置，所述配电装置将新能源发电机组输入的
电压、
频率和
相位相同的交流电汇总后经断路器、变压器将电压升降到厂用电相同的电压并接入外输厂用6kV母线。
[0013] 优选地，所述风力发电机构包括风力发电机、与所述风力发电机对应的箱式变压器、与所述箱式变压器相连接的第一低压配电装置、第一主变压器，所述第一主变压器两端均设有第一断路器。
[0014] 优选地，所述风力发电机产生的交流电经箱式变压器升压后并联汇入第一低压配电装置，汇集后的交流电再依次经第一断路器、第一主变压器、第一断路器升压至要求电压后送至燃煤发电机组。
[0015] 优选地，所述太阳能光伏发电机构包括太阳能光伏电池单元、与所述太阳能光伏电池单元对应的逆变器、与所述逆变器相连接的第二低压配电装置、第二主变压器，所述第二主变压器两端均设有第二断路器，所述太阳能光伏发电机构还包括直流升压器以及分别与所述直流升压器相连接的大型电容器组和
蓄电池组。
[0016] 优选地，所述太阳能光伏电池单元产生的直流电经分两路，一路经逆变器变为交流电后并联汇入第二低压配电装置，汇集后的交流电再依次经第二断路器、第二主变压器、第二断路器升压至要求电压送至燃煤发电机组；另一路直流电汇总后通过直流升压器升压后，分别进入大型电容组和蓄
电池组。
[0017] 优选地，所述生物质发电系统包括生物质
气化炉、与所述生物质气化炉相连接的生物质气化炉气体
净化装置、与所述生物质气化炉气体净化装置相连接的气化气体加压
贮存罐、与所述气化气体加压贮存罐相连接的燃气轮机，所述燃气轮机还连接有天然气气罐，所述生物质发电系统还包括与所述燃气轮机相连接的第三低压配电装置、第三主变压器，所述第三主变压器两端均设有第三断路器。
[0018] 优选地，所述生物质气化炉产生的气体经生物质气化炉气体净化装置净化后加压贮存在所述贮存罐内，并进入燃气轮机燃烧带动发电机旋转发电；所述燃气轮机带动发电机产生的电力依次经第三低压配电装置、第三断路器、第三主变压器、第三断路器升压至要求电压送至燃煤发电机组。
[0019] 优选地，当生物质气化气不足时，采用天然气气罐内的天然气掺烧。
[0020] 优选地，所述水力发电系统包括水库、
水轮机、抽水蓄能装置、与所述水轮机相连接的第四低压配电装置、第四主变压器，所述第四主变压器两端均设置有断路器。
[0021] 优选地，所述水轮机带动发电机产生的电力依次经第四低压配电装置、第四断路器、第四主变压器、第四断路器升压至要求电压送至燃煤发电机组。
[0022] 基于上述技术方案，本实用新型的优点是：
[0023] 本实用新型的燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统集成了目前多能互补的两种模式，具体是将大型煤电作为风电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组的终端用户，煤电以厂用电的形式梯级分层地消纳附近风电、光伏发电、生物质发电产生的电力，从而减少电网中新能源发电所占比重，减小新能源负荷波动对电网的扰动，同时，借助大型煤电这一终端用户吸纳新能源的发电，解决目前新能源发电面临的弃风、弃光、弃水问题和煤电与风能、光能及生物质能等新能源发电互补难的问题。
[0024] 与
现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0025] 1、有效地消纳了新能源发电，解决目前新能源面临的弃风、弃光、弃水的问题；
[0026] 2、降低网上新能源发电的上网比例，解决了新能源发电随机性大对电网的扰动；
[0027] 3、以煤电为中心，整合四周的风、光、水、生物质等可再生能源，在小区域范围内构建多能互补的发电基地，相对于基于大型综合能源基地的多能互补方式，具有系统简单、性能可靠的特点，更易实施推广的特点。
附图说明
[0028] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本
申请的一部分，本实用新型的示意性
实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
[0029] 图1为燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统示意图；
[0030] 图2为风力发电机构示意图；
[0031] 图3为太阳能光伏发电机构示意图；
