一种风光气互补耦合发电系统及方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及发电领域，尤其涉及一种利用风电、
光伏发电、燃气发电互补耦合发电系统及方法。
背景技术
[0002] 近年来，在中国三北地区电
力市场容量富裕，燃机、抽
水蓄能等可调峰电源稀缺，
电网调峰与火
电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、
水电及核电等新
能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。
热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10％左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。
[0003] 随着全球能源消耗的趋于紧张，人们对环境的关注日益加强。能源短缺和环境污染已经成为影响人们生活和制约社会发展的重要课题，世界各国都在努力开发清洁的新能源。
[0004] 全球
可再生能源发电装机容量中风电占有压倒性优势，在被利用的可再生能源中
风能占了一半以上，而
风力发电也是可再生能源应用技术中最为领先的。近年世界风力发电高速增长，前景光明。
[0005]
太阳能作为一种清洁环保、储量无穷的自然能源，其在人类所利用的能源种类中所占比例变得越来越大，光伏和太阳能热发电的产品成熟度和发电效率越来越高，国
内核心光伏制造企业已经发布了光伏发电平价上网路线图，而光热发电在国内也越来越受行业的青睐，具有很好的能源利用效率和市场发展前景。
[0006] 但风力发电和光伏发电目前也存在一些问题。现有风力发电或光伏发电，由于受风力条件和光照条件的影响，其发电量随着光照及风力的改变而动态改变，因此其发电量是电网所不愿接受的不稳定电源，如何针对这两种不稳定发电装置，进行电网调峰是摆在所有区域电网管理者面前的一个难题。
发明内容
[0007] 本发明旨在提出利用调峰能力最强的燃气发电耦合上述风力发电和/或光伏发电，从而提出一种风光气耦合发电系统和方法，保证这三种发电系统的总发电量稳定输出，满足电网正常负荷需求。
[0008] 本发明通过以下技术方案实现：
[0009] 一种风光气互补耦合发电系统，其特征在于，包括互补耦合发电控制平台、风电光伏发电装置和燃气发电装置，所述互补耦合发电控制平台、风电光伏发电装置和燃气发电装置通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台对所述风电光伏发电装置和燃气发电装置发出的电力进行互补耦合，并将所述风电光伏发电装置和燃气发电装置发出的电力输送到区域电力网络，所述风电光伏发电装置包括风力发电装置和光伏发电装置中的至少一种。
[0010] 进一步，所述燃气发电装置包括
燃气轮机发电机、燃气
内燃机发电机、燃气
外燃机发电机、氢
燃料电池发电机或光热耦合燃气斯特林发电机中的至少一种。
[0011] 进一步，所述燃气发电装置使用的燃气为可燃气体，所述可燃气体来自于
天然气管道、天然气储罐、
电解制氢装置、
生物质供气装置、沼气供气装置、
焦炉煤气供气装置、
煤层气、油田伴生气中的任意一种或几种的组合。
[0012] 进一步，所述风力发电装置包括水平轴式风机或垂直轴式风机中的至少一种。
[0013] 进一步，所述太阳能光伏发电装置包括单晶
硅太阳能电池、
多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池或多元化合物太阳能电池中的任意一种。
[0014] 进一步，所述燃气发电装置为纯发电燃气机组、热电联产燃气机组、热电冷三联产燃气机组中的任意一种，对于热电联产或热电冷三联产燃气机组，机组可设置蓄冷或蓄热设施，并利用电网低谷电电制热或电制冷，补充满足热电或热电冷联产燃气机组供热或供冷的不足。
[0015] 进一步，所述燃气发电装置还带有可燃气体的储气装置，随时满足燃气发电装置的供气需求。
[0016] 进一步，还包括电网调度中心，所述电网调度中心与所述互补耦合发电控制平台、风电光伏发电装置和燃气发电装置通讯连接，所述互补耦合发电控制平台统一接受电网调度中心的调度指令。
[0017] 一种发电方法，其特征在于，所述的风光气互补耦合发电系统，通过以下步骤进行发电：
[0018] S1：通过所述互补耦合发电系统控制平台设定所述风光气互补耦合发电系统的总发电实时目标值；
[0019] S2：所述互补耦合发电系统控制平台根据当前时间点和未来时间段的风力资源和光照资源预测结果，设定燃气补充发电实时目标数值；
[0020] S3：判断所述燃气发电装置的燃气储气量是否充足，当判断结果为是，则执行步骤S4；当判断结果为否，燃气发电装置则跳转到步骤S7；
[0021] S4：接入所述风电光伏发电装置所有发电实时目标值P风光进入区域电网接入系统；
