國外某CSP 光熱電站光伏接入廠用電系統(tǒng)方案探究

劉方江 趙富強

山東電力建設(shè)第三工程有限公司 山東青島 266100

太陽能光熱發(fā)電是一種新能源發(fā)電技術(shù)，它是利用大規(guī)模陣列拋物形或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供合格蒸汽，推動汽輪機做功，從而達(dá)到發(fā)電的目的。目前比較成熟的技術(shù)路線包括塔式、槽式、碟式等。由于光熱發(fā)電具有電源質(zhì)量高，能量可儲存，無污染，并能實現(xiàn)全天不間斷連續(xù)發(fā)電等優(yōu)點，因此全球光熱發(fā)電的裝機容量快速增長。但是光熱發(fā)電存在如下缺點：工藝路線較長，一次性投資大，輔機電耗高，操作量大等。據(jù)統(tǒng)計光熱塔式機組廠用電率高達(dá)10%，怎樣降低光熱發(fā)電的廠用電量是目前的設(shè)計挑戰(zhàn)[1]。

論文正文：

太陽能光熱發(fā)電廠的占地面積普遍比較大，為了更加充分的利用土地，提高光能的綜合利用效率，可以把附屬建筑物樓頂、鏡場邊緣區(qū)域布置上光伏組件，供給光熱發(fā)電機組附屬設(shè)施，這樣就降低了廠用電消耗量，增加了凈上網(wǎng)電量。假如光熱電站的廠用電是12MW，我們只需要布置12MW 的光伏組件，基本滿足了廠用電所需。這只是數(shù)學(xué)推理，真正把光伏接入廠用電系統(tǒng)落實到工程實處并且穩(wěn)定運行，達(dá)到降低廠用電的設(shè)計目的還有很多技術(shù)問題需要克服。

光伏發(fā)電受光照資源制約，電源質(zhì)量較差，主要表現(xiàn)為諧波多，波動大，穩(wěn)定性差。若要把光伏發(fā)電接入廠用電系統(tǒng)，還面臨著廠用電頻繁操作對光伏系統(tǒng)的沖擊，設(shè)備的耐受能力是否過關(guān)等一系列技術(shù)問題。目前主要有兩個方案：方案一，直接接入法，即把光伏逆變升壓后，接入光熱發(fā)電機組廠用電系統(tǒng)中壓段。方案二，間接接入法，即光伏逆變升壓后直接上網(wǎng)銷售，抵消外網(wǎng)購電量。兩種方案各有優(yōu)劣，現(xiàn)在我們分別闡述對比一下。

方案一：光熱發(fā)電機組廠用電中壓分兩段，兩段之間設(shè)置母聯(lián)斷路器，分別將高廠變進(jìn)線與光伏進(jìn)線接至兩段母線。

所有低壓變壓器容量按照明備用確定，當(dāng)光伏接入廠用電運行時，母聯(lián)斷路器斷開，依據(jù)光伏發(fā)電量決定光伏所帶廠用負(fù)荷的大小[2]。

當(dāng)光伏發(fā)電量大于全廠用電負(fù)荷時，母聯(lián)斷路器閉合，高廠變進(jìn)線斷路器斷開，廠內(nèi)用電負(fù)荷完全由光伏發(fā)電提供。

當(dāng)光伏發(fā)電低于廠用負(fù)荷時，光伏帶部分負(fù)荷，根據(jù)發(fā)電量多少進(jìn)行匹配，相應(yīng)投入光伏段的低壓變壓器數(shù)量；發(fā)電功率越大，投入光伏段的低壓變就越多。

