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塔式太陽能(neng)熱(re)發(fa)電站的輸出與(yu)儲熱(re)調(diao)峰特(te)性(xing)研究(jiu)

周(zhou)慧(hui)，張開宇(yu)，胡(hu)錦華(hua)*，劉盛豪，王玄(xuan)驊，王巍

(浙江可勝技術股(gu)份(fen)有限公司，杭州310053)

摘要：隨著電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網峰谷(gu)差的(de)(de)增大(da)(da)，其對(dui)(dui)調(diao)峰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)需(xu)求也(ye)隨之(zhi)增加，塔式太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站具有良好的(de)(de)可(ke)調(diao)度性(xing)，是優質的(de)(de)綠色調(diao)峰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源。以青海省某商業化運(yun)行(xing)(xing)的(de)(de)50MW塔式太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站為研究對(dui)(dui)象，對(dui)(dui)其組成部分、運(yun)行(xing)(xing)模式、輸出特性(xing)及儲熱調(diao)峰能(neng)(neng)(neng)(neng)力進(jin)行(xing)(xing)了分析。分析結果(guo)顯(xian)示：（1）該太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站可(ke)克服光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)隨機性(xing)、波動性(xing)缺點，在(zai)多云天氣(qi)下也(ye)能(neng)(neng)(neng)(neng)維(wei)持穩定高功(gong)率(lv)輸出，同時還能(neng)(neng)(neng)(neng)根據用電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)需(xu)求維(wei)持低(di)功(gong)率(lv)持續運(yun)行(xing)(xing)，表現出良好能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)調(diao)節能(neng)(neng)(neng)(neng)力。（2）該太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站可(ke)以在(zai)光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)(feng)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)高峰期時，快速(su)降功(gong)率(lv)運(yun)行(xing)(xing)；而在(zai)光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)(feng)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)處于谷(gu)值時，快速(su)升功(gong)率(lv)運(yun)行(xing)(xing)，使電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網最(zui)大(da)(da)限(xian)度地消(xiao)納光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)和風(feng)(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。

關鍵詞：塔式太陽能熱(re)發(fa)電(dian)站；儲熱(re)調峰；輸出特性；調峰電(dian)源

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

文章編號(hao)：1003-0417(2025)06-38-07

可再生能(neng)(neng)(neng)源存在間歇性(xing)和(he)波動性(xing)，其大(da)規(gui)模并網增大(da)了(le)電(dian)網等效負(fu)荷的(de)(de)(de)峰谷差，進(jin)而對電(dian)網的(de)(de)(de)安全運(yun)行造成了(le)威脅[1-4]。為使電(dian)網有(you)(you)(you)效消納可再生能(neng)(neng)(neng)源，使用(yong)高穩(wen)定性(xing)的(de)(de)(de)電(dian)源進(jin)行靈(ling)活調(diao)峰成為一(yi)種有(you)(you)(you)效方法(fa)[5-6]，其中，采用(yong)熔(rong)鹽儲(chu)能(neng)(neng)(neng)技術的(de)(de)(de)塔式太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發電(dian)站，可通過儲(chu)換(huan)熱(re)系統實現(xian)能(neng)(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)釋放(fang)與轉換(huan)，具有(you)(you)(you)天(tian)然的(de)(de)(de)調(diao)峰優(you)勢(shi)[7-12]。

