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塔式太(tai)陽能熱發電站的(de)輸出(chu)與(yu)儲熱調(diao)峰特性(xing)研(yan)究

周慧，張開(kai)宇，胡錦華(hua)*，劉盛豪，王玄驊，王巍(wei)

(浙(zhe)江可勝(sheng)技術股份有限公司，杭州310053)

摘要：隨(sui)著電(dian)(dian)網峰谷差(cha)的(de)(de)(de)增(zeng)大，其對(dui)(dui)調(diao)峰電(dian)(dian)源的(de)(de)(de)需求也隨(sui)之增(zeng)加，塔式(shi)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)具(ju)有良(liang)好的(de)(de)(de)可(ke)調(diao)度(du)性(xing)，是優質的(de)(de)(de)綠(lv)色調(diao)峰電(dian)(dian)源。以青海省某(mou)商業化運(yun)(yun)行的(de)(de)(de)50MW塔式(shi)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)為研究對(dui)(dui)象(xiang)，對(dui)(dui)其組成部(bu)分、運(yun)(yun)行模(mo)式(shi)、輸出特(te)性(xing)及儲熱調(diao)峰能(neng)力(li)進行了分析。分析結果顯示：（1）該太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)可(ke)克服光伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)、風(feng)(feng)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)隨(sui)機性(xing)、波動性(xing)缺點(dian)，在多云天氣(qi)下也能(neng)維持穩定(ding)高功(gong)率(lv)(lv)輸出，同時(shi)還能(neng)根據(ju)用(yong)電(dian)(dian)需求維持低功(gong)率(lv)(lv)持續運(yun)(yun)行，表(biao)現出良(liang)好能(neng)量調(diao)節能(neng)力(li)。（2）該太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)可(ke)以在光伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)、風(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)高峰期時(shi)，快速降功(gong)率(lv)(lv)運(yun)(yun)行；而(er)在光伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)、風(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)處于(yu)谷值時(shi)，快速升功(gong)率(lv)(lv)運(yun)(yun)行，使電(dian)(dian)網最大限度(du)地消(xiao)納光伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)和風(feng)(feng)電(dian)(dian)。

關鍵詞：塔式(shi)太陽能熱發電站；儲熱調(diao)峰；輸出特性；調(diao)峰電源

DOI：10.19911/j.1003-0417.tyn20241211.01 

文章編(bian)號：1003-0417(2025)06-38-07

可(ke)再生能源(yuan)存(cun)在間(jian)歇性(xing)和波(bo)動性(xing)，其(qi)大(da)規(gui)模并網增大(da)了電(dian)網等效負荷(he)的(de)(de)峰谷差，進而對(dui)電(dian)網的(de)(de)安全運行(xing)造成(cheng)了威脅(xie)[1-4]。為(wei)使(shi)電(dian)網有(you)效消納可(ke)再生能源(yuan)，使(shi)用高(gao)穩定(ding)性(xing)的(de)(de)電(dian)源(yuan)進行(xing)靈(ling)活調峰成(cheng)為(wei)一種(zhong)有(you)效方法[5-6]，其(qi)中(zhong)，采用熔鹽儲能技術的(de)(de)塔(ta)式太陽能熱發電(dian)站，可(ke)通(tong)過儲換(huan)熱系統實現能量(liang)的(de)(de)快速釋放與(yu)轉換(huan)，具有(you)天然的(de)(de)調峰優(you)勢[7-12]。

國內(nei)外(wai)學者(zhe)已(yi)做了大量有(you)關(guan)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)調峰特性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究。比如：Boukelia等[13]對(dui)有(you)無儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)和燃料備用系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)槽式(shi)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)站的(de)(de)(de)(de)(de)(de)輸出(chu)功率(lv)進行(xing)(xing)了研(yan)究。崔楊等[14]研(yan)究發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)現：火(huo)電(dian)機(ji)(ji)組(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)調峰成本受并(bing)網(wang)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)站儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)容量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，通過(guo)合理(li)配置(zhi)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)容量能(neng)(neng)有(you)效降低火(huo)電(dian)機(ji)(ji)組(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)調峰成本。張(zhang)堯翔等[15]對(dui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)調節(jie)特性及太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)-火(huo)電(dian)聯(lian)合調峰控制的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)行(xing)(xing)性進行(xing)(xing)了分析，并(bing)通過(guo)算(suan)例驗(yan)證了其有(you)效性。贠韞韻等[16]基(ji)于電(dian)網(wang)經濟(ji)性調度問題建立了太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)站需求(qiu)響應模(mo)型，得出(chu)火(huo)電(dian)機(ji)(ji)組(zu)和太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)站配合可(ke)(ke)(ke)以提高電(dian)網(wang)對(dui)可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)消(xiao)納深度。董(dong)海鷹等[17]對(dui)熱(re)(re)(re)(re)電(dian)聯(lian)產(chan)運行(xing)(xing)模(mo)式(shi)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)調峰策略進行(xing)(xing)了研(yan)究，研(yan)究結果表明(ming)：熱(re)(re)(re)(re)電(dian)聯(lian)產(chan)運行(xing)(xing)模(mo)式(shi)下，通過(guo)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)站的(de)(de)(de)(de)(de)(de)輔助供熱(re)(re)(re)(re)，可(ke)(ke)(ke)顯(xian)著提高電(dian)網(wang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)風電(dian)消(xiao)納水平。