[0022] S5：计算燃气补足发电实时目标值P气＝P合-P风光；其中所述P合为所述风光气互补耦合发电系统的耦合发电实时目标值；
[0023] S6：调整所述燃气发电装置，提供燃气补足发电实时目标值P气；
[0024] S7：燃气储气量不足时，调用电网调峰电量；
[0025] S8：保证耦合发电系统总发电实时目标值满足电网需求。
[0026] 本发明利用不同发电方式的特点进行有机互补，充分利用白天光伏发电占主力，夜晚风力发电占上风，而中间时段或风力和光伏发电不足时段，利用储气罐或天然气管道存储的燃气，调节燃气发电装置进行发电总量的平衡调节，从而实现三者耦合的发电总实时目标值满足电网需求。
[0027] 具体来说，本发明具有以下优点：
[0028] 1.充分利用风力发电和光伏发电两种可再生能源发电方式，由于为耦合发电系统，可完全避免弃风弃光问题；
[0029] 2.利用燃气发电装置的负荷快速变动和调峰能力，保证三者耦合发电系统的稳定的电力输出；
[0030] 3.耦合发电系统配合电网调度中心，做到区域电网的负荷平衡调节作用。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1：本发明实施例的一种风光气互补耦合发电系统的第一示意图。
[0033] 图2：本发明实施例的一种风光气互补耦合发电系统的第二示意图。
[0034] 图3：本发明实施例的一种风光气互补耦合发电系统的第三示意图。
[0035] 图4：本发明实施例的一种发电方法的流程示意图。
[0036] 为进一步清楚地说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明：
[0037] 14、电网调度中心；15、互补耦合发电控制平台；16、升压站；17、第一
变压器；18、逆变器及变压器；19、第二变压器；20、风力发电装置；21、太阳能光伏发电装置；22、燃气发电装置。
具体实施方式
[0038] 为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述。其中，为了描述本发明风光气互补耦合发电系统的组成与连接关系，本发明
说明书附图中的实线表示电网线路连接，虚线表示通讯。
[0039] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0040] 如附图1、2、3所示，本发明提供了一种风光气互补耦合发电系统，包括互补耦合发电控制平台15、风电光伏发电装置和燃气发电装置22。所述风电光伏发电装置包括风力发电装置20和太阳能光伏发电装置21中的至少一种。
[0041] 所述互补耦合发电控制平台15、风电光伏发电装置和燃气发电装置22通过电力线路相互连接。所述互补耦合发电控制平台15对所述风电光伏发电装置和燃气发电装置22发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电装置20和太阳能光伏发电装置21和燃气发电装置22发出的电力通过第一变压器17、逆变器及变压器18、第二变压器19经由配电线路输送至升压站，再由升压站输送至电网线路。
[0042] 本发明提供的风光气互补耦合发电系统还包括电网调度中心14，所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、风电光伏发电装置和燃气发电装置22通讯连接。所述电网调度中心14用于向所述耦合发电系统控制平台15发出发电负荷需求值，从而将所述风光气互补耦合发电系统的总发电实时目标值与所述发电负荷需求值相互匹配。
[0043] 参见附图4，为了实现区域电网的负荷平衡调节的目的，本发明实施例还提供了一种采用本发明实施例所述的风光气互补耦合发电系统进行发电的方法，所述方法通过以下步骤进行：
[0044] S1：通过所述互补耦合发电系统控制平台设定所述风光气互补耦合发电系统的总发电实时目标值；
[0045] S2：所述互补耦合发电系统控制平台根据当前时间点和未来时间段的风力资源和光照资源预测结果，设定燃气补充发电实时目标数值；
[0046] S3：判断所述燃气发电装置的燃气储气量是否充足，当判断结果为是，则执行步骤S4；当判断结果为否，燃气发电装置则跳转到步骤S7；
[0047] S4：接入所述风电光伏发电装置所有发电实时目标值P风光进入区域电网接入系统；
[0048] S5：计算燃气补足发电实时目标值P气＝P合-P风光；其中所述P合为所述风光气互补耦合发电系统的耦合发电实时目标值；
[0049] S6：调整所述燃气发电装置，提供燃气补足发电实时目标值P气；
[0050] S7：燃气储气量不足时，调用电网调峰电量；
[0051] S8：保证耦合发电系统总发电实时目标值满足电网需求。
[0052] 优选的，本发明实施例提供的采用本发明实施例所述的风光气互补耦合发电系统进行发电的方法的步骤S1中，通过所述电网调度中心14，将发电负荷需求值发送至所述互补耦合发电系统控制平台15，再由所述互补耦合发电系统控制平台15设定所述风光气互补耦合发电系统的总发电量目标值。