國(guo)內外(wai)學者已做了大量(liang)有(you)關太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)調(diao)(diao)峰特(te)(te)性的(de)研(yan)(yan)究。比如：Boukelia等(deng)(deng)[13]對有(you)無儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)和(he)燃(ran)料備用系統(tong)的(de)槽式太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)輸(shu)出(chu)功率進(jin)行(xing)(xing)了研(yan)(yan)究。崔楊(yang)等(deng)(deng)[14]研(yan)(yan)究發(fa)(fa)(fa)現(xian)：火電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)組(zu)的(de)調(diao)(diao)峰成本受并網(wang)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)容(rong)量(liang)的(de)影響，通過(guo)合(he)(he)理配置儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)容(rong)量(liang)能(neng)(neng)有(you)效降低火電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)組(zu)的(de)調(diao)(diao)峰成本。張堯(yao)翔等(deng)(deng)[15]對太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)可調(diao)(diao)節特(te)(te)性及太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)-火電(dian)(dian)(dian)(dian)聯(lian)合(he)(he)調(diao)(diao)峰控(kong)制的(de)可行(xing)(xing)性進(jin)行(xing)(xing)了分析(xi)，并通過(guo)算例驗(yan)證(zheng)了其有(you)效性。贠韞韻等(deng)(deng)[16]基于電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)經濟性調(diao)(diao)度(du)問題建(jian)立了太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)需求響應(ying)模(mo)型，得出(chu)火電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)組(zu)和(he)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)配合(he)(he)可以提高電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)對可再生能(neng)(neng)源(yuan)的(de)消納(na)深度(du)。董海鷹等(deng)(deng)[17]對熱(re)(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)聯(lian)產運行(xing)(xing)模(mo)式下(xia)的(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)調(diao)(diao)峰策略進(jin)行(xing)(xing)了研(yan)(yan)究，研(yan)(yan)究結果表明：熱(re)(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)聯(lian)產運行(xing)(xing)模(mo)式下(xia)，通過(guo)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)輔助供(gong)熱(re)(re)(re)(re)(re)，可顯著提高電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)的(de)風電(dian)(dian)(dian)(dian)消納(na)水平。

雖然(ran)已有研究(jiu)(jiu)對太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)(re)發電站的儲熱(re)(re)調(diao)(diao)峰(feng)特(te)性(xing)進行(xing)(xing)了研究(jiu)(jiu)，但基(ji)于太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)(re)發電站實際運行(xing)(xing)數(shu)據的儲熱(re)(re)調(diao)(diao)峰(feng)特(te)性(xing)的研究(jiu)(jiu)仍(reng)較為(wei)欠(qian)缺(que)。因此，本文以青海(hai)省某(mou)商(shang)業化(hua)運行(xing)(xing)的50MW塔(ta)式(shi)(shi)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)(re)發電站(下文簡(jian)稱為(wei)“本太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)(re)發電站”)為(wei)研究(jiu)(jiu)對象(xiang)，對其組成部分(fen)、運行(xing)(xing)模式(shi)(shi)、輸出(chu)特(te)性(xing)及儲熱(re)(re)調(diao)(diao)峰(feng)能力進行(xing)(xing)分(fen)析(xi)，旨在(zai)為(wei)大規模商(shang)業化(hua)塔(ta)式(shi)(shi)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能熱(re)(re)發電站的設計和運行(xing)(xing)提供理論支持(chi)。

1

本太陽能熱發電站概括

1.1組成部分介紹

本太陽(yang)能熱(re)發電(dian)(dian)站(zhan)由聚(ju)光集熱(re)系(xi)(xi)統、儲(chu)換熱(re)系(xi)(xi)統(包括儲(chu)熱(re)系(xi)(xi)統和(he)換熱(re)系(xi)(xi)統)、汽輪機(ji)發電(dian)(dian)系(xi)(xi)統3部分(fen)組成(cheng)，其運行原理圖(tu)如圖(tu)1所示。圖(tu)中：高加(jia)和(he)低(di)加(jia)分(fen)別為高壓加(jia)熱(re)器和(he)低(di)壓加(jia)熱(re)器的簡稱(cheng)。

本(ben)太(tai)(tai)陽能熱(re)(re)發(fa)電站(zhan)通過(guo)定日鏡(jing)陣列(鏡(jing)場)將太(tai)(tai)陽輻射反(fan)射到吸(xi)熱(re)(re)塔塔頂的(de)吸(xi)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)上，吸(xi)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)將表(biao)面(mian)聚(ju)集(ji)的(de)太(tai)(tai)陽輻射能轉(zhuan)化為吸(xi)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)內部傳熱(re)(re)工質(zhi)(采用熔(rong)鹽(yan)，由60%的(de)NaNO3和40%的(de)KNO3組(zu)成)的(de)熱(re)(re)能；隨后，通過(guo)管道將由吸(xi)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)加(jia)熱(re)(re)至(zhi)565℃的(de)熔(rong)鹽(yan)輸(shu)送到儲熱(re)(re)系(xi)統(tong)的(de)熱(re)(re)鹽(yan)罐(guan)(guan)中儲存，發(fa)電時熱(re)(re)鹽(yan)罐(guan)(guan)內的(de)高溫(wen)熔(rong)鹽(yan)由熱(re)(re)鹽(yan)泵輸(shu)送至(zhi)換(huan)熱(re)(re)系(xi)統(tong)，在換(huan)熱(re)(re)系(xi)統(tong)中高溫(wen)熔(rong)鹽(yan)與給水換(huan)熱(re)(re)，產生(sheng)高品質(zhi)過(guo)熱(re)(re)蒸汽，進而推(tui)動汽輪發(fa)電機(ji)組(zu)發(fa)電。

