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    • 风力-太阳能光热互补发电技术研究

        摘    要:

        分析了风力-太阳能光热互补发电技术,根据风力发电和太阳能光热发电的特征,可提高风力-太阳能光热互补发电利用率,保障电网的稳定性,发挥节能减排作用。

        1 我国风电、太阳能光热发电行业现状

        我国风力发电主要集中在东部沿海和甘肃等地区,西部地区是风力发电的集中区域,在资源丰富地区向中部和东南部地区输送,这些地区的电力负荷比较大。我国风力资源具有较高的集中度,风力发电的规模较大且和负荷中心距离较远,资源地区的市场规模较小,很难在本地消化。因为风力发电模式具有波动性和间歇性,风电并网需要设置调峰导员,我国风电资源集中的地区电源结构比较单一,缺乏调峰能力,因为电网缺乏长距离输电的能力,引发风电上网问题,限制了风力发电效果,部分风电出力因此受到影响,引发弃风问题。目前虽然可以缓解弃风问题,但无法在根本上解决电网调峰问题,当地风力发电消纳能力仍旧有待提升。

        在我国太阳能发电政策规划过程中,逐渐突出了太阳能光热发电的作用,也提高了光热发电产业化发展。在太阳能光热发电过程中需利用吸热器和反射镜以及导热介质等设备。其中导热介质主要是利用水和导热油以及熔盐等物质。因为熔盐居于广泛的温度范围,蒸汽压力也比较小,使用成本比较低,在使用过程中不会产生污染,具有安全性和可靠性,可节省投资成本。西班牙某电站配置熔盐储能系统,这也是世界上第一座太阳能发电站可持续工作24小时。随着时间的变化,太阳能辐射也会发生显著的变化,增强太阳直接辐射的过程中储能单元开始发挥储能作用,降低太阳能直接辐射的过程中储能单元可以释放能量,在整个工作过程中可以维护太阳能光热发电机组负荷的稳定性和连续性。

        对比传统的燃煤发电机组,光热发电机组具有清洁性优势,同时在实际工作过程中不会产生污染,具有高速的负荷调节作用。光热发电机组在实际运行过程中需加热熔盐,在实际运行过程中需控制熔盐温度、避免出现结晶问题。如在持续阴雨天的状态中,太阳能光热发电系统无法获取充足的太阳能,需利用熔盐加热装置的补热作用,有效维持熔盐的温度。熔盐加热装置工作中可利用燃煤和燃气等方式,在实际加热过程中需消耗过多的二次能源,引发严重的污染问题。

        2 风力-太阳能光热互补发电技术

        2.1 技术原理

        我国西北地区主要集中着太阳能资源,其储量占据全国35%以上,此外西北地区也集中着风力资源,利用过剩的风力发电电力互补太阳能光热发电能源,可有效弥补二者的不足。

        发挥风力-太阳能光热互补发电技术的作用,利用现有太阳能发电系统,将熔盐加热炉设置在低温熔盐泵出口部位,分别连接熔盐电加热炉出口部位和低温熔盐罐、高温熔盐罐。将精密温度传感器设置在熔盐电加热炉的出口部位,将电动截止阀和电动调节阀安装在熔盐加热炉的入口部位,此外需将电动截止阀分别安装在低温熔盐罐和高温熔盐罐的入口部位。在高温熔盐罐中需设置熔盐再加热装置,风力发电站高压厂利用变压器向高温熔盐再加热装置和熔盐加热提供电力,有效回收风力发电过程中的过剩电能用以加热熔盐。完善调度指挥系统,该系统可协调风力发电机和汽轮发电机的负荷,落实风力发电机调峰处理工作,平稳的外送风力发电和太阳能。

        2.2 技术特征

        风力-太阳能光热互补发电技术方案利用太阳能光热发电储能单元,利用加热炉和再加热装置有效回收电能,对比传统的电池储能技术,风力-太阳能光热互补发电技术的投资成本较低,具有稳定的传热蓄热作用,避免发生二次污染。利用风力发电过剩电能带动加热装置运行可避免发生弃风问题,充分利用新能源。发挥指挥调度系统的作用,可以对于太阳能光热发电和风力发电实施调峰处理,维护风力发电工作的稳定性,平稳的输出电力,避免新能源冲击到电网,维护电网运行的安全性。