雖(sui)然已(yi)有研(yan)究(jiu)對太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)儲(chu)熱(re)調峰(feng)(feng)特(te)性(xing)進行(xing)了研(yan)究(jiu)，但基于太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)實際(ji)運(yun)(yun)行(xing)數(shu)據的(de)儲(chu)熱(re)調峰(feng)(feng)特(te)性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)仍較為欠缺。因此，本文(wen)以(yi)青海(hai)省(sheng)某(mou)商(shang)業(ye)化運(yun)(yun)行(xing)的(de)50MW塔式太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)(下文(wen)簡稱為“本太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)”)為研(yan)究(jiu)對象(xiang)，對其組(zu)成部分、運(yun)(yun)行(xing)模式、輸出特(te)性(xing)及儲(chu)熱(re)調峰(feng)(feng)能(neng)(neng)(neng)力(li)進行(xing)分析，旨在為大規模商(shang)業(ye)化塔式太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)設(she)計和運(yun)(yun)行(xing)提供(gong)理論支持(chi)。

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本太陽能熱發電站概括

1.1組成部分介紹

本太陽能熱(re)發電站由聚(ju)光集(ji)熱(re)系(xi)統(tong)、儲換(huan)熱(re)系(xi)統(tong)(包括儲熱(re)系(xi)統(tong)和換(huan)熱(re)系(xi)統(tong))、汽輪機發電系(xi)統(tong)3部分組(zu)成，其(qi)運(yun)行原(yuan)理圖(tu)如圖(tu)1所示。圖(tu)中：高加(jia)和低加(jia)分別為高壓(ya)加(jia)熱(re)器(qi)和低壓(ya)加(jia)熱(re)器(qi)的簡稱(cheng)。

本太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)(re)發電(dian)站通(tong)過(guo)定日鏡(jing)(jing)陣列(鏡(jing)(jing)場)將太(tai)陽(yang)輻(fu)射反射到(dao)吸熱(re)(re)塔(ta)塔(ta)頂的(de)(de)(de)吸熱(re)(re)器上，吸熱(re)(re)器將表面(mian)聚集的(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)輻(fu)射能(neng)轉化(hua)為(wei)吸熱(re)(re)器內(nei)部傳(chuan)熱(re)(re)工質(采用熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)，由(you)60%的(de)(de)(de)NaNO3和40%的(de)(de)(de)KNO3組成)的(de)(de)(de)熱(re)(re)能(neng)；隨(sui)后，通(tong)過(guo)管道將由(you)吸熱(re)(re)器加熱(re)(re)至565℃的(de)(de)(de)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)輸(shu)送到(dao)儲熱(re)(re)系統(tong)的(de)(de)(de)熱(re)(re)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)罐(guan)中儲存，發電(dian)時熱(re)(re)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)罐(guan)內(nei)的(de)(de)(de)高溫熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)由(you)熱(re)(re)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)泵輸(shu)送至換(huan)熱(re)(re)系統(tong)，在換(huan)熱(re)(re)系統(tong)中高溫熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)與給水(shui)換(huan)熱(re)(re)，產生高品質過(guo)熱(re)(re)蒸汽，進(jin)而推動汽輪發電(dian)機組發電(dian)。

本太陽能熱發(fa)電站(zhan)配置了儲熱時長(chang)為7h的(de)儲熱系統(tong)，采(cai)用具有超高(gao)壓、高(gao)溫(wen)、中間(jian)一次再(zai)熱特性的(de)凝氣式汽(qi)輪發(fa)電機組，支持頻繁啟停。本太陽能熱發(fa)電站(zhan)的(de)主要技術參數如表1所示。