本太陽能(neng)熱(re)發電站(zhan)配置了儲熱(re)時長為7h的(de)儲熱(re)系統，采(cai)用具有超高(gao)(gao)壓、高(gao)(gao)溫(wen)、中(zhong)間(jian)一次(ci)再熱(re)特(te)性的(de)凝氣(qi)式(shi)汽輪發電機組，支(zhi)持(chi)頻(pin)繁啟停。本太陽能(neng)熱(re)發電站(zhan)的(de)主要技(ji)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(re)模式。法向直(zhi)接輻照度(du)(DNI)達(da)到(dao)聚(ju)光(guang)集熱(re)系統運行條件時，聚(ju)光(guang)集熱(re)系統運行，儲熱(re)系統儲熱(re)，但此時儲熱(re)量達(da)不到(dao)汽(qi)輪發電機組啟動條件。

2)儲熱(re)且發電模式。當儲熱(re)系(xi)統儲熱(re)量(liang)滿足(zu)汽(qi)輪(lun)發電機組(zu)啟動(dong)條件時，汽(qi)輪(lun)發電機組(zu)啟動(dong)，汽(qi)輪(lun)機發電系(xi)統運(yun)行；此時，本太陽(yang)能熱(re)發電站(zhan)儲熱(re)與發電同時進行。

3)發電(dian)模式。當(dang)DNI不滿(man)足(zu)聚光(guang)集熱系統運行條件時(shi)，聚光(guang)集熱系統停運，但(dan)此時(shi)儲熱系統儲存(cun)的熱量能(neng)滿(man)足(zu)汽(qi)輪機發電(dian)機組運行，汽(qi)輪發電(dian)機組可根據電(dian)網調度需求進行負(fu)荷(he)調節。

4)停(ting)機(ji)模式(shi)。在DNI為零或處于低(di)值的(de)情(qing)況下，聚(ju)光集熱(re)(re)系統不運行且儲熱(re)(re)系統熱(re)(re)量(liang)不足時，汽輪機(ji)發電系統停(ting)運。

1.3本太陽能熱發電站典型日的運行模式分析

選取2019年12月21日(晴天)作為(wei)典(dian)型(xing)日，對本太陽能熱發(fa)電站在4種運(yun)行模式下(xia)的(de)運(yun)行情(qing)況進(jin)行分(fen)析(xi)，分(fen)析(xi)結果(guo)如圖2所示。圖中：①為(wei)停機模式；②為(wei)儲(chu)熱模式；③為(wei)儲(chu)熱且發(fa)電模式；④為(wei)發(fa)電模式。