[0032] 图4为生物质发电机构示意图；
[0033] 图5为水力发电机构示意图。
具体实施方式
[0034] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0035] 本实用新型提供了一种燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统，如图1～图5所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。本实用新型的多能互补发电系统不仅降低了电网中新能源发电所占比重，减小对电网的扰动，同时借助大型煤电这一终端用户吸纳新能源的发电，解决目前新能源发电面临的弃风、弃光、弃水的问题。
[0036] 具体地，如图1所示，所述多能互补发电系统包括燃煤发电机组G1与所述新能源发电机组，所述新能源发电机组包括风力发电机构G2、太阳能光伏发电机构G3、生物质发电机构G4及水力发电机构G5，所述燃煤发电机组G1产生的电力分两路，一路经主变压器1-2、断路器1-1升压至电网要求后输入电网线路，一路经断路器1-1、高压厂用变压器1-3降压后汇入自变厂用6kV母线，所述电网线路另引入一路电经断路器1-1和备用变压器1-4接入备用厂用6kV母线，所述新能源发电机组产生的电力经架空电缆送至燃煤发电机组G1，所述燃煤发电机组G1内设有配电装置1-5，所述配电装置1-5将新能源发电机组输入的电压、频率和相位相同的交流电汇总后经断路器1-1、变压器1-6将电压升降到厂用电相同的电压并接入外输厂用6kV母线。
[0037] 为了降低日渐增多的新能源发电对电网调度的影响，本实用新型将大型煤电作为新能源发电机组的终端用户，新能源机组产生的电力不直接输入电网，而是直接输入大型煤电的厂用电系统。大型煤电消纳新能源发电机组的负荷波动至少电厂负荷的5％左右，并将最终产生的电力直接输入电网。
[0038] 为降低接入煤电的新能源特指风电、光伏发电发电机组负荷波动对煤电厂用电系统的影响，采取了如下三个措施：一是在系统中并入生物质发电系统和调峰能力强的小型水电系统，并入的生物质发电系统是采用生物质气化气发电，具有调峰能力强的特点。二是在
光伏发电系统中增设了大型电容组和蓄电池组，用于调整风、光发电的波动。三是将煤电产生的电力和电网上的电作为厂用电系统的备用电。
[0039] 如图2所示，所述风力发电机构G2包括风力发电机2-1、与所述风力发电机2-1对应的箱式变压器2-2、与所述箱式变压器2-2相连接的第一低压配电装置2-3、第一主变压器2-5，所述第一主变压器2-5两端均设有第一断路器2-4。优选地，所述风力发电机2-1产生的交流电经箱式变压器2-2升压后并联汇入第一低压配电装置2-3，汇集后的交流电再依次经第一断路器2-4、第一主变压器2-5、第一断路器2-4升压至要求电压后送至燃煤发电机组G1。
[0040] 如图3所示，所述太阳能光伏发电机构G3包括太阳能光伏电池单元3-1、与所述太阳能光伏电池单元3-1对应的逆变器3-2、与所述逆变器3-2相连接的第二低压配电装置3-3、第二主变压器3-5，所述第二主变压器3-5两端均设有第二断路器3-4，所述太阳能光伏发电机构G3还包括直流升压器3-7以及分别与所述直流升压器3-7相连接的大型电容器组3-8和蓄电池组3-6。优选地，所述太阳能光伏电池单元3-1产生的直流电经分两路，一路经逆变器3-2变为交流电后并联汇入第二低压配电装置3-3，汇集后的交流电再依次经第二断路器
3-4、第二主变压器3-5、第二断路器3-6升压至要求电压送至燃煤发电机组G1；另一路直流电汇总后通过直流升压器3-7升压后，分别进入大型电容组3-8和蓄电池组3-6。
[0041] 如图4所示，所述生物质发电系统G4包括生物质气化炉4-1、与所述生物质气化炉4-1相连接的生物质气化炉气体净化装置4-2、与所述生物质气化炉气体净化装置4-2相连接的气化气体加压贮存罐4-3、与所述气化气体加压贮存罐4-3相连接的燃气轮机4-5，所述燃气轮机4-5还连接有天然气气罐4-4，所述生物质发电系统G4还包括与所述燃气轮机4-5相连接的第三低压配电装置4-6、第三主变压器4-8，所述第三主变压器4-8两端均设有第三断路器4-7。优选地，所述生物质气化炉4-1产生的气体经生物质气化炉气体净化装置4-2净化后加压贮存在所述贮存罐4-3内，并进入燃气轮机4-5燃烧带动发电机旋转发电；所述燃气轮机4-5带动发电机产生的电力依次经第三低压配电装置4-6、第三断路器4-7、第三主变压器4-8、第三断路器4-7升压至要求电压送至燃煤发电机组G1。优选地，当生物质气化气不足时，采用天然气气罐4-4内的天然气掺烧。