1.2本太陽能熱發電站的運行模式分析

由于太陽輻照具有周期性和波動性的特點，通過配備儲熱系統，本太陽能熱發電站可實現聚光集熱系統和汽輪機發電系統的解耦運行。根據運行特點，本太陽能熱發電站可分為4種運行模式，分別為：

1)儲熱模式。法向(xiang)直接輻(fu)照(zhao)度(du)(DNI)達(da)到(dao)聚光集熱系統(tong)運行條件時，聚光集熱系統(tong)運行，儲熱系統(tong)儲熱，但(dan)此時儲熱量達(da)不到(dao)汽輪(lun)發(fa)電(dian)機組啟動條件。

2)儲熱(re)且發(fa)(fa)電模式。當儲熱(re)系(xi)統儲熱(re)量滿足(zu)汽(qi)輪發(fa)(fa)電機組啟(qi)動(dong)條件時，汽(qi)輪發(fa)(fa)電機組啟(qi)動(dong)，汽(qi)輪機發(fa)(fa)電系(xi)統運(yun)行；此時，本太陽能(neng)熱(re)發(fa)(fa)電站儲熱(re)與發(fa)(fa)電同時進行。

3)發(fa)電(dian)模式。當DNI不滿足(zu)聚光集(ji)(ji)熱(re)系(xi)統運(yun)行條(tiao)件時，聚光集(ji)(ji)熱(re)系(xi)統停運(yun)，但(dan)此時儲熱(re)系(xi)統儲存的熱(re)量(liang)能滿足(zu)汽(qi)輪機(ji)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)(zu)運(yun)行，汽(qi)輪發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)(zu)可根據(ju)電(dian)網調(diao)度(du)需求(qiu)進行負荷(he)調(diao)節。

4)停機模式。在DNI為零或處于低值的(de)情況下，聚光(guang)集熱系統(tong)不運行(xing)且儲熱系統(tong)熱量(liang)不足時(shi)，汽輪機發電(dian)系統(tong)停運。

1.3本太陽能熱發電站典型日的運行模式分析

選(xuan)取2019年(nian)12月21日(晴天)作為典型(xing)日，對本(ben)太陽(yang)能熱(re)發(fa)電站(zhan)在(zai)4種運行(xing)模(mo)(mo)式(shi)下的運行(xing)情況進(jin)行(xing)分(fen)析，分(fen)析結果(guo)如(ru)圖(tu)2所示。圖(tu)中：①為停機模(mo)(mo)式(shi)；②為儲(chu)熱(re)模(mo)(mo)式(shi)；③為儲(chu)熱(re)且(qie)發(fa)電模(mo)(mo)式(shi)；④為發(fa)電模(mo)(mo)式(shi)。

由(you)圖2可知：00:00～08:50時(shi)(shi)段，本太陽能熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)處(chu)于停(ting)機(ji)(ji)模(mo)式(shi)，主(zhu)要是因為此時(shi)(shi)DNI為零且儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)量(liang)(liang)不(bu)足導致(zhi)的(de)。08:50～11:45時(shi)(shi)段，本太陽能熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)處(chu)于儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)模(mo)式(shi)，隨著(zhu)(zhu)DNI逐漸升高，聚光集熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)開(kai)始工作，儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)中的(de)熱(re)(re)(re)(re)熔鹽(yan)液(ye)(ye)位不(bu)斷升高，但(dan)汽輪(lun)(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)尚未(wei)啟動(dong)(dong)，因此本太陽能熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)處(chu)于儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)模(mo)式(shi)。11:45～17:40時(shi)(shi)段，本太陽能熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)處(chu)于儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)且發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)模(mo)式(shi)，隨著(zhu)(zhu)熱(re)(re)(re)(re)鹽(yan)罐液(ye)(ye)位不(bu)斷上升，儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)熱(re)(re)(re)(re)量(liang)(liang)達到汽輪(lun)(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)啟動(dong)(dong)條件，其(qi)開(kai)始運(yun)行并發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)。17:40～24:00時(shi)(shi)段，本太陽能熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)處(chu)于發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)模(mo)式(shi)，隨著(zhu)(zhu)DNI下(xia)降(jiang)，聚光集熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)停(ting)止(zhi)運(yun)行，此時(shi)(shi)汽輪(lun)(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)組(zu)使用儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)儲(chu)存的(de)熱(re)(re)(re)(re)量(liang)(liang)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)。