由圖2可知：00:00～08:50時(shi)(shi)段(duan)(duan)，本太(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)站處(chu)于停機(ji)模式(shi)(shi)，主(zhu)要是因為此時(shi)(shi)DNI為零且儲(chu)(chu)(chu)熱系(xi)統的(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)熱量不(bu)足導致的(de)(de)。08:50～11:45時(shi)(shi)段(duan)(duan)，本太(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)站處(chu)于儲(chu)(chu)(chu)熱模式(shi)(shi)，隨著(zhu)DNI逐漸升高(gao)(gao)，聚光集熱系(xi)統開(kai)始(shi)(shi)工作(zuo)，儲(chu)(chu)(chu)熱系(xi)統中的(de)(de)熱熔鹽(yan)液(ye)(ye)位不(bu)斷(duan)升高(gao)(gao)，但汽輪(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組尚未啟動(dong)，因此本太(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)站處(chu)于儲(chu)(chu)(chu)熱模式(shi)(shi)。11:45～17:40時(shi)(shi)段(duan)(duan)，本太(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)站處(chu)于儲(chu)(chu)(chu)熱且發(fa)(fa)電(dian)(dian)模式(shi)(shi)，隨著(zhu)熱鹽(yan)罐液(ye)(ye)位不(bu)斷(duan)上(shang)升，儲(chu)(chu)(chu)熱系(xi)統熱量達到汽輪(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組啟動(dong)條件，其開(kai)始(shi)(shi)運行并發(fa)(fa)電(dian)(dian)。17:40～24:00時(shi)(shi)段(duan)(duan)，本太(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)站處(chu)于發(fa)(fa)電(dian)(dian)模式(shi)(shi)，隨著(zhu)DNI下降，聚光集熱系(xi)統停止運行，此時(shi)(shi)汽輪(lun)發(fa)(fa)電(dian)(dian)機(ji)組使用儲(chu)(chu)(chu)熱系(xi)統儲(chu)(chu)(chu)存的(de)(de)熱量發(fa)(fa)電(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)(dian)網角度來看(kan)，為有效消納大幅增加的(de)風(feng)電(dian)(dian)(dian)、光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)(dian)等隨(sui)機(ji)性大的(de)可(ke)(ke)再生能源，其(qi)需要配(pei)置大量(liang)調(diao)(diao)峰電(dian)(dian)(dian)源。本塔(ta)式太陽(yang)能熱(re)發電(dian)(dian)(dian)站配(pei)備了儲熱(re)系(xi)統，能實現(xian)聚光(guang)集熱(re)系(xi)統和汽輪(lun)(lun)機(ji)發電(dian)(dian)(dian)系(xi)統解耦運(yun)行，使汽輪(lun)(lun)發電(dian)(dian)(dian)機(ji)組的(de)輸出功(gong)率(lv)不再受DNI的(de)限制，在各種天(tian)氣下均可(ke)(ke)實現(xian)高(gao)負荷下的(de)高(gao)功(gong)率(lv)輸出，可(ke)(ke)作為極好的(de)調(diao)(diao)峰電(dian)(dian)(dian)源。

為驗證本(ben)太(tai)陽能熱發電(dian)站在不同天(tian)(tian)(tian)氣(qi)條(tiao)件下的輸(shu)出特性，選取2019年8月8—10日，對應的天(tian)(tian)(tian)氣(qi)狀(zhuang)態分(fen)別為多云(厚云)、少(shao)云和晴天(tian)(tian)(tian)，對本(ben)太(tai)陽能熱發電(dian)站在這72h內的輸(shu)出功率進(jin)行分(fen)析，分(fen)析結果如圖(tu)3所示。

由圖3可知(zhi)：在(zai)(zai)0～24h期(qi)間，當DNI發(fa)生劇烈變化時，聚光集熱(re)(re)系(xi)統(tong)從(cong)第(di)(di)13h開始逐漸降低負荷(he)運行(xing)直至(zhi)(zhi)停機(ji)；而(er)在(zai)(zai)10～19h期(qi)間，汽輪(lun)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)利用熱(re)(re)鹽(yan)罐中的(de)熱(re)(re)量產生蒸(zheng)汽，使自身(shen)維持(chi)在(zai)(zai)高(gao)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)(lv)狀態(tai)(平均輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)(lv)大(da)于45MW)；然(ran)后隨(sui)(sui)著熱(re)(re)熔鹽(yan)被(bei)消耗至(zhi)(zhi)低位值，汽輪(lun)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)停止運行(xing)，本太(tai)陽能熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)站(zhan)進入停機(ji)模式。在(zai)(zai)24～72h期(qi)間，汽輪(lun)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)(lv)從(cong)第(di)(di)32h開始提(ti)高(gao)，并以高(gao)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)(lv)狀態(tai)維持(chi)至(zhi)(zhi)第(di)(di)44h時，隨(sui)(sui)著用電(dian)(dian)負荷(he)的(de)下(xia)降，汽輪(lun)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)(zu)的(de)輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)(lv)維持(chi)在(zai)(zai)20MW左右。

綜(zong)上可知，在(zai)本太陽(yang)能熱發(fa)電(dian)站連續運(yun)行(xing)的72h中，聚光集熱系統(tong)可與汽輪機(ji)發(fa)電(dian)系統(tong)解耦運(yun)行(xing)，汽輪機(ji)發(fa)電(dian)系統(tong)不(bu)受(shou)DNI限制，即使在(zai)多云天氣DNI劇烈變化、早晚光照資(zi)源不(bu)理(li)想時，只要熱鹽罐液位高(gao)，本太陽(yang)能熱發(fa)電(dian)站仍可實(shi)現高(gao)負荷穩(wen)定輸出(chu)。說(shuo)明(ming)本太陽(yang)能熱發(fa)電(dian)站在(zai)太陽(yang)輻照資(zi)源波動時，仍具(ju)有高(gao)輸出(chu)功率穩(wen)定輸出(chu)的能力(li)。