[0042] 如图5所示，所述水力发电系统G5包括水库5-1、水轮机5-2、抽水蓄能装置5-3、与所述水轮机5-2相连接的第四低压配电装置5-4、第四主变压器5-6，所述第四主变压器5-6两端均设置有断路器5-5。优选地，所述水轮机5-2带动发电机产生的电力依次经第四低压配电装置5-4、第四断路器5-5、第四主变压器5-6、第四断路器5-5升压至要求电压送至燃煤发电机组G1。
[0043] 本实用新型的多能源互补发电系统将燃煤发电机组作为风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组的终端用户，将风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组产生的电力输入燃煤发电机组。大型煤电厂用电系统使用新能源发电机组产生的电力，大型煤电消纳新能源发电机组的负荷波动，并将最终产生的电力直接输入电网。
[0044] 所述风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组产生的电力经变电、配电后是具有相同电压、频率和相位的交流电，满足在煤电内汇并的条件。所述风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组在煤电内的并网接入点为煤电内的厂用6kV配电母线。
[0045] 本实用新型的燃煤发电机组与风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组的多能互补发电系统运行方法可参照如下方式：
[0046] 优先保证风电、光伏发电所有电量输入煤电，生物质能发电系统和水电系统处于备用或最低负荷运行状态；当风电和光伏发电量不满足煤电厂用电需求时，不足的电量有两种途径补充，一是充分利用水电站和生物质发电机组的调峰灵活的特点，快速提高水电站和生物质发电机组的出力，另一种方式是启动太阳能光伏发电系统中的大型电容组和蓄电池组，向煤电输电；当新能源发电机组发电量连同水电站及生物质发电量总和仍不足以满足煤电系统厂用电需求时，通过启动高压厂用变压器向厂用电系统输电。当新能源发电机组的发电总负荷大于等于大型煤电厂用电需求时，多余的电力有两种用途，一是用于水力发电机构抽水蓄能，将电力以水
势能的形式储存，另外一种方式就是将部分光伏发电系统的电力直接储存在大型电容组和蓄电池组中，依此平衡厂用电量与新能源发电量之间的匹配关系。为了保证厂用电系统的安全性，增设了备用变压器，将电网的高压电降压送入厂用电系统。
[0047] 本实用新型的燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统集成了目前多能互补的两种模式，具体是将大型煤电作为风电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组的终端用户，煤电以厂用电的形式梯级分层地消纳附近风电、光伏发电、生物质发电产生的电力，从而减少电网中新能源发电所占比重，减小新能源负荷波动对电网的扰动，同时，借助大型煤电这一终端用户吸纳新能源的发电，解决目前新能源发电面临的弃风、弃光、弃水问题和煤电与风能、光能及生物质能等新能源发电互补难的问题。本实用新型的多能互补发电系统与现有技术方案相比，具有以下优点和效果：
[0048] 1、有效地消纳了新能源发电，解决目前新能源面临的弃风、弃光、弃水的问题；
[0049] 2、降低网上新能源发电的上网比例，解决了新能源发电随机性大对电网的扰动；
[0050] 3、以煤电为中心，整合四周的风、光、水、生物质等可再生能源，在小区域范围内构建多能互补的发电基地，相对于基于大型综合能源基地的多能互补方式，具有系统简单、性能可靠的特点，更易实施推广的特点。
[0051] 为了更清晰地说明本燃煤发电机组与新能源发电机组的多能互补发电系统，以现有
发电厂为
基础，举例说明燃煤发电机组与新能源发电机组多能互补的方法和系统组成。以我国沿海地区的大型燃煤电厂为例。大型燃煤电厂位于海边，风电机组和光伏发电机组建在沿海的山地和盐