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本太陽能熱發電站的輸出特性及儲熱調峰能力分析

2.1高輸出功率分析

從(cong)電(dian)(dian)網角度(du)來看，為有效消納大(da)(da)幅增加的(de)(de)(de)風電(dian)(dian)、光(guang)伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)等隨機性大(da)(da)的(de)(de)(de)可再生能(neng)源，其需要(yao)配置(zhi)大(da)(da)量調峰電(dian)(dian)源。本塔式太陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)站配備了儲(chu)熱系(xi)統，能(neng)實(shi)現(xian)聚光(guang)集熱系(xi)統和汽輪機發(fa)(fa)電(dian)(dian)系(xi)統解耦運行，使汽輪發(fa)(fa)電(dian)(dian)機組的(de)(de)(de)輸出(chu)功率不(bu)再受DNI的(de)(de)(de)限制(zhi)，在各種(zhong)天氣下(xia)均(jun)可實(shi)現(xian)高負荷下(xia)的(de)(de)(de)高功率輸出(chu)，可作(zuo)為極(ji)好的(de)(de)(de)調峰電(dian)(dian)源。

為驗證本太陽能熱發(fa)電(dian)站(zhan)在不同天(tian)(tian)氣條件下的輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)，選(xuan)取2019年8月8—10日，對應的天(tian)(tian)氣狀態分別為多云(yun)(厚(hou)云(yun))、少(shao)云(yun)和(he)晴天(tian)(tian)，對本太陽能熱發(fa)電(dian)站(zhan)在這72h內的輸(shu)出(chu)功率進(jin)行分析，分析結果如圖3所(suo)示(shi)。

由圖3可知：在(zai)0～24h期間，當DNI發(fa)(fa)(fa)生劇烈變(bian)化時(shi)，聚光(guang)集熱(re)(re)系(xi)統(tong)從第13h開始逐漸降(jiang)低負荷(he)運(yun)行直(zhi)至停機(ji)；而在(zai)10～19h期間，汽(qi)輪發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組利用(yong)熱(re)(re)鹽(yan)(yan)罐中的熱(re)(re)量產生蒸汽(qi)，使自身維(wei)(wei)持在(zai)高(gao)(gao)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)狀態(平均(jun)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)大于(yu)45MW)；然后隨(sui)著熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)被(bei)消耗至低位值，汽(qi)輪發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組停止(zhi)運(yun)行，本(ben)太陽(yang)能熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站進入停機(ji)模式。在(zai)24～72h期間，汽(qi)輪發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)從第32h開始提高(gao)(gao)，并(bing)以(yi)高(gao)(gao)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)狀態維(wei)(wei)持至第44h時(shi)，隨(sui)著用(yong)電(dian)(dian)(dian)負荷(he)的下降(jiang)，汽(qi)輪發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組的輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)維(wei)(wei)持在(zai)20MW左(zuo)右。

綜上(shang)可(ke)(ke)知，在本太(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)站(zhan)連(lian)續運行的72h中(zhong)，聚光(guang)集熱系(xi)統(tong)可(ke)(ke)與(yu)汽(qi)輪機發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統(tong)解耦運行，汽(qi)輪機發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統(tong)不受DNI限制(zhi)，即(ji)使在多云(yun)天氣DNI劇烈變(bian)化、早晚(wan)光(guang)照資源(yuan)不理想時，只要熱鹽罐(guan)液(ye)位高，本太(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)站(zhan)仍(reng)可(ke)(ke)實現(xian)高負荷穩定(ding)輸出。說明本太(tai)(tai)陽能(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)站(zhan)在太(tai)(tai)陽輻(fu)照資源(yuan)波動時，仍(reng)具有高輸出功率穩定(ding)輸出的能(neng)力。

2.2低輸出功率的連續輸出特性

由于本(ben)太陽(yang)能熱發電(dian)(dian)站(zhan)的(de)儲(chu)熱時(shi)長只(zhi)有7h，無法滿足汽輪(lun)發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)24h滿負荷運行(xing)的(de)需求(qiu)，但汽輪(lun)發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)頻繁(fan)(fan)啟(qi)(qi)停又會影響(xiang)其使用壽命(ming)。因此，本(ben)太陽(yang)能熱發電(dian)(dian)站(zhan)采取白天滿功率發電(dian)(dian)、夜間(jian)降(jiang)功率保證汽輪(lun)發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)連續(xu)運行(xing)的(de)優化策略，以減少汽輪(lun)發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)的(de)啟(qi)(qi)停次數，降(jiang)低設備頻繁(fan)(fan)啟(qi)(qi)停過程產(chan)生的(de)熱沖擊，提高汽輪(lun)發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)的(de)使用壽命(ming)。

