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干货 |光热+光伏联合互补发电系统的可行性探索

光伏系统工程  来源:现代电力    2020/7/3 8:42:52  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:此前国家能源局发布的《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见(征求意见稿)》提出要“鼓励建设新一代电网友好型新能源电站……实现电源侧风光水火多能互补。”

而6月初水电水利规划设计总院发布的《关于征集可再生能源发展"十四五"规划重大基地和示范工程的通知》则将综合能源基地(可再生能源部分)和高比例可再生能源外送基地(可再生能源占比50%以上)等列入十四五有望获得重点支持的重大基地范畴。

在此背景下,近日甘肃、内蒙古等地区已纷纷将“风光互补发电基地”或发展“多种能源协同互补”写入地方性政府文件。

由此可见,未来综合多种可再生能源发电形式的多能互补项目的大规模部署或将成为我国新能源项目开发的主要趋势,而这也被很多光热业界人士认为是尚未完成首批示范却面临国补即将取消的中国光热发电行业的重要发展机遇。

从技术角度来看,可配置高性价比储热系统的光热与风电、光伏互补应用,能够保障出力的平滑性,为电网提供稳定的电源输出,优化风电和光伏的电能质量。

从经济角度来讲,采用“光热+”思路的多能互补系统能够减少弃风弃光,提高风光资源的利用小时数。在可再生能源大规模部署必须配置储能系统成为必然趋势的背景下,采用光热储热系统相比目前常规电池储能价格要便宜的多,且运行效率更高,损耗更低。

近年来,随着光热发电技术的不断发展,国内很多单位和研究机构也在积极探索光热与风电、光伏技术的互补发电机制,并从技术和经济性等多角度分析建设“光热+”联合发电系统的可行性。

本文整理了技术人员进行的“光热+光伏”互补发电系统的分析测算,以供参考。

一、光伏电站运行机理

大型光伏电站一般由多个供电单元组成,每个供电单元根据型号不同,额定发电容量也不同。各供电单元通过串并联组成光伏阵列,将经过光电转换产生的直流电经过二极管汇集到直流母线。其中通过跟踪控制策略确定发电过程中的最大功率,并通过脉宽调制,经逆变器将直流电变为满足质量要求的交流电,最终通过变压器升压并网。

二、光热电站运行机理

不同类型的光热电站发电原理相通,都是通过镜场对太阳能热量汇集,然后利用汇集的热量产生高温高压水蒸气,以带动汽轮机进而发电。

以槽式光热电站为例。集热部分主要由镜场(solarfiled,SF)与其中的导油管构成;储热部分(thermal storage,TS)分为热罐与冷罐;发电部分通过热力循环(power cycle,PC),由汽轮机进行发电。阳光充足时,镜场通过汇集太阳热能,对管中导热油进行加热,加热后的导热油一部分直接加热水产生高温高压水蒸气,带动汽轮机运行,一部分对冷罐中的二元硝酸盐(binarynitrate,BN)进行加热,将加热后的二元硝酸盐储存到热罐中。

阳光不足时,热罐中的二元硝酸盐加热导热油,后通过油水热量转换产生高温高压水蒸气,带动汽轮机运行,热罐中的二元硝酸盐温度降低,储存在冷罐中。可知,流入汽轮机的能量或从镜场直接获得,或从储热部分获得,或从两部分同时获得。

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图:能量流向图

由图得到光热电站中的能量平衡关系如下所示:

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光热电站中,汽轮机流入能量的大小与输出功率之间的关系如下:

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三、联合发电系统工作模式

光伏与光热发电具有天然的互补优势。光伏发电具有较强的日周期性,只能在白天进行发电,另外发电过程中受光照影响敏感,波动性强。而光热电站装机容量较传统火电厂小,但爬坡灵活性更优,最小经济出力小,另外又有储热装置起缓冲作用,可充分弥补光伏发电的波动,并且在夜晚时代替光伏继续发电,以达到光伏光热联合发电系统连续平稳发电的目的。

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图:光伏-光热联合发电系统结构

四、光伏-光热联合系统优化运行

1.多目标目标函数

光伏光热联合系统接入电力系统后,需要进行多目标优化。以太阳能消纳为主要目标,优先消纳光伏光热出力,再考虑火电机组的增发来满足负荷需求。同时也应使联合系统跟踪负荷性能最好为第2个优化目标,其中联合系统跟随负荷性能以净负荷波动程度来表示,净负荷由原有负荷与光伏光热系统输出功率差值来表示,波动程度则用平稳性指标来表示,如下所示:

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由于该优化问题有多个目标,在此采用min-max标准化方法对第1层的优化目标函数进行处理。

2.约束条件

太阳能光伏光热协调发电系统并网后要充分考虑其安全性以及可靠性,并满足以下约束。

①网络约束

忽略网络损耗,网络上的功率大小应满足以下约束:

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②光伏电站相关约束

各光伏电站满足输出功率约束:

7.webp.jpg

③光热电站相关约束

各光热电站满足以下约束条件:

8.webp.jpg

④火电厂相关约束

火电厂满足以下约束条件:

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投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
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