各类电源的技术经济特性与选择最优组合分析

各类电源具有不同的技术经济特性,在电力系统中发挥着不同的作用。应当通过详尽的技术经济论证,选择最佳的电源组合,充分发挥各类电源在电力系统中的作用,获得最大的经济效益和社会效益。以下简述各类电源的技术经济特性。

1.凝汽式火电

凝汽式火电机组在任何时候,只要有足够的燃料,在其出力变化允许范围内都能发电,是一种比较可靠的电源。机组年利用小时多,可供电量大,在满足负荷电量需求方面能发挥较大的作用。另外,相对于水电站,其建设期较短,有可能建在距负荷中心较近的地方,所需输电线路较短,电能输送损失较小。但是,此类机组对环境污染较严重,适应负荷变化能力较差,一是允许变化幅度有限,二是启停不灵活,增减负荷速度缓慢,三是变出力运行经济性较差。尖峰火电机组的调峰性能有所改善,但机组造价较贵,运行成本较高。

2.燃气轮机

燃气轮机组分简单循环和联合循环两种,它们的共同优点是建设周期短,投资省,运行比凝汽式火电灵活。但燃料受资源限制,燃料前期开发和运输投资大,运行成本高。简单循环燃汽轮机启停速度快,运行灵活,但效率较低,适合带尖峰负荷运行;联合循环机组由燃气轮机和汽轮机组成,汽机利用燃机尾气发电,机组效率较高,但运行没有简单循环灵活,适合带腰荷运行。

3.常规水电站

通常水电站建成发电,便完成了一次能源向电能的转换,相当于火电站从煤炭开采到运输到发电全过程。而且水能是可再生能源,又不污染环境。

水电机组启停快,运行灵活可靠,跟踪负荷变化能力强。一般从开机到满载运行只需1～3min。在旋转备用状态下,从技术最小出力到满载运行只需0.25～0.5min。可调幅度较大,一般可达额定出力的75%～80%。但水电站靠河川径流发电,受季节及气候变化影响大。土建工程工期较长,投资较大,有淹没损失和移民处理问题,过大的淹没也会造成生态环境的改变,产生不利影响,但有的形成人工湖泊后能改善小气候,产生正面影响。

另外,水电站调节性能差异很大,无调节能力的径流式水电站,丰、枯季出力相差悬殊,只能承担基荷运行。有调节能力的水电站,可以承担电力系统的峰、腰荷运行。调节性能大的水电站,还可进行季、年、甚至多年的水量调节。

4.抽水蓄能电站

抽水蓄能电站与常规水电站一样,具有启停迅速,运行灵活可靠的特点,它的可调幅度可以从+100%(满载发电)变到-100%(满载抽水),而且切换时间短,一般只需1～5min。它在电力系统中运行,既可顶替峰荷,又能吸收低谷出力,调峰作用大,跟踪负荷变化能力强。

抽水蓄能电站的调节水量在上、下水库中循环使用,不像常规水电那样依赖河川径流。水库规模相对较小,淹没损失相对较小。

抽水蓄能电站的运行经济性,在于它不但将廉价的低谷电能转换为宝贵的高峰电能所带来的经济利益,而且在于它改善了电力系统运行条件,提高了电力系统运行的可靠性、安全性及经济性。(www.xing528.com)

抽水蓄能电站一般建在河谷源头,与常规水电相比没有复杂的施工导流问题,受季节性影响较小,一般可全年施工,但地下工程较多,建筑物较分散。

5.潮汐电站

潮汐电站是利用潮汐能发电,是可再生能源,不消耗燃料,不污染环境,水库淹没损失小,可结合海湾航运、水产养殖及海涂围垦等综合开发。但利用水头较低,施工不便,单位千瓦投资较大。

潮汐电站运行受潮汐运动规律制约,每天的工作时间是变化的,其在电力系统中的工作位置呈周期(24 时50 分)性变化(每日后延50min)。需电力系统通过调节方可吸收其所产生的电能。潮汐电站不能起电网调峰作用,其装机容量多为重复容量。潮汐能月内、日内呈周期性变化,月际、年际之间变化很小。

6.核电站

核电站是利用原子核裂变释放能量发电,比燃烧反应释放的能量大得多,1kg 铀235 全部裂变所产生的能量相当于2500～2700t优质煤燃烧所释放的能量。一座装机容量600MW 的核电站,每天仅需消耗约3kg的铀235。因此核电站具有能量大,燃料运输量小的优点。

核电站可调幅度很小,一般只有额定容量的5%～15%,增减负荷速度十分缓慢,而且可调幅度和变出力速度,随着核燃料裂变过程进行而逐步衰减。另外,核电造价高,单位造价比前述各类电站都高。

7.风力发电站

风力发电站所利用的风力是一种取之不尽用之不竭的可再生能源,储量大,无污染,对环境影响小。但单机容量较小(国内目前安装的风力发电机组单机容量多为600～2500kW),发电出力受风力变化影响有一定随机性,对于小电网(电网容量小于10倍风电场装机容量)并网运行有一定难度。国外有人提出用风电生产氢气作为新能源使用,用这种能源转换的形式弥补风电出力与用电负荷在时间上分配不一致的缺陷,发展前景广阔。据《国际电力》介绍,美国能源部于1991年进行的全国风电资源调查报告称,仅北达科他州、堪萨斯州和得克萨斯州拥有的可利用的风能足可满足美全国的电力需求。

1991年以来风电机组设计方面的进步,使得风电机组可以在更低的风速下运行,并且轮毂高度增加,大大增加了可利用的风能资源。另外,由于加强了海上风能储量的评估,使可利用的风能资源猛增,不仅可以满足美国的电力需求,而且可以满足美国所有的能源需求。欧洲风能协会和绿色和平组织推断,世界风力发电的潜力是预计的2020年世界电力需求的2倍。

我国拥有漫长的海岸线,有相当多的浅海区,具有丰富的可开发的风电资源。国家已经颁布了《可再生能源利用法》,并要求各地详细调查风电资源,鼓励开发利用。国内一些大型电力集团公司十分关注风能开发。预计风力发电将会快速发展,风电场开发规模将逐渐加大。