為驗證該策略有效性，對本太陽(yang)能熱發(fa)電站在2020年2月1—13日期間連續運(yun)行13天的情況進(jin)行統計，得到該期間的輸出功率(lv)、熱鹽罐液位及DNI數據(ju)，如圖4所示。

由(you)圖(tu)4可(ke)知：連續13天運(yun)行期間，在(zai)白天，本太(tai)陽能(neng)熱(re)發(fa)電站(zhan)以儲熱(re)且發(fa)電模式運(yun)行，當聚光(guang)集熱(re)系統停止運(yun)行時，汽輪(lun)發(fa)電機組則維持在(zai)低輸(shu)出功率工況(kuang)運(yun)行。

在運行的13天中，汽(qi)(qi)輪發電(dian)機組(zu)連續運行了(le)292.8h，不(bu)間(jian)斷發電(dian)量(liang)達(da)8.39GWh，不(bu)間(jian)斷發電(dian)量(liang)達(da)成(cheng)率(lv)為105.2%。這(zhe)表明，汽(qi)(qi)輪發電(dian)機組(zu)的低(di)輸出功率(lv)運行能力(li)不(bu)僅(jin)為本太陽能熱發電(dian)站的發電(dian)量(liang)提供了(le)保障(zhang)，也(ye)為其(qi)響應電(dian)網調(diao)度帶來更多(duo)的操作空間(jian)。

2.3快速變負荷儲熱調峰能力

隨(sui)著可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)發電(dian)裝機(ji)容量的(de)增加(jia)，電(dian)網(wang)峰(feng)谷差進一步加(jia)大，可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)電(dian)力消(xiao)納能(neng)(neng)力面(mian)臨挑戰(zhan)，致(zhi)使出現大量棄風(feng)、棄光現象。雖然火(huo)電(dian)是重要的(de)調(diao)(diao)峰(feng)電(dian)源(yuan)，但(dan)火(huo)電(dian)機(ji)組的(de)調(diao)(diao)峰(feng)能(neng)(neng)力受鍋爐燃燒穩定性、水動力安全(quan)性和環保(bao)裝置(zhi)在(zai)低負(fu)荷運行(xing)下適(shi)應(ying)性的(de)限制(zhi)。在(zai)傳統火(huo)力發電(dian)系統中(zhong)，由于汽(qi)包的(de)筒體壁(bi)較厚，機(ji)組快速變負(fu)荷運行(xing)時(shi)，汽(qi)包筒體會產生(sheng)由內外壁(bi)溫(wen)(wen)差引起的(de)徑(jing)向熱(re)應(ying)力和外壁(bi)上下溫(wen)(wen)差引起的(de)周向熱(re)應(ying)力，從而(er)降低其使用壽命。自然循(xun)環形式下，鍋爐的(de)變負(fu)荷速率主(zhu)要受汽(qi)包壽命的(de)限制(zhi)[18-20]。對于未進行(xing)靈活性改造的(de)火(huo)電(dian)機(ji)組，其負(fu)荷可(ke)調(diao)(diao)范(fan)圍通常為50%～100%，負(fu)荷調(diao)(diao)節率為1%～3%Pe/min[21-22]。

本太陽能熱(re)發電站在設(she)計(ji)(ji)(ji)上(shang)考慮(lv)了(le)汽(qi)(qi)輪發電機(ji)組(zu)的(de)(de)頻(pin)繁啟停和(he)寬負荷(he)調節(jie)能力，運行(xing)(xing)中可(ke)精準控制汽(qi)(qi)輪機(ji)發電系統的(de)(de)熔鹽流(liu)量(liang)和(he)溫(wen)度。該(gai)設(she)計(ji)(ji)(ji)可(ke)實現汽(qi)(qi)輪發電機(ji)組(zu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)參(can)數數值的(de)(de)精細化控制和(he)平穩過渡(du)，降(jiang)低快速變負荷(he)時溫(wen)度變化對(dui)(dui)汽(qi)(qi)輪發電機(ji)組(zu)主要設(she)備的(de)(de)熱(re)沖(chong)擊，延長設(she)備使(shi)用壽命。利(li)用文(wen)獻(xian)[23]中的(de)(de)公式(shi)，對(dui)(dui)本太陽能熱(re)發電站變負荷(he)運行(xing)(xing)下汽(qi)(qi)包(bao)的(de)(de)循(xun)環應力幅值進(jin)行(xing)(xing)計(ji)(ji)(ji)算。汽(qi)(qi)包(bao)內徑為1500mm，壁厚為65mm，材料(liao)為低合金高強(qiang)度的(de)(de)13MnNiMoR鋼，計(ji)(ji)(ji)算結果如表2所示。