2.2低輸出功率的連續輸出特性

由于(yu)本太(tai)陽能熱(re)發(fa)電(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)儲熱(re)時長只有(you)7h，無法(fa)滿足汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機組(zu)(zu)24h滿負荷(he)運(yun)行的(de)(de)(de)需求，但汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機組(zu)(zu)頻繁啟停又(you)會影響其使(shi)用壽命。因(yin)此，本太(tai)陽能熱(re)發(fa)電(dian)站(zhan)采取白天滿功率發(fa)電(dian)、夜間降功率保證汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機組(zu)(zu)連續運(yun)行的(de)(de)(de)優化策略(lve)，以減少汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機組(zu)(zu)的(de)(de)(de)啟停次(ci)數，降低(di)設備頻繁啟停過程產生的(de)(de)(de)熱(re)沖擊，提高(gao)汽(qi)輪(lun)發(fa)電(dian)機組(zu)(zu)的(de)(de)(de)使(shi)用壽命。

為驗證該策略有效(xiao)性，對本太陽能熱(re)發電站在2020年2月1—13日期間(jian)連續運(yun)行(xing)13天(tian)的(de)情況進行(xing)統計，得(de)到該期間(jian)的(de)輸出(chu)功率(lv)、熱(re)鹽(yan)罐液位及DNI數據，如圖(tu)4所示。

由圖4可(ke)知(zhi)：連續13天運行期間，在(zai)白天，本太陽能熱(re)發電(dian)站以儲熱(re)且發電(dian)模式運行，當聚(ju)光(guang)集熱(re)系統停止(zhi)運行時，汽輪發電(dian)機組則維持(chi)在(zai)低(di)輸出功(gong)率工況運行。

在運行(xing)的(de)13天(tian)中，汽輪發(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)連續運行(xing)了292.8h，不(bu)間(jian)斷發(fa)電(dian)(dian)(dian)量達8.39GWh，不(bu)間(jian)斷發(fa)電(dian)(dian)(dian)量達成率為(wei)(wei)105.2%。這表明(ming)，汽輪發(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)的(de)低輸出功率運行(xing)能力(li)不(bu)僅為(wei)(wei)本太(tai)陽能熱發(fa)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)發(fa)電(dian)(dian)(dian)量提供了保障，也為(wei)(wei)其響應電(dian)(dian)(dian)網調度帶來更(geng)多的(de)操作(zuo)空間(jian)。

2.3快速變負荷儲熱調峰能力

隨(sui)著可(ke)再生能(neng)(neng)源發電(dian)裝機(ji)(ji)容(rong)量的(de)(de)增加(jia)，電(dian)網峰谷差(cha)進一步加(jia)大(da)，可(ke)再生能(neng)(neng)源電(dian)力(li)消納(na)能(neng)(neng)力(li)面臨挑戰，致使出現大(da)量棄風、棄光(guang)現象。雖然(ran)火電(dian)是重要(yao)的(de)(de)調(diao)峰電(dian)源，但火電(dian)機(ji)(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)調(diao)峰能(neng)(neng)力(li)受(shou)鍋(guo)(guo)爐燃燒穩定性(xing)、水(shui)動力(li)安全(quan)性(xing)和環保裝置在低負(fu)荷(he)(he)(he)運行下(xia)適(shi)應(ying)性(xing)的(de)(de)限制。在傳統(tong)火力(li)發電(dian)系統(tong)中(zhong)，由于汽包的(de)(de)筒體(ti)壁較厚(hou)，機(ji)(ji)組(zu)(zu)快速變負(fu)荷(he)(he)(he)運行時，汽包筒體(ti)會產生由內外壁溫(wen)差(cha)引起的(de)(de)徑向熱應(ying)力(li)和外壁上(shang)下(xia)溫(wen)差(cha)引起的(de)(de)周(zhou)向熱應(ying)力(li)，從而降低其(qi)使用(yong)壽命(ming)。自然(ran)循(xun)環形(xing)式下(xia)，鍋(guo)(guo)爐的(de)(de)變負(fu)荷(he)(he)(he)速率(lv)主(zhu)要(yao)受(shou)汽包壽命(ming)的(de)(de)限制[18-20]。對于未進行靈活(huo)性(xing)改造的(de)(de)火電(dian)機(ji)(ji)組(zu)(zu)，其(qi)負(fu)荷(he)(he)(he)可(ke)調(diao)范(fan)圍通常為50%～100%，負(fu)荷(he)(he)(he)調(diao)節(jie)率(lv)為1%～3%Pe/min[21-22]。

