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风电发展全新途径—巨能风力热泵与热电厂联产系统

  最新发明技术“巨能风力热泵与热电厂联产系统”是基于两者联产过程可形成的独特优势效益依存关系的科学发现而提出,其实现了由“电网联产”到“电厂联产”的根本性转变,形成了风电的全新、广泛、巨大、便捷、廉价的发展途径。

  背景技术集合介绍

  ㈠巨能风力发电机组介绍:多形态巨能风力发电机组最新技术发明的介绍文章与图示已在2008.7.14.《科学时报》〈新能源周刊〉刊登。【多形态巨能风力发电机组】和其采用的【多形态巨能风力机】所拥有的全面优势性能还可用于“风力热泵”的应用方式上,从而形成【多形态巨能风力热泵机组】发明技术。

  ㈡热电厂的供热-冷却需求及其余热情况介绍:火电(包括:燃煤发电、燃气发电、燃油发电、生物质发电、垃圾发电、沼气发电等)、地热发电与核能发电均属热力发电,其是通过直接燃烧燃料或核裂变等方式形成巨大热量,通过蒸汽发生器形成高压水蒸汽气流推动汽轮机转动发电,因此该过程完成之后将产生长期稳定与十分巨大的剩余热量的排放,其一般通过冷却水携带输出,因此,在火力热电厂热能与电能的产生过程中,水起着极大的作用且需求量很大,如:一台12MW的机组在夏季每小时需消耗冷却水2350t—3850t,一台100 MW的机组每小时耗水量大约在20000t。目前冷却水携带出的热量通常采用直接排放的处理方式,回收利用率很低。全球范围的热力发电量占有比例在90%以上,因此造成巨大的热力能量排放与地球温室效应的形成。

  ㈢热泵技术性能介绍:与水泵提水一样,热泵的工作效应就是由低到高提升温度,其通过少量的热泵系统驱动能量的参与实现大量吸收外界“低温热源”中的热量,并且使之转换成为热泵系统的高温热量或热力共同输出,同时使被吸收的“低温热源”介质温度大幅度降低,因此热泵机组的配合参与恰可同时满足热电厂所需的低温冷却水和发电过程所需的高温加热热量,这为其参与热电厂的工艺流程可发挥双向需求与推动动力。热泵机组通常所需的驱动热量或能量与可从外界“低温热源”中吸取的热量的比例大致为2:8或3:7左右,随着技术进步与更加优质的热泵工质的发现,其单级热泵形成的温度提升差距还可继续增加。而且外界的低温热源可提供的热量温度越高、热泵系统工质吸收利用过程所需要的热泵驱动能量的需求量也就越低,吸收转换输出的温度也就越高,因此与利用自然界低温热源(如:吸取海水、河水中热量的“水源热泵”,吸取土壤中热量的“地源热泵”、吸取空气中热量的“气源热泵”)比较,将热电厂高温冷却水作为“低温热源”可提供巨大稳定的中高温度的热量吸取来源,并且可通过多级热泵系统的串联实现“热泵工质”吸收温度与输出温度之间的巨大幅度提升,现在多级热泵输出温度可达到120-140摄氏度,因此热泵系统可在热电厂内就地吸收废弃热量与就地转换输出发电热力反复应用,这对于热泵系统的规模化高效运行将发挥十分巨大的、效益独特的作用。

  热泵机组的运行驱动方式按工作原理分类主要有:压缩式热泵和吸收式热泵:前者目前是用电动机、内燃机等形成动力驱动热泵压缩机,使热泵工质在系统中循环流动;后者目前是用蒸汽、热水、燃烧等热量作为驱动力量,使发生器中的工质对(工质+吸收剂)溶液沸腾,在热泵中循环流动实现制热功能。而通过巨能风力机组的形成动力也可实现对“压缩式热泵机组”的驱动;或通过巨能风电机组的形成电力能量的电热转换实现对“吸收式热泵机组”的驱动。

  ㈣风力热泵与热电厂联产的优势:其实,任何并网传输的风电电能均没有纯粹单独的利用方式,其通常需要与火电或水电等其它电能形成方式在大电网系统内实现联产联动,以实现多方面的互补调控与调配。