[0053] 本发明实施例根据白天光伏发电占主力，夜晚风力发电占上风，而中间时段或风力和光伏发电不足时段的现实情况，利用燃气发电装置22进行发电量的平衡调节，从而保证三者耦合的总发电目标值满足电网需求，实现区域电网的负荷平衡调节。
[0054] 实施例1
[0055] 如附图1所示，本发明实施例提供了一种风光气互补耦合发电系统，所述风光气互补耦合发电系统包括电网调度中心14、互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20和太阳能光伏发电装置21和燃气发电装置22。所述风力发电装置20为风力发电机，所述太阳能光伏发电装置21为光伏发电板，所述燃气发电装置22为燃气轮机、燃气内燃机、燃气斯特林发电机三种任意一种。所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板以及燃气轮机、燃气内燃机、燃气斯特林发电机三种任意一种通讯连接，所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板以及燃气轮机、燃气内燃机、燃气斯特林发电机三种任意一种通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述风力发电机、光伏发电板以及燃气轮机、燃气内燃机、燃气斯特林发电机三种任意一种发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电机、光伏发电板以及燃气轮机、燃气内燃机、燃气斯特林发电机三种任意一种发出的电力输送到区域电力网络。
[0056] 所述燃气发电装置为纯发电燃气机组、热电联产燃气机组、热电冷三联产燃气机组中的任意一种，对于热电联产或热电冷三联产燃气机组，机组可设置蓄冷或蓄热设施，并利用电网低谷电电制热或电制冷，补充满足热电或热电冷联产燃气机组供热或供冷的不足。
[0057] 实施例2
[0058] 如附图3所示，本发明实施例提供了一种风光气互补耦合发电系统，所述风光气互补耦合发电系统包括电网调度中心14、互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20、太阳能发电装置21和燃气发电装置22。所述太阳能发电装置21为碟式光热斯特林发电机，所述燃气发电装置22为燃气斯特林发电，所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20、碟式光热斯特林发电机21和燃气斯特林发电机22通讯连接，所述互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20、碟式光热斯特林发电机和燃气斯特林发电机通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述风力发电装置20、碟式光热斯特林发电机和燃气斯特林发电机发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电装置20、碟式光热斯特林发电机和燃气斯特林发电机发出的电力输送到区域电力网络。
[0059] 实施例3
[0060] 本发明实施例提供了一种风光气互补耦合发电系统，所述风光气互补耦合发电系统包括电网调度中心14、互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20和太阳能光伏发电装置21和燃气发电装置22。所述风力发电装置20为风力发电机，所述太阳能发电装置21为光伏发电板或光热发电机，所述燃气发电装置22为
燃料电池发电机。所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板或光热发电机以及燃料电池发电机通讯连接，所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板或光热发电机以及燃料电池发电机通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述风力发电机、光伏发电板或光热发电机以及燃料电池发电机发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电机、光伏发电板或光热发电机以及燃料电池发电机发出的电力输送到区域电力网络。
[0061] 实施例4
[0062] 本发明实施例提供了一种风光气互补耦合发电系统，所述风光气互补耦合发电系统包括电网调度中心14、互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20和太阳能光伏发电装置21和燃气发电装置22和