碱滩上。同时，利用电厂四周有多个自然村，种植的
农作物以水稻和
甘蔗为主，山周围种植桉树等，具有丰富的生物质资源，用于生物质发电的燃料。本实施例中选取的燃煤发电机组、风电机组、水电机组及光伏发电机组的参数如下：
[0052] 1、燃煤发电机组G1参数：
[0053]
[0054]
[0055] 2、风力发电机构G2参数：
[0056]序号 项目 参数
1 总装机容量 36MW
2 风电机组台数 25台
3 风机配变压器
型号 SCB9-1250/10.5
额定容量 1250kVA
电压比 10.5/0.69kV
电流比 68.81/1047.16KA
4 主变
型号 SZ11-31500/110
额定容量 31500kVA
电压比(高压侧/低压侧) 121±2x2.5％/10.5kV
电流比(高压侧/低压侧) 150.48/1734.1
[0057] 3、太阳能光伏发电机构G3参数：
[0058]
[0059]
[0060] 4、水力发电机构G5参数：
[0061]序号 项目 参数
1 总装机容量 27.5MW
2 水轮机 15MW、12.5MW
3 发电机 TS-286/115-12
4 主变压器2台
型号 SF3-20000/121
额定容量 20MWA
额定电压(高压侧/低压侧) 121±2x2.5％/6.3kV
[0062] 本实施例中燃煤发电机组G1的厂用电率大约5％，厂用电系统的用电量范围为14～30MW。煤电机组四周风电、水电、光伏电站的装机容量分别为36MW、27.5MW和10.05MW，生物质发电机组装机容量为10MW，新能源总装机容量83.55MW，满足煤电机组厂用电系统供电需求。
[0063] 本实施例中风力发电机2-1产生的0.69kV交流电经箱式变压器2-2升压到10.5kV后并联汇入第一低压配电装置2-3，汇集后的交流电再经第一断路器2-4、主变压器2-5、第一断路器2-4升压至110kV送至燃煤发电机组G1。
[0064] 本实施例中的太阳能光伏电池单元3-1产生的直流电经分两路，一路经逆变器3-2变为315v的交流电后并联汇入第二低压配电装置3-3，汇集后的交流电再经第二断路器3-4、第二主变压器3-5、第二断路器3-4升压至110kV送至燃煤发电机组G1；另一路直流电汇总后通过直流升压器3-7升压后，分别进入大型电容组3-8和蓄电池组3-6。
[0065] 本实施例中的生物质气化炉4-1产生的气体经净化装置4-2净化后加压贮存在贮存罐4-3内，然后进入燃气轮机4-5燃烧带动发电机旋转发电；为了保证生物质发电系统的调峰能力，配置了天然气气罐4-4，当生物质气化气不足时，采用天然气掺烧；燃气轮机4-5带动发电机产生的电力经第三低压配电装置4-6、第三断路器4-7、第三主变压器4-8、第三断路器4-7升压至要求电压送至燃煤发电机组G1。
[0066] 本实施例中的水轮机5-2带动发电机产生6.3kV交流电经第四低压配电装置5-4、第四断路器5-5、第四主变压器5-6、第四断路器5-5升压至110kV电压送至燃煤发电机组G1。
[0067] 本实施例中的燃煤发电机组G1产生的20kV交流电分两路，一路经主变压器1-2、断路器1-1升压至500kV电网要求压力输入电网线路，一路经断路器1-1、高压厂用变压器1-3降压至6kV汇入自变厂用6kV母线。为了提高厂用6kV电的供电可靠性，从电网线路引入一路电经断路器1-1和备用变压器1-4接入备用厂用6kV母线。所述新能源发电机组产生的110kV交流电经架空电缆送至燃煤发电机组G1，在煤电内设置一台配电装置1-5将各新能源发电机组输入的电压、频率和相位相同的交流电汇总，然后经断路器、变压器1-6将电压升降到6kV接入外输厂用6kV母线。
[0068] 本实施例中风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组产生的电力经变电、配电后是具有相同电压(110kV)、频率(50Hz)和相位的交流电，满足在煤电内汇并的条件。所述风电、水电、光伏发电、生物质发电等新能源发电机组在煤电内的并网接入点为煤电内的厂用6kV配电母线。
[0069] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行
修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型
请求保护的技术方案范围当中。