本(ben)太陽(yang)能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)站(zhan)在設計(ji)上(shang)考慮了(le)汽輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)組的(de)(de)(de)頻繁(fan)啟(qi)停和(he)寬負(fu)荷調(diao)節能(neng)(neng)力，運(yun)行(xing)(xing)中可精準控制汽輪(lun)機(ji)發(fa)電(dian)系統的(de)(de)(de)熔鹽流量和(he)溫度(du)(du)。該設計(ji)可實現汽輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)組蒸汽參數數值的(de)(de)(de)精細(xi)化控制和(he)平(ping)穩(wen)過(guo)渡，降(jiang)低(di)快(kuai)速(su)變(bian)(bian)負(fu)荷時溫度(du)(du)變(bian)(bian)化對(dui)汽輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)組主(zhu)要設備(bei)的(de)(de)(de)熱沖擊(ji)，延長設備(bei)使用壽(shou)命。利(li)用文獻[23]中的(de)(de)(de)公式，對(dui)本(ben)太陽(yang)能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)站(zhan)變(bian)(bian)負(fu)荷運(yun)行(xing)(xing)下汽包(bao)的(de)(de)(de)循環應(ying)力幅值進(jin)行(xing)(xing)計(ji)算。汽包(bao)內徑為1500mm，壁厚為65mm，材料為低(di)合金高(gao)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)13MnNiMoR鋼，計(ji)算結果如表2所示。

由表(biao)2可知：升負荷時(shi)汽包的最大(da)(da)循環應(ying)力(li)(li)幅值(zhi)(zhi)為60.97MPa，降負荷時(shi)汽包的最大(da)(da)循環應(ying)力(li)(li)幅值(zhi)(zhi)為83.96MPa。根(gen)據文獻(xian)[24]的研究結(jie)果，汽包壁上的循環應(ying)力(li)(li)幅值(zhi)(zhi)低于150MPa時(shi)，對其壽命損耗(hao)很小(xiao)。由此可得，本太陽能熱發電站變負荷運行時(shi)對汽包造成(cheng)的影響較小(xiao)。

由于(yu)本太陽(yang)能熱發電(dian)站變負荷運行時冷(leng)/熱鹽(yan)罐內的(de)冷(leng)/熱鹽(yan)溫(wen)度(du)(du)基本不(bu)變，因(yin)此變負荷運行對儲(chu)罐產生(sheng)的(de)熱應力(li)(li)可忽略(lve)不(bu)計。文獻[24]的(de)研究結果表明，當主蒸汽溫(wen)度(du)(du)波動不(bu)超過±25℃時，轉子和氣缸上不(bu)會產生(sheng)有害熱應力(li)(li)。

根據本太陽能熱發電(dian)站2019年11月9日的數據，其變負(fu)荷時主蒸汽(qi)最(zui)大溫度波動為-3.720℃(升(sheng)負(fu)荷)/4.152℃(降負(fu)荷)，均小(xiao)于±25℃，因(yin)此，可以認為在變負(fu)荷運行過程中汽(qi)輪發電(dian)機組側(ce)產(chan)生的熱應(ying)力對其自身壽命的影響很小(xiao)。

根據(ju)文獻(xian)[25]，塔(ta)式(shi)太陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電站的(de)負(fu)荷調(diao)(diao)節范(fan)圍可(ke)達(da)20%～100%，負(fu)荷調(diao)(diao)節率可(ke)達(da)3%～6%Pe/min。將傳統火(huo)電廠與塔(ta)式(shi)太陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電電站的(de)變(bian)負(fu)荷能(neng)力進行對(dui)比，如表3所示。