由(you)表(biao)2可(ke)知：升負(fu)荷時汽包(bao)的(de)(de)最大循(xun)環(huan)應力(li)幅(fu)值為(wei)60.97MPa，降負(fu)荷時汽包(bao)的(de)(de)最大循(xun)環(huan)應力(li)幅(fu)值為(wei)83.96MPa。根據文獻(xian)[24]的(de)(de)研究結果(guo)，汽包(bao)壁上的(de)(de)循(xun)環(huan)應力(li)幅(fu)值低于150MPa時，對(dui)其壽命損耗很小(xiao)。由(you)此可(ke)得(de)，本太陽(yang)能熱發(fa)電站變負(fu)荷運行時對(dui)汽包(bao)造成的(de)(de)影響較小(xiao)。

由于(yu)本(ben)太陽能熱(re)發電站變(bian)負(fu)荷運行(xing)時冷(leng)/熱(re)鹽(yan)罐內的冷(leng)/熱(re)鹽(yan)溫(wen)度基本(ben)不變(bian)，因此變(bian)負(fu)荷運行(xing)對(dui)儲罐產生的熱(re)應力(li)可忽略不計。文獻[24]的研究結(jie)果表明，當主蒸汽溫(wen)度波動不超過±25℃時，轉子和(he)氣缸上不會(hui)產生有害熱(re)應力(li)。

根據本太陽能(neng)熱發電(dian)站(zhan)2019年(nian)11月(yue)9日(ri)的(de)(de)數據，其變負(fu)(fu)荷(he)(he)時(shi)主蒸(zheng)汽最大溫度波動(dong)為(wei)-3.720℃(升負(fu)(fu)荷(he)(he))/4.152℃(降負(fu)(fu)荷(he)(he))，均小于±25℃，因(yin)此，可以認(ren)為(wei)在變負(fu)(fu)荷(he)(he)運(yun)行過(guo)程中汽輪發電(dian)機組側產(chan)生的(de)(de)熱應力對(dui)其自身壽命的(de)(de)影響(xiang)很(hen)小。

根據(ju)文獻[25]，塔式太陽能(neng)熱發電(dian)站(zhan)(zhan)的負荷調(diao)節(jie)(jie)范圍可(ke)達20%～100%，負荷調(diao)節(jie)(jie)率(lv)可(ke)達3%～6%Pe/min。將傳統(tong)火電(dian)廠與(yu)塔式太陽能(neng)熱發電(dian)電(dian)站(zhan)(zhan)的變負荷能(neng)力進行對比，如表(biao)3所(suo)示。

由表3可知：變負(fu)(fu)(fu)荷(he)運行時，塔式太陽能熱(re)發(fa)電(dian)(dian)站在安全(quan)性、環保(bao)性、負(fu)(fu)(fu)荷(he)調節范圍(wei)和(he)負(fu)(fu)(fu)荷(he)調節速率等方面均優于傳(chuan)統火電(dian)(dian)廠。

選(xuan)取2019年(nian)11月9—10日(ri)期(qi)間(jian)本太陽能(neng)熱發電站儲熱調峰時的運行曲線，如圖5所(suo)示(shi)。

由(you)圖(tu)5可知：在(zai)夜(ye)間時段，本太陽(yang)能熱發電(dian)站(zhan)維持在(zai)低負荷運行狀態，但在(zai)31h用電(dian)高峰期時卻能快速升至滿功率(lv)運行狀態。

2019年11月9日本太(tai)陽能熱發電站儲熱調峰時的升、降負(fu)荷變化(hua)率(lv)如圖6所示。

結合圖5、圖6可知：在10:44～11:07時(shi)段(duan)內，本太陽(yang)能熱發電站(zhan)的輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)從48.82MW降(jiang)至20.89MW，平(ping)(ping)均降(jiang)負荷變(bian)化(hua)率(lv)為2.32%Pe/min，最(zui)大(da)降(jiang)負荷變(bian)化(hua)率(lv)為4.72%Pe/min，隨后維持約20.77MW的低輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)運行(xing)3.7h。限功(gong)率(lv)時(shi)段(duan)(10:30～15:00)結束后，本太陽(yang)能熱發電站(zhan)重新(xin)開始(shi)升(sheng)功(gong)率(lv)，在14:58～15:17時(shi)段(duan)內從20.77MW升(sheng)至50.13MW，平(ping)(ping)均升(sheng)負荷變(bian)化(hua)率(lv)為2.94%Pe/min，最(zui)大(da)升(sheng)負荷變(bian)化(hua)率(lv)為5.02%Pe/min。

