光伏光熱聯合電站調度策略對比分析＊

陳鑫龍，孔令剛，李碩，王寶利

（光熱儲能綜合能源系統工程研究中心，甘肅 蘭州 730070）

光熱發電憑借自身的靈活性和可調度性與光伏等新能源聯合發電成為一種趨勢。光伏光熱聯合電站可提高太陽資源的利用率，同時，聯合調度策略對聯合電站的發電量和發電成本產生重要影響［1］。本文從運行調度的角度出發，對兩種常見調度策略進行對比評估。

1 光伏光熱聯合電站運行原理及模型

1.1 光熱電站運行特性及數學模型

光熱電站由聚光集熱，儲熱和發電系統組成。圖1為光熱電站能流示意圖。

圖1 光熱電站內部能流示意圖

由圖1可得出光熱電站內部能量平衡方程為：

式中，ηsf為光熱轉換效率；Asf為鏡場面積；Dt為太陽直射輻射強度。

儲熱系統通過調整儲放熱策略，滿足系統發電需求。集熱時，冷罐內的低溫熔鹽通過集熱系統吸熱升溫進入熱罐，發電時，高溫熔鹽從熱罐進入蒸發器產生過熱蒸汽驅動汽輪機發電，熱電轉化方程如式（5）所示，式中，ηpc為熱電轉化效率。

1.2 光伏電站輸出效率數學模型

光伏發電是通過光生伏特效應實現光電轉換的，為簡化計算，輸出功率模型如式（6）所示：

式中，nMOD和AMOD分別為光伏板的數量和面積；ηINV為逆變器效率;GI為太陽輻射;fPV為降額系數；ηPV為實際光伏效率。

2 光伏光熱聯合電站調度策略

PV-CSP聯合電站有兩種聯合調度模式，聯合策略(Full-Integrated,F-INT)策略下，CSP和PV系統協同運行，以滿足固定功率輸出；部分聯合（Partially-Integrated,P-INT）策略下CSP和PV電站彼此獨立運行，但共享單一電力接入。本文對聯合電站的性能評估是通過假設典型日功率輸出曲線進行的，功率曲線由功率輸出POUT和運行時間τ決定，通常功率輸出越小，持續時間越長。由于聯合電站的功率曲線受電站自身設計參數、電網需求以及外界環境的影響，本文采用恒定功率輸出對調度策略的性能進行研究。

3 算例分析

3.1 算例數據

本文以位于拉薩（91.13°E,29.67°N）的PVCSP聯合電站為模型，選取夏季日和冬季日，分析評估兩種調度策略。在Matlab環境中利用Cplex工具箱計算光熱和光伏的最優出力，光伏電站和光熱電站的配置為：光伏容量50MW，主要參數見文獻［2］；光熱容量50MW，儲熱時長5h，主要參數見表1；光伏電站和光熱電站相關成本見文獻［3］。

3.2 算例分析

3.2.1典型日運行結果分析

分別選取上述兩個典型日,對聯合電站在兩種調度模式下的運行結果進行分析評估，結果如表1：

表1 50MW光熱電站參數

圖2為聯合電站在夏季日兩種調度策略下的運行情況，恒定輸出功率為50MW。F-INT策略下光伏光熱電站協同運行，聯合電站可維持運行18小時，CSP發電量434MWh，PV發電量565MWh。在該典型日的清晨和傍晚時段，由于太陽輻射強度較低，光熱電站釋放儲存的熱量已滿足發電需求，光伏電站受光照影響出力較小。正午時段光伏電站出力最大，光熱電站儲存能量。PV-CSP聯合電站在P-INT的調度策略下，光伏光熱獨立運行，聯合電站運行時間為14個小時。

圖2 夏季典型日內的功率輸出曲線圖

圖3為聯合電站冬季日在兩種調度策略下的運行情況。由于冬季環境溫度低，且可利用的太陽輻射資源相較夏季明顯下降，聯合電站在兩種調度策略下的運行時間均明顯下降。F-INT策略下聯合電站運行時間9小時，P-INT策略下運行時長6小時。F-INT策略下，光熱電站發電量約241MWh，光伏電站發電量為256MWh。P-INT策略下，光熱電站發電量約240MWh。兩種調度策略下光熱發電量接近，影響聯合電站運行時間的關鍵因素是光伏的出力。通過兩種策略的對比，可以得出聯合電站在F-INT模式下協同運行，光熱的調度能力和靈活性，使光伏出力得到充分利用，聯合電站運行時間增長。

圖3 冬季典型日內的功率輸出曲線圖

3.2.2年運行結果分析

對聯合電站在兩種調度策略下的年發電量和發電成本進行計算，計算結果見表2：

表2 PV-CSP在不同調度策略下的運行結果

由表2可得，F-INT策略下，聯合電站發電成本降低33.5%，年發電量上升13.01%。對比兩種調度策略下各自的發電量，F-INT策略下，光熱電站可調度優勢為光伏出力提供極大的空間。P-INT策略下，光伏電站自身受到光照條件的限制，不能通過光熱電站進行靈活調度，光伏電站的發電能力無法充分利用。在P-INT策略下，光熱電站可通過提高配置容量，盡可能儲存熱量，來提高整個電站的發電量和運行時間［4－6］。

4 結論

光熱電站憑借自身的靈活性和可調度性與光伏電站進行聯合調度，可以通過光熱電站的TES所提供的調度能力，提高光伏電站在各個時段的出力。光伏光熱聯合電站可充分利用太陽能資源并減少間歇性對光伏電站的不良影響。針對聯合電站F-INT和P-INT兩種調度策略，以恒定功率輸出的運行結果進行對比分析，在F-INT調度策略下，聯合電站的發電量較P-INT調度策略提升13.01%，發電成本下降33.5%。對于PV-CSP聯合電站，F-INT在年發電量、發電成本和發電時間方面具有一定優勢，更適合于光熱電站和光伏電站的聯合調度。