本方案廠用電接線原理簡單，光伏發(fā)電和外網(wǎng)來電分段供電，會造成光伏和電網(wǎng)倒送之間來回切換，電氣設(shè)備投切操作頻繁，電氣設(shè)備壽命也將受影響。而且當(dāng)光伏輸出大于廠用電需求時，光伏電也會流入到外網(wǎng)。光熱機組輔機啟停操作會對逆變器等電氣設(shè)備形成操作過電壓沖擊。當(dāng)然，我們可以做針對性的設(shè)計，如引入微機控制系統(tǒng)進(jìn)行主動調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)逆變器實現(xiàn)主動棄光，避免光伏發(fā)電饋送至電網(wǎng)情況的發(fā)生。在光伏側(cè)增加無功補償裝置，能有效的預(yù)防機組操作帶來的沖擊。

方案二：設(shè)置132kV 升壓站，光熱和光伏發(fā)電接入該升壓站，出線通過132/400kV 升壓變接入電網(wǎng)。注：由于本項目業(yè)主要求接入系統(tǒng)是400KV，其它項目可以考慮35KV 等低電壓等級電網(wǎng)，以降低項目投資。

（1）設(shè)置廠用高壓變壓器和啟動備用變壓器，兩臺變壓器2＊100%配置。光伏發(fā)電直接輸入到電網(wǎng)。

（2）中壓母線分兩段并設(shè)置母聯(lián)開關(guān)。兩段母線分別連接廠用高壓變壓器和啟備變。

（3）當(dāng)汽輪發(fā)電機發(fā)電時，廠內(nèi)負(fù)荷由發(fā)電機經(jīng)過高廠變饋電；當(dāng)汽輪發(fā)電機停止發(fā)電時，廠內(nèi)用電負(fù)荷由電網(wǎng)通過啟動備用變壓器倒送，也可以經(jīng)過主變、高廠變給廠內(nèi)饋電。

電氣單線圖示意如下圖所示。

本方案的最大特點在于光伏發(fā)電能直接上網(wǎng)，只要外網(wǎng)能夠接納，光伏發(fā)電都是毫無損失的傳輸出去，不存在人為的棄光。但是這種方案必須得到電網(wǎng)公司的許可，如果業(yè)主可以消納光伏電，此方案完全可以適用[3]。

以上兩種方案優(yōu)缺點比較：

方案一

優(yōu)點：母線分段即可，不需要額外添加高壓設(shè)備；可以根據(jù)光伏發(fā)電量決定所帶的負(fù)荷大小，當(dāng)光伏發(fā)電少時可帶部分負(fù)荷，投切靈活；光伏不上網(wǎng)，自產(chǎn)自銷。

缺點：電氣設(shè)備投切頻繁，容易造成設(shè)備壽命減少，增加維護檢修成本；光伏發(fā)電不穩(wěn)定，供電可靠性低；引入自動控制系統(tǒng)，增加線纜，增加成本。

方案二

優(yōu)點：光伏系統(tǒng)獨立上網(wǎng)，單獨控制調(diào)度，可控性強；廠用電從發(fā)電機或外網(wǎng)獲得，廠用電穩(wěn)定；光伏發(fā)電和光熱機組分開運行，相互不干擾。

缺點：需要增加132KV 升壓站設(shè)備和電纜設(shè)施，增加土地占用面積；光伏接入電網(wǎng)，需要獲得電網(wǎng)部門許可；業(yè)主要考慮兩套計費系統(tǒng)，業(yè)主電價補貼會存在一定的復(fù)雜性。

綜上，將光伏電源接入光熱電站的廠用電系統(tǒng)方案是可行的，可結(jié)合項目特點做有針對性的設(shè)計。優(yōu)先推薦光伏獨立上網(wǎng)方案，這種方案穩(wěn)定性好，可靠性高，對廠用電系統(tǒng)的影響較小。但如果項目所在國無法接納光伏電，可以推薦光伏直接接入廠用電方案，盡管該方案對自動化水平依賴度大，頻繁操作會降低供電可靠性，但能在一定程度上能減少外網(wǎng)購電量，增加凈上網(wǎng)電量，實現(xiàn)為業(yè)主增收的目的。