根據本太陽能(neng)熱發電站在(zai)不(bu)同時期的運行結果可以發現，其通過儲熱調峰能(neng)夠靈活配合(he)電網調度時的快速(su)變負荷需求(qiu)。

結(jie)合光伏(fu)(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風電(dian)(dian)(dian)(dian)及太陽能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的輸出(chu)特性可(ke)知，本太陽能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站可(ke)以在光伏(fu)(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風力發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)高峰(feng)期時(shi)，快(kuai)速降功率(lv)運行(xing)；而(er)在光伏(fu)(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風力發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)處于(yu)谷值(zhi)時(shi)，快(kuai)速升功率(lv)運行(xing)，使電(dian)(dian)(dian)(dian)網最大限(xian)度地(di)消納光伏(fu)(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)和風電(dian)(dian)(dian)(dian)，成為穩定的儲熱(re)調(diao)峰(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)源，承擔(dan)調(diao)峰(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)源削峰(feng)填谷的作用，與光伏(fu)(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)和風電(dian)(dian)(dian)(dian)等可(ke)再生能源電(dian)(dian)(dian)(dian)力實現良好(hao)的互補。

3

結論

塔式太陽能熱發電站具有零碳排放、調峰靈活、相對調峰幅度大等優點，可以較好地滿足電網對調峰電源的要求。本文以青海省某商業化運行的50MW塔式太陽能熱發電站為研究對象，對其組成部分、運行模式、輸出特性及儲熱調峰能力進行了分析。得到以下結論：

1)該太陽能熱發電站(zhan)可克服光伏發電、風電的(de)隨(sui)機性(xing)、波(bo)動性(xing)缺(que)點，在(zai)多云天(tian)氣(qi)下(xia)仍(reng)能維持穩定高功(gong)率(lv)輸出，同時(shi)其還能根據(ju)用電需求(qiu)靈(ling)活(huo)、快速調整輸出功(gong)率(lv)，并維持低(di)功(gong)率(lv)持續運(yun)行(xing)，表現(xian)出良好能量(liang)調節能力。

2)該太陽(yang)能熱(re)發(fa)電(dian)(dian)站(zhan)可以在光伏發(fa)電(dian)(dian)、風力(li)發(fa)電(dian)(dian)高峰期時，快速(su)降功率運行(xing)；而在光伏發(fa)電(dian)(dian)、風力(li)發(fa)電(dian)(dian)處于(yu)谷值時，快速(su)升(sheng)功率運行(xing)，使電(dian)(dian)網最大限(xian)度地消納光伏發(fa)電(dian)(dian)和風電(dian)(dian)。

研究結(jie)果可為參與電網調峰的大規模商(shang)業化塔(ta)式(shi)太陽能(neng)熱發電站的設(she)計(ji)和(he)運(yun)行(xing)提供理論支(zhi)撐(cheng)。

參考文獻

[1]張宏宇(yu)，印永華，申洪(hong)，等.大規(gui)模風電(dian)(dian)接入后的系統調峰(feng)充裕性評估[J].中(zhong)國電(dian)(dian)機(ji)工(gong)程(cheng)學報，2011，31(22)：26-31.

[2]張虹，孫權，李占軍，等(deng).風氫耦合系統協同控制發(fa)電(dian)策略研究[J].東北電(dian)力大(da)學學報，2018，38(3)：15-23.

[3]葛(ge)曉琳，郝廣東，夏(xia)澍，等(deng).高比(bi)例風電系統的優化調度方法[J].電網技術，2019，43(2)：390-400.

[4]翁振星(xing)，石立(li)寶，徐政(zheng)，等.計(ji)及(ji)風電成本的電力系統動態經濟調度[J].中國(guo)電機工程學(xue)報(bao)，2014，34(4)：514-523.

[5]崔(cui)楊，修(xiu)志堅，劉闖，等.計及需求響應與火–儲深(shen)度(du)調峰定價策略(lve)的(de)電力系統雙層(ceng)優化調度(du)[J].中國(guo)電機工程學報，2021，41(13)：4403-4415.

[6]代佳豪(hao)，肖剛，祝培旺，等.太陽(yang)能布雷(lei)頓循(xun)環耦合(he)蓄電池(chi)平抑光(guang)伏輸(shu)出波動(dong)策略研(yan)究[J].動(dong)力工程學報，2023，43(6)：717-723.

