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主题：【原创】综合思路利用新能源之一 风力-煤炭联合发电 修订 -- hansens
家园 【原创】综合思路利用新能源之一 风力-煤炭联合发电 修订 综合利用新能源的思路
各种能源有各种不同的特点，以综合协调的思路来利用能源，是能源利用的必由之路。这里提出几个综合利用风能的思路
风能是现阶段在水能之后第二个可大规模低成本开发的能源，装机成本已经低于火电，但是风能也有一些固有的缺点，主要有能量密度低、分布不均衡、风力不稳定。
中国风能的特点：
1、蕴藏量大：中国的陆地可开发风能约为8亿千瓦，其中大约一半在内蒙有3-4亿千瓦时，接近现在国内发电装机量5亿千瓦时
2、由于风电的不稳定性（很可能在用电高峰的时候完全没有风、完全无法控制风电功率），风电占电网容量的比例不能超过10%。按照2008年华北电网装机容量为1.4亿千瓦计算（网内绝大部分为火电，西电东送约2000万千瓦，也大部分是火电）能入网的电量小于1400万千瓦。导致内蒙的风能大部分无法利用。
3、由于风电的不稳定性，不适合长距离输电（一方面是浪费输电线路容量，一方面是远距离电源的不稳定性，更容易导致电网浪涌之类的不稳定性）。
一、 风能、煤炭联合发电： 基本思路是用最简单的直流风电机，风电场直流输送到火电站，用风电给锅炉的循环水加热，燃煤锅炉根据水温情况补充加热（保持出口温度的温度），推动汽轮机发电。
外链图片需谨慎，可能会被源头改该方式有以下优点
优点：
1、 风电机、风电场设计制造简单。由于整个风电场的负载只用于加热水，实质上负载就是一个电阻（相当于整个风电场来烧一个热得快，对风电场发电量从0-100%的各种情况都完全的鲁棒，并且对电压、电流的波动完全不敏感）。所以风电机风电场不需要复杂的频率同步、虚功平衡等电协调系统，制造简单成本低，并且不存在与电网适配的问题。
2、 可以保证稳定输出：系统以燃煤锅炉来平衡风电场的功率不稳定性，以此保证稳定的输出。整个系统相当于把原来的燃煤锅炉改造为两级锅炉，第一级用风电（不稳定），第二级用燃煤（根据第一级的功率情况调整燃烧功率），用第二级的可调整性保障整体输出的稳定性。
3、 在技术上与传统的燃煤电厂保持高度的继承性，实际上只是需要在传统燃煤电厂循环过程进行微调就行（增加电加热预热和提高燃煤锅炉的可调性这两部分都在技术上都比较简单）。
但是该方案也有一些缺点：
1、 直流发电风电场只能专用，难以直接接入电网。
2、 与风电直接上网相比，有一个电能-热能-电能的转换过程，能量损失预计要超过60%。
3、 一个100万千瓦的风电-燃煤混合机组可能只能配套一共50万千瓦的风电场（这部分为估计，因为考虑到燃煤锅炉可能只能在50%-100%火力之间调节，因此一个100万千瓦的机组只能配套一个50万千瓦的风电场），配套成本很高。
发展构想：
内蒙古，不仅仅是中国风电资源最丰富的地区（可开发风电资源4亿千瓦时），而且也是煤炭资源丰富的地区（2008年内蒙煤炭探明储量为6583.40亿吨，居全国第一），并且和京津塘华北负载中心比较接近，非常适合建立这样的联合循环电厂。
中国的风电分布
外链图片需谨慎，可能会被源头改内蒙古煤矿分布
外链图片需谨慎，可能会被源头改有此得天独厚的资源，可以在内蒙建立风电场-----以近距离直流输电到煤矿的坑口电厂---- 以风电、煤炭联合电厂输出稳定的电流输送到临近的京津地区负载中心。
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家园 外行问下，电解铝，电解铜呢？ 家园 【原创】风力-煤炭联合发电 【重大修订】 这两天去图书馆翻了翻书，其实这个思路的本质是要求建立快速可调配套火电能力，来平衡风电的不稳定性。
因此，能否按照这样的思路设计专门的火电站来快速调节风力的变化？
思路：
1、风力场的直流电输入电站后，大部分以直流--交流的方式接入电网，少部分送入锅炉加热。通过电力在两者之间分配，可以把风电的变化率减小60%。（比如风电总输入为100万千瓦，其中70万千瓦直接输出，30万千瓦加热锅炉水的情况下总的电输出为80万千瓦；如果风电输入下降了30万千瓦（总输入为70万千瓦）这种情况下可以改变分配方式为，直接输出70万千瓦、加热输出0万千瓦，总的电输出为70万千瓦）只下降了10万千瓦，也就是说可以在一定容量范围内把风电的波动减少2/3，变为1/3的煤电功率波动。
该方式实际上是以用于加热部分的电能作为缓冲电能，来提高放大（3倍）燃煤锅炉的调节速度，平衡中等时间段（10分钟）的风电波动。
比如：风电增加的情况下，可以把增加的风电全部用于加热，这样只增加了1/3的电功率变化幅度。锅炉只需要减少1/3的功率变化幅度就能平衡风电增加的情况。
在风电减少的情况下，可以把原来用于加热的风电抽调出来用于直流--交流转换输出，保持直流输出不变，加热功率下降输入变化率的1/3，这样锅炉只需要增加1/3的功率变化幅度就能平衡风电减少的情况。
2、设计大容量汽包，以大容量热水蓄热能力来快速平衡1-2分钟内的快速风电变化。（预计能平衡1-2分钟内10%的功率变动）