蓄电池。所述风力发电装置20为风力发电机，所述太阳能光伏发电装置21为光伏发电板，所述燃气发电装置22为燃气发电机。所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板、蓄电池以及燃气发电机通讯连接，所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板、蓄电池以及燃气发电机通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述风力发电机、光伏发电板以及燃气发电机发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电机、光伏发电板以及燃气发电机和蓄电池放电输出的电力输送到区域电力网络。通过增加储能蓄电设备，可以使耦合发电系统更加灵活快速地利用蓄电池部分响应电网负荷需求。
[0063] 实施例5
[0064] 本发明实施例提供了一种风气互补耦合发电系统，所述风气互补耦合发电系统包括电网调度中心14、互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20，和燃气发电装置22。所述风力发电装置20为风力发电机，所述燃气发电装置22为燃气发电机。所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、燃气发电机通讯连接，所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、燃气发电机通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述风力发电机、燃气发电机发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电机、燃气发电机发出的电力输送到区域电力网络。
[0065] 实施例6
[0066] 如附图2所示，本发明实施例提供了一种光气互补耦合发电系统，所述光气互补耦合发电系统包括电网调度中心14、互补耦合发电控制平台15、太阳能光伏发电装置21，和燃气发电装置22。所述太阳能光伏发电装置21为光伏发电板，所述燃气发电装置22为燃气发电机。所述电网调度中心14与所述互补耦合发电控制平台15、光伏发电板、燃气发电机通讯连接，所述互补耦合发电控制平台15、光伏发电板、燃气发电机通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述光伏发电板、燃气发电机发出的电力进行互补耦合，并将所述光伏发电板、燃气发电机发出的电力输送到区域电力网络。
[0067] 实施例7
[0068] 本发明实施例提供了一种采用风光气互补耦合发电系统进行发电的方法。所述风光气互补耦合发电系统包括互补耦合发电控制平台15、风力发电装置20和太阳能发电装置21和燃气发电装置22。
[0069] 所述风力发电装置20为风力发电机，所述太阳能发电装置21为光伏发电板，所述燃气发电装置22为燃气发电机。
[0070] 所述互补耦合发电控制平台15、风力发电机、光伏发电板以及燃气发电机通过电力线路相互连接，所述互补耦合发电控制平台15对所述风力发电机、光伏发电板以及燃气发电机发出的电力进行互补耦合，并将所述风力发电机、光伏发电板以及燃气发电机发出的电力输送到区域电力网络。
[0071] 所述方法通过以下步骤进行：
[0072] S1：通过所述互补耦合发电系统控制平台设定所述风光气互补耦合发电系统的总发电实时目标值；
[0073] S2：所述互补耦合发电系统控制平台根据当前时间点和未来时间段的风力资源和光照资源预测结果，设定燃气补充发电实时目标数值；
[0074] S3：判断所述燃气发电装置的燃气储气量是否充足，当判断结果为是，则执行步骤S4；当判断结果为否，燃气发电装置则跳转到步骤S7；
[0075] S4：接入所述风电光伏发电装置所有发电实时目标值P风光进入区域电网接入系统；
[0076] S5：计算燃气补足发电实时目标值P气＝P合-P风光；其中所述P合为所述风光气互补耦合发电系统的耦合发电实时目标值；
[0077] S6：调整所述燃气发电装置，提供燃气补足发电实时目标值P气；
[0078] S7：燃气储气量不足时，调用电网调峰电量；
[0079] S8：保证耦合发电系统总发电实时目标值满足电网需求。
[0080] 显然，上述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，通过不同种类的风力发电机、光伏发电机或燃气发电机及蓄电池的排列组合，可以形成不同组合的耦合发电系统，其方法核心是保证耦合发电系统的发电总实时目标值满足电网需求，因此限于篇幅未在实施例中列举的其他组合耦合发电系统方案均属于本发明的保护范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下对这些实施例进行的各种变化、
修改、替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