[7]FORRESTER J.The value of CSP with thermal energystorage in providing grid stability[J].Energy procedia，2014，49：1632-1641.

[8]GIL A，MEDRANO M，MARTORELL I，et al.Stateof the art on high temperature thermal energy storagefor power generation.Part 1：concepts，materials andmodellization[J].Renewable and sustainable energyreviews，2010，14(1)：31-55.

[9]XU T，ZHANG N.Coordinated operation of concentratedsolar power and wind resources for the provision of energyand reserve services[J].IEEE transactions on powersystems，2017，32(2)：1260-1271.

[10]杜雅(ya)鑫(xin).含光熱(re)發電的(de)高占比新能源電力系(xi)統(tong)優化(hua)調度研究[D].北(bei)京：華北(bei)電力大學(xue)，2022.

[11]杜爾順，張寧，康重慶(qing)，等.太陽(yang)能光(guang)熱(re)發(fa)電并(bing)網運行及優化(hua)規劃研究綜述與展望[J].中(zhong)國電機工程學報(bao)，2016，36(21)：5765-5775，6019.

[12]孫(sun)驍強，楊楠(nan)，李慶海，等(deng).基于“雙碳”目標的光(guang)熱電站(zhan)調峰能(neng)力規劃(hua)研究(jiu)[J].電網技術(shu)，2023，47(1)：73-83.

[13]BOUKELIA T E，MECIBAH M S，KUMAR B N，et al.Investigation of solar parabolic trough power plants withand without integrated TES(thermal energy storage)andFBS(fuel backup system)using thermic oil and solar salt[J].Energy，2015，88：292-303.

[14]崔楊(yang)，楊(yang)志文，嚴(yan)干貴，等.降低火電(dian)(dian)機(ji)組調峰成(cheng)本的光熱(re)電(dian)(dian)站儲熱(re)容量配置方法(fa)[J].中國電(dian)(dian)機(ji)工(gong)程(cheng)學(xue)報，2018，38(6):1605-1611，1896.

[15]張堯翔，劉文(wen)穎(ying)，李瀟，等.高比例新能源接入電網光熱(re)發電-火電聯合調(diao)峰優化(hua)控制方法[J].電力自動(dong)化(hua)設(she)備，2021，41(4)：1-7，32.

[16]贠韞韻，董海鷹，馬志程，等.考慮需求響應與光(guang)熱(re)電站參與的多(duo)源系統(tong)優化經濟調度[J].電力系統(tong)保護與控(kong)制，2020，48(14)：140-149.

[17]董海鷹(ying)，房(fang)磊，丁坤，等.基于熱(re)(re)電(dian)(dian)聯產(chan)運行模式的光熱(re)(re)發電(dian)(dian)調峰策略[J].太陽能學報(bao)，2019，40(10):2763-2772.

[18]邢振中.火力發電機組深(shen)度調峰技術(shu)研究(jiu)[D].北(bei)京：華北(bei)電力大學(xue)，2013.

[19]歐陽子(zi)區，王宏帥，呂(lv)清剛(gang)，等(deng).煤粉鍋爐(lu)發電機組深度(du)調峰(feng)技術(shu)進(jin)展[J].中國電機工程學報，2023，43(22)：8772-8790.

[20]趙雨蘭.調峰(feng)對鍋(guo)爐壽命影響分(fen)析[D].北京：華北電力(li)大學，2018.

[21]張桂燕(yan).300 MW火電(dian)調峰(feng)機組運(yun)行問題的(de)研究[D].保(bao)定：華北(bei)電(dian)力大學(河北(bei))，2008.

[22]張順.火電(dian)機組的功率(lv)快速調節和(he)深度調峰技術(shu)[D].蘭州(zhou)：蘭州(zhou)理工大學，2017.

[23]劉(liu)彤.電站鍋爐(lu)承(cheng)壓部件壽命分析及在線(xian)監測[D].北京(jing)：華北電力大學，2008.

[24]張(zhang)保衡.大容(rong)量火電(dian)機組壽命管(guan)理與調(diao)峰運行[M].北京：水利電(dian)力出版社，1988：146-291.

[25]國家太陽(yang)能(neng)光(guang)(guang)熱(re)產業技術創新戰略聯盟.深度！太陽(yang)能(neng)光(guang)(guang)熱(re)儲能(neng)獨特的調峰調頻作用[EB/OL].(2021-06-21).//www.cnste.org/html/fangtan/2021/0621/8029.html.