柴淵祎
(陜西龍源新能源有限公司,陜西 西安 710076)
本文研究塔式光熱發(fā)電運行原理,該發(fā)電系統(tǒng)主要由4 個部分組成,分別是汽輪發(fā)電機組、熱交換裝置、儲熱裝置以及聚光集熱裝置,通常采取熔融鹽來對能量進行傳遞。
對于導(dǎo)熱工質(zhì)通過太陽能進行加熱,根據(jù)熱力循環(huán)會有蒸汽產(chǎn)生,以此使得汽輪機進行發(fā)電。如果汽輪機發(fā)電機組需要的蒸汽量低于產(chǎn)生的蒸汽時,儲熱裝置會通過高溫熔鹽的形式把多余的熱能進行儲存,后續(xù)在負荷高峰時或者是光照不足時進行使用。
為了對風(fēng)電出力波動問題進行解決,可聯(lián)合風(fēng)電和光熱調(diào)度。把光熱-風(fēng)電聯(lián)合接入到電網(wǎng),根據(jù)光熱儲熱容量,光熱與風(fēng)電預(yù)測出力以及決策周期內(nèi)負荷預(yù)測曲線等進行調(diào)度,對光熱-風(fēng)電聯(lián)合系統(tǒng)的運行位置進行優(yōu)化確定,得到凈負荷曲線,進而能夠得到火電機組在負荷高峰時的最小開機容量以及系統(tǒng)的有效調(diào)峰容量。
在現(xiàn)階段風(fēng)電并網(wǎng)成本較高,容量有限,出力穩(wěn)定情況下對聯(lián)合并網(wǎng)的經(jīng)濟效益進行分析,另外,對于光熱儲能可調(diào)節(jié)性以及光熱和風(fēng)電出力互補性進行充分利用,根據(jù)兩者的協(xié)調(diào)調(diào)度,使其輸出的波動最小,以此來對經(jīng)濟調(diào)度模型進行建立。
2.2.1 目標(biāo)函數(shù)
目標(biāo)函數(shù)1:火電綜合調(diào)峰成本最低。
在上述公式(1)中,Si表示系統(tǒng)中第i 臺發(fā)電機組的啟動費用,Ci(Pit)表示i 機組在t 時刻的運行費用,Pit表示第i 臺機組在t 時刻的有功出力,N表示火電機組臺數(shù),T表示調(diào)度周期,f1表示火電調(diào)峰成本函數(shù),其中Ci(Pit)表達式如下公式(2)。
在上述公式(2)中,ai,bi以及ci表示的為機組耗量成本系數(shù)。
目標(biāo)函數(shù)2:聯(lián)合系統(tǒng)輸出功率波動最小,即方差最小。
在上述公式中,Pcsp-t表示t 時刻光熱實際出力,Pwind-t表示t 時刻風(fēng)電實際出力,Pwc-av表示計算周期T 內(nèi)聯(lián)合出力平均值,Pwc-t表示t 時刻聯(lián)合出力。
2.2.2 約束條件
(1)CSP 系統(tǒng)功率約束
在上述公式(6)中,Plt表示t 時刻的負荷功率。
(2)光熱儲能電站約束
機組出力約束如下所示:
爬坡約束為:
在上述公式(8)中,RDcsp-t、RUcsp-t分別表示機組在t 時刻的向上下的最大爬坡能力。
儲熱容量約束為:
優(yōu)化光熱-風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度,具體如下。
把光熱和風(fēng)電聯(lián)合運行處理根據(jù)1 個周期24h 內(nèi)風(fēng)電、光熱以及內(nèi)負荷變化劃分4 個區(qū)間,如下所示。
(1)光熱在白天有光照t 為8~9 時內(nèi),先進行蓄熱。
(2)當(dāng)t 在9~15 時內(nèi),一般風(fēng)電比較小,負荷較大。通過聯(lián)合調(diào)度策略,在光照充足時一邊進行發(fā)電一邊進行蓄熱,不足時,對于光熱輸出功率可根據(jù)蓄熱調(diào)節(jié)來保持穩(wěn)定。如果聯(lián)合實際出力比計劃出力的下限低時,需要對火電機組出力進行增大。
(3)當(dāng)t 在15~17 時內(nèi),風(fēng)電出力會慢慢地加大,具體可根據(jù)光照強度與風(fēng)電出力,再與計劃出力結(jié)合,以此來對光熱發(fā)電或蓄熱進行確定。
(4)當(dāng)t 在17 時之后,太陽輻射強度滿足不了光熱發(fā)電,根據(jù)儲熱來調(diào)節(jié)風(fēng)電,風(fēng)電出力減少時對于光熱出力進行加大,反之減少出力,以此來對聯(lián)合輸出的穩(wěn)定進行保證。當(dāng)聯(lián)合實際出力比計劃出力上限大時,可適當(dāng)?shù)倪M行棄風(fēng)。
為了對模型可行性進行驗證,開展仿真分析火電機組,光熱與風(fēng)電組成的系統(tǒng),設(shè)置周圍為24h。系統(tǒng)負荷如表1 所示。設(shè)置光熱儲能電站額定容量為100MW,風(fēng)電裝機容量為240MW,詳細參數(shù)如表2 所示。
表1 各時段負荷預(yù)測功率
表2 光熱儲能電站參數(shù)
凈負荷在對棄風(fēng)不考慮時的曲線如圖1 所示,通過下圖能夠看出,風(fēng)電出力在t 為1~6 時與17~20 時內(nèi)比較大,但負荷在這2 個時段處在低谷,當(dāng)t 在9~15 時內(nèi),風(fēng)電出力比較小,負荷比較大。由此風(fēng)電出力的反調(diào)峰特性比較明顯。
圖1 凈負荷在風(fēng)電場獨立運行時的曲線
光熱在t 為8~9 時內(nèi)光熱不發(fā)電,只蓄熱,在9~15時內(nèi)風(fēng)電出力比較小,負荷比較大,聯(lián)合輸出比較大。風(fēng)電出力在1~8 時內(nèi)最小為100MW,最大為200MW,為了降低運行費用,聯(lián)合輸出在150-190MW 之間較為經(jīng)濟。聯(lián)合運行優(yōu)化輸出如表3 所示??傎M用為380673 美元,相比于風(fēng)電獨立運行,費用有所降低。
表3 聯(lián)合運行結(jié)果
本文根據(jù)風(fēng)電入網(wǎng)提出光熱與風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度策略,以聯(lián)合輸出波動最小與火電運行成本最低為目的,建立聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度模型。對于風(fēng)電系統(tǒng)調(diào)度在光熱電站通過算例進行分析對比,結(jié)果顯示該模型可行,在風(fēng)電并網(wǎng)中,引入光熱儲能電站,并通過聯(lián)合調(diào)度,對于風(fēng)電波動帶來的峰谷差能夠有效地進行減小,從而對運行成本進行降低。另外,對聯(lián)合系統(tǒng)的輸出功率進行控制,能夠有效地提升并網(wǎng)之后的效益。