        3 风力-太阳能光热互补发电系统方案

        3.1 风机出力预测单元及指挥调度系统

        风速会影响到风力发电的功率,工作人员需要测量风场风速,有效预测未来风速变化,调度人员根据风电场情况合理安排风电负荷,保障调度工作的精准性。利用风电预测工作可精准调度电网负荷。但预测方法等方面会影响到风电场风速预测的准确性,引发预测误差,工作人员可利用风速预测模型确定风速数据[4]。

        指挥调度系统负责接收电网负荷调度指令,同时需要实时风能负荷和光热发电机负荷等数据,利用风力-太阳能光热互补发电系统,需要满足用户用电需求,同时可以优化配置风光系统容量配置。在使用电能的过程中,电网负荷所需的电量为风力发电和光热发电的和,因此风力-太阳能光热互补发电系统在实际运行过程中需要遵守电量平衡的原则。风电并网需要设置调峰导员,负责实时采集风能负荷和光热发电机负荷等数据,工作人员需提前预测风力发电负荷,建立光热发电机组的负荷曲线,光热发电机组在实际运行过程中,利用风能实时负荷实时修正光热发电机组负荷,满足电网调度的电力需求。

        3.2 储能电源

        风力和太阳能具有波动性,为维护光热发电机组运行的稳定性,风力-太阳能光热互补发电系统需设置储能系统,利用发电盈余在储能单元中多余的电能,如系统电能不够充足可利用储能单元实现持续性供电。熔盐储能单元主要包括高温储盐罐和低温储盐罐以及低温熔盐泵等设备。

        发生太阳直接辐射的过程中,熔盐通过公熔盐泵之后进入到最后进入到熔盐蒸汽发生器当中,利用吸热器反射镜反射太阳光,以此来加热熔盐,在加入之后熔盐会进入到高温熔盐罐中,通过公熔盐泵之后最后进入到熔盐蒸汽发生器当中,通过给水加热之后产生蒸汽、以此驱动汽轮发电机落实发电工作,利用冷凝器凝结蒸汽为水,通过凝结水泵之后进入到除氧器中,利用水泵升压处理,再进入到熔盐蒸汽发生器,释放熔盐的热量后进入到低温熔盐罐当中,经过升压处理之后最后进入到吸热器中。

        缺失太阳辐射时,熔盐通过高温熔盐泵后会释放热量,维护机组运行的稳定性,熔盐释放热量后进入到低温熔盐罐当中。增加发电机的出力之后,利用指挥调度系统发挥出负荷指令,光热发电机组按照一定速率减少出力,使汽轮发电机组的工作负荷因此降低,稳定输出工作负荷,在这一过程中可利用高温熔盐罐存储多余的高温熔盐。

        减小风力发电机的出力之后,指挥调度系统会发出加负荷的指令,根据一定速率增加光热风发电机组的出力,汽轮发电机组的负荷因此增加,可以稳定的输出负荷。如电网电力负荷较小,指挥调度系统可发出降负荷的工作指令减少工作系统的出力,汽轮机发电因此降低,充分利用风力发电机的电能,促使加热炉稳定运行。如果熔盐温度在340℃以内,需利用吸热气继续加热熔盐,如消失太阳能辐射,需利用低温熔盐罐储存熔盐。如果熔盐电加热炉出口温度在340℃以上,需要高温熔盐罐存储熔盐,开启加热装置,维持熔盐温度。

        如果电网具有较大的电力负荷,需利用指挥调度系统发挥增负荷指令,增加各设备的出力,使汽轮发电机发电量因此增加,同时停止加热装置,可以全部外送风电和太阳能光热发电,在最大程度上满足电网需求。

        综上所述,利用风力-太阳能光热互补发电技术可综合调度风力发电和太阳能发电,稳定的输出电力,维护电网工作的稳定性和安全性。

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