由表3可知：變負荷運行時，塔(ta)式太陽(yang)能熱發電站在安全性、環(huan)保性、負荷調(diao)節范圍(wei)和(he)負荷調(diao)節速(su)率等方(fang)面均優于傳(chuan)統火電廠。

選(xuan)取(qu)2019年11月9—10日期間本(ben)太陽能熱發電站(zhan)儲熱調峰時的(de)運行(xing)曲線(xian)，如圖5所示。

由圖5可知：在(zai)(zai)夜間時(shi)段(duan)，本(ben)太陽能熱發電(dian)站維(wei)持在(zai)(zai)低負(fu)荷運行狀(zhuang)態，但在(zai)(zai)31h用電(dian)高峰(feng)期時(shi)卻能快速升(sheng)至滿(man)功率運行狀(zhuang)態。

2019年11月9日本太陽能熱發電站儲熱調峰時(shi)的升、降負荷變化(hua)率如圖(tu)6所示。

結(jie)合圖(tu)5、圖(tu)6可知：在10:44～11:07時(shi)段(duan)內(nei)，本太陽能熱(re)發電站的輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)從48.82MW降至20.89MW，平均(jun)降負荷(he)變化(hua)率(lv)(lv)為(wei)2.32%Pe/min，最大降負荷(he)變化(hua)率(lv)(lv)為(wei)4.72%Pe/min，隨(sui)后維持(chi)約20.77MW的低(di)輸出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)運行3.7h。限功(gong)(gong)率(lv)(lv)時(shi)段(duan)(10:30～15:00)結(jie)束(shu)后，本太陽能熱(re)發電站重新開始升功(gong)(gong)率(lv)(lv)，在14:58～15:17時(shi)段(duan)內(nei)從20.77MW升至50.13MW，平均(jun)升負荷(he)變化(hua)率(lv)(lv)為(wei)2.94%Pe/min，最大升負荷(he)變化(hua)率(lv)(lv)為(wei)5.02%Pe/min。

根據(ju)本太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)發電(dian)站在不同(tong)時(shi)(shi)期的(de)運行(xing)結果(guo)可以發現，其通(tong)過(guo)儲熱(re)調峰能(neng)夠(gou)靈活配(pei)合電(dian)網(wang)調度時(shi)(shi)的(de)快速(su)變負荷(he)需(xu)求。

結(jie)合光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)及太陽(yang)能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)輸出特(te)性(xing)可(ke)知(zhi)，本(ben)太陽(yang)能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站可(ke)以在(zai)光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)力發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)高(gao)峰(feng)期時(shi)，快速降功(gong)率運行；而在(zai)光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)力發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)處于谷值時(shi)，快速升功(gong)率運行，使電(dian)(dian)(dian)(dian)網最(zui)大限度地消納(na)光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)和風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)，成為穩定(ding)的(de)儲(chu)熱(re)調峰(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)源，承擔調峰(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)源削峰(feng)填谷的(de)作用，與光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)和風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)等可(ke)再生能源電(dian)(dian)(dian)(dian)力實(shi)現良好的(de)互補(bu)。

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(tai)陽能(neng)熱發電(dian)站可克服(fu)光伏發電(dian)、風電(dian)的隨機(ji)性、波動性缺點，在多云天(tian)氣下仍能(neng)維持(chi)穩定高功率輸出，同時其還(huan)能(neng)根據(ju)用電(dian)需求靈活、快速調整(zheng)輸出功率，并維持(chi)低功率持(chi)續運行(xing)，表現出良(liang)好能(neng)量(liang)調節(jie)能(neng)力。

2)該太陽能熱(re)發(fa)電站可以在光(guang)伏發(fa)電、風(feng)力發(fa)電高峰(feng)期時(shi)，快(kuai)(kuai)速(su)降功率(lv)運行；而在光(guang)伏發(fa)電、風(feng)力發(fa)電處于谷值時(shi)，快(kuai)(kuai)速(su)升功率(lv)運行，使電網最大限度地(di)消納光(guang)伏發(fa)電和風(feng)電。

研(yan)究(jiu)結果可(ke)為參與電網調(diao)峰的(de)大(da)規模商(shang)業(ye)化塔式太陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電站的(de)設(she)計和運行提供理(li)論(lun)支撐。

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