3、系统能以5%的电加热功率，长时间保持锅炉、管道、汽包、汽轮机系统处于热机状态
4、 通过预燃燃烧、优化炉膛设计、再燃、可调风道出风口、等离子点火、电加热空气预热、辅助水循环等现有技术基础上进一步综合研发有可能做到锅炉在10%-100%之间稳定燃烧，功率调节速度为10%/分（现有的锅炉稳定燃烧一般在30%-100%之间，功率调节速度一般在5%/分）。
该系统特点
1、长时间保持锅炉热机状态
由于外部低成本能源的输入，整个锅炉系统预计可以用5%的风电电能，使整个锅炉--汽轮机系统保持在热机状态。
2、快速响应能力
通过调节分布在省煤器、水冷壁、再热器甚至汽包炉等不同位置的电加热装置，可以更好的做到热平衡、热应力控制、各环节温度主动控制，提高汽轮机的响应能力和响应速度。
3、功率调节：
1、以大容量汽包炉的蓄热能力，可以在1-2分钟内平衡10%的功率变动。
2、通过调整电能在直接转换输出和直接加热之间的分配比例，可以把调节速率放大3倍（相当于热-电转换效率的倒数，按照热效率33%计算），如果煤锅炉的调节率为5%/分（现有的锅炉水平），那么一定容量范围内可以调节15%/分的风电波动。如果煤锅炉的调节率为10%/分（专门设计的锅炉），那么一定容量范围内可以调节30%/分的风电波动。
通过以上的特点综合运用可以以下的方式运行：
1、最大利用风电稳定输出的模式
例如：100万千瓦的风电直流进入电厂，其中70万千瓦以直流-交流转换直接输出，另外30万千瓦对锅炉水进行加热（30万千瓦的电加热功率能产生10万千瓦的电输出）风电总输出最大是80万千瓦电功率。总效率是80%（由煤炭提供另外20万千瓦的功率）。这种状态下，只需要20%的煤炭就可以完成100万千瓦的输出。（其中风电直流-交流转化为70万千瓦，汽轮机输出为30万千瓦）。系统可以短时调节能力30%/分（总调节容量30万千瓦），持续调节能力10%/分。可以在风电输出从0-100万千瓦的情况，均稳定输出100万千瓦的额定功率。
该方式的风电利用效率为80%。并且对电网无影响。
2、两班制运行方式
利用5%的风电功率，在夜间保持锅炉--汽轮机系统为热机状态，使系统可以低成本的以两班制运行（白天全功率，夜晚热机无输出），提高电网调峰能力。
3、备用热机
利用风电，可以低成本保持更多机组在热机状态，快速投入调峰运行，提高电网调峰能力。该机组的调节范围高达
4、快速调节电厂
在风能稳定的情况下，可以利用机组的快速调节能力，承担电网调节功能。
5、电厂内多机组综合调节
多个风电混合机组综合协调，比如
1、在夜间小负载情况下，多数机组进入热备机状态，集中风电供给少数机组发电。
2、在承担电网调节的情况下，平均分配风电到多个机组，利用该系统3倍的功率调节能力，对电网进行调节
3、风电不足的情况下，可以把风电尽可能多的用于直流-交流转换，减少风电加热的损失。
4、风电充足的情况下，可以把风电尽可能多的用于加热，减少煤炭的使用。
5、多个风电场电力综合调节，可以更好的平衡风力情况。
优点：
1、该系统可以在最低效率为80%的情况下，把大范围变动的风电通过煤电平衡，输出为稳定的功率。高于现阶段抽水蓄能电厂60%-70%的效率。在风能较少的情况下，通过减少风电用于加热的比例，系统效率最高可以接近100%。
2、该系统具备大负载范围的调节能力，对于电网调峰有重要意义，尤其是在缺少水电和抽水蓄能电厂的华北地区。
3、减少机组启停机次数，提高寿命，降低消耗。
4、系统的快速，多参数可调，对于电网调频可以起到重要作用。
5、由于中国天然气紧缺，用燃气电厂进行调节的成本过高和核电站的特性基本不能用于调峰。现阶段北方电网调峰，大部分是用燃煤电厂。燃煤电厂大范围调峰会较大程度的影响燃煤电厂的经济性（新电厂的调节能力一般再50%-100%，但是高效部分只有80%-100%），因此该系统的调峰能力对于电网来说也是很重要的。
请大家多提意见。
另外，现在
家园 照此思路，还可使用风水-水利联合发电 风电可用于抽水蓄能。如何？
家园 这个想法已经接近成熟了 利用水的势能来存储电，很早就有人提，似乎也有应用的例子了。效率似乎不错。
我今年见过一份利用水库存储用电低峰时候多余的发电量的设计，也挺有趣。
家园 抽水蓄能也有局限 利用水的势能来存储电，很早就有人提，似乎也有应用的例子了。效率似乎不错。
我今年见过一份利用水库存储用电低峰时候多余的发电量的设计，也挺有趣。
抽水蓄能电站，很成熟的技术了，国内最强的是 天荒坪 抽水蓄能电站（6台30万千瓦机组），我在图书馆看过这个工程的专著。
抽水蓄能电站在最有利的情况下，综合效率可以达到80%，不过多数情况下只能是60%---70%。也就是说100份的电，要损失30%--40%。
所以这东西，还是主要用于调峰。大规模的电能存储，实在是一个难题，抽水蓄能算是现阶段最好的一种了
家园 效率可能比较低。 风能->电能->机械能->势能->电能
绕好大一个圈。
飞轮储能怎么样？
将飞轮与叶轮通过一个无级变速装置直联，把风能直接存储于飞轮中。
风能->飞轮->电力 起码可以改善输出稳定性。