  目前的风力发电方式均采用直接利用风电机组的风轮出力形成电流并同时完成电力输送,但是该过程需要实现对其风轮出力、转速的调控与对输出电力的调频、输送、调配、并网、离网、计量、定价等一系列的复杂工作与多方面的经常性协调与设备设施的建设、安装与维护,其成本费用占用相当比例的投资额度与日常运行支出,有些电网部门甚至还将单独上网风电看做“麻烦制造者”;而在任何热电厂中均拥有高效发电设备、电力输配送线路与运行调控能力,因此风电与热电的联产方式与其实现“电网联产”,不如实现“电厂联产”来的容易、来的经济。

  对于中国而言,绝大多数热电厂均建设在风力强盛的地区或是距离不是很远的区域,因此用巨能风力热泵机组的形成动力与能量直接参与到热电厂的产生工艺流程过程中,并使之成为一体化配合联产的设备系统将达到意想不到的、成效独特的、优势显著的、效益巨大的、容易实现的产业形成效益与环境友好效益。

  巨能风力热泵与热电厂联产系统

  1.形成方式:其巨能风力热泵有三种主要形成方式或布局形态:㈠由多形态巨能风力机提供动力直接驱动热泵系统压缩机形成压缩式巨能风力热泵机组。㈡由巨能风力发电机组发电与热泵系统电热装置配合形成吸收式巨能风力热泵机组。㈢由巨能风力发电机组发电与电动机连接转换,再由电动机与热泵系统压缩机配合形成转换压缩式巨能风力热泵机组。

  压缩式巨能风力热泵机组由于只能通过热泵工质在系统中循环流动进行能量的传输或是通过热力管路进行热力的传输,因此其一般用于风机与热电厂距离较近的配合安装选择。而吸收式和转换压缩式巨能风力热泵机组可方便通过单设的输电线路进行长距离连接传输,因此其风力机与热电厂之间的距离可较远,这可方便实现对风机安装地点的广泛优质选择,因此会更多采用。

  2.应用方式:其将风力热泵系统装置的热量吸取与热力输出结构,与热电厂发电设备流程中的散热装置与供热系统设备(散热与冷却装置主要包括:冷凝器、冷却循环水系统、锅炉烟气冷却与其净化等装置;供热装置主要包括:热电厂系统加热器、预热器、蒸发器等装置)分布配合安装,或在热电厂建设初始即实现一体化共同设计,其可使热电厂总体输出功率能量=原有数量燃料输出的能量+风电机组的能量+热泵吸收废弃余热的能量(见示意图)。

  3.储能方式:在所述的联产热电厂内,还可采用分别单独设置热电厂高、低温度冷却水储水设施的方式,方便低价地实现风能与热能的储能、蓄能、调控的目的,即:当风力减小或消除的时刻与时间阶段,可通过封闭保存若干个高温冷却水、开放预备的低温冷却水储备池的方式运行,等待风力强大时刻再开启高温冷却水用于提供风力热泵的吸取供热之用,这可以最低廉的另类相反的形式实现当前最难解决的风能储备与丰富时刻实现高效利用的问题,从此热电厂的废弃热量将成为其宝贵的资源。

  联产系统形成优势

  1.节省投资:由巨能风力(发电)机组输入热泵的能量可通过热泵机组对热电厂加热器、蒸发器的加热过程直接转换成为热电厂的输出能量,因此可使风力发电的形成能量直接转换成为热电厂的发电能量并共同输出,可使风能直接利用热电厂的输配电线路输送,这与风力发电电力直接入网传输方式比较,可使投资、建设、管理、应用方式极大程度的节省与减轻。

  2.简单操作:其与直接并网传输的风力发电形式比较,热泵系统中的巨能风电机组因为只是提供加热所需的加热电流或实现直流或交流电动机的基本运行,因此无需对输出电力进行频率、强度、稳定的严格要求与相关设备投入,因此可使风力利用方式与应用成本大幅度降低,从而开拓了风能利用的全新形式与比较效益形成。

  3.效益巨大:广泛高大分布建设的超级庞大多形态风力机组的风力热泵形成能量,完全可满足各种热电厂形成功率的调控配合需求,其系统循环往复运行可大幅度节省热力发电过程中的煤炭与其它燃料的消耗量及其造成的地球温室热量的排放程度,可快速大幅度提高风力能源的利用水平和其发电总量的占有比例。

来源:中国新能源网
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