槽式光热电站发电模式运行切换分析

孙库 于海洋

摘 要：分析了槽式光热电站的基本运行模式以及各运行模式之间的正常切换、特殊切换要点，阐述了影响运行模式切换的因素和切换的安全性控制要点，为类似电站的运行方式设计提供了有益的借鉴。

关键词：槽式光热电站;发电模式;切换时机

0 引言

我国太阳能热发电产业起步较晚，“十二五”期间实现了从实验室级别发电到商业化运营电站发电的重大突破，初步建立了较为完整的产业链。2015年9月，国家能源局下发了《关于组织太阳能热发电示范项目建设的通知》，拟建设规模约1 000 MW的光热示范电站。2016年9月，国家能源局发布了《关于建设太阳能热发电示范项目的通知》，公布了第一批20个太阳能热发电示范项目，同期国家发改委发布了太阳能热发电示范项目电价。

2018年10月，在国家第一批太阳能热发电示范项目中，某公司50 MW槽式导热油光热项目宣布投运，但机组发电模式在切换过程中存在安全性、经济性方面的问题亟待解决。本文通过对光热电站所在地理位置的气象条件，电网、设备运行状态等方面的有效分析，以提高光热电站发电模式运行切换时机的精确度，提升机组运行安全性和经济性，满足电网安全、稳定运行的需求。

1 发电模式切换概述

发电模式切换是槽式光热电站在气象条件突变、电网负荷指令变化、设备故障、日夜交替时，通过自动切换系统运行方式，以实现机组的安全、可靠、连续、稳定运行，模式切换的时机选择，可最大限度提升光热电站的经济效益。

目前，国内槽式光热电站普遍采用7～9种发电模式，主要发电模式包括以下几种：

（1）防凝运行模式：系统油温低于规定值，通过辅助加热方式，维持系统中油温在正常范围内。

（2）太阳岛独立发电模式：太陽岛集热能力仅满足发电需求，而集热后油水换热、蒸汽升温后能常规发电。

（3）太阳岛储热运行模式：太阳岛集热能力仅满足常规发电或储热需求，依据常规系统情况和电网指令要求，机组旋转热备用的同时进行储热工作。

（4）太阳岛和储热系统联合发电运行模式：太阳岛集热能力不足，储热放热能力满足需求。采用太阳岛集热、储热放热升温，达到油水换热、蒸汽参数满足发电要求的目的。

（5）太阳岛发电并储热运行模式：太阳岛集热能力同时满足常规岛发电和储热需求，根据电网指令要求匹配发电与储热负荷平衡。

（6）太阳岛和加热炉联合运行模式：在机组正常发电或储热模式下，气象条件突变，引起系统油温大幅度波动或下降时，辅助加热炉运行，确保系统介质参数稳定，设备安全、可靠运行。

（7）储热岛放热发电模式：白天随着时间推移，夜晚来临，太阳岛集热能力逐步降低，太阳岛由集热方式转为防凝工况，储热系统由储热方式切换为放热方式，并保持系统介质参数稳定，并根据电网指令及储热容量维持机组带负荷运行。

2 发电模式切换

2.1    正常模式切换

每日随着太阳直接辐射量（DNI）稳步上升，镜场集热能力逐渐增强，镜场导热油循环升温后，达到机组启动参数或满足模式切换条件时，机组启动或按照模式切换程序切换至太阳岛与储热联合发电，当油温升至355 ℃左右时，储热放热系统逐渐退出运行，发电模式切换为太阳岛独立发电模式。正常切换（夏季工况）主要参数变化趋势如图1所示。

当太阳直接辐射量大于550 W/m2后，机组导热油流量基本达到设计出力，依据电网指令要求，在满足机组负荷出力的基础上，储热系统开始储热，发电模式切换为太阳岛发电和熔盐储热模式。当集热器跟踪角度达到155°左右时，集热器集热能力逐步降低，镜场导热油循环流量逐步至太阳岛独立发电设计流量，储热系统退出运行，发电模式切换至太阳岛独立发电模式。随着夜间来临，当集热能力不足以满足单独发电需求时，储热系统开始放热，切换至储热发电模式。夜间储热模式发电主要参数变化趋势如图2所示。

2.2    特殊工况切换

国内在运光热电站基本处于干旱、缺水和沙尘天气较多的地理位置，每日气象条件多变，特殊工况主要参数变化趋势如图3所示，大风、沙尘、暴雨天气时，DNI波动幅度大，镜场集热能力稳定性差，在此工况下，启动导热油加热炉用于系统辅助补然作用，以保证系统介质参数稳定，满足电网安全可靠运行要求。

白天由于太阳直接辐射量不足或气象条件差（雨雪、阴天等）无法维持机组运行时，受导热油、熔盐物理特性条件所限，系统启动纯防凝模式，维持系统安全、可靠运行，确保导热油和熔盐介质不凝固。

3 模式切换影响因素分析

3.1    季节变化

光热电站对于太阳辐射值的特殊需求，使得电站所处地理区域年度季节气候差异较大，在不同季节时根据系统介质温度变化，调整发电模式切换时间，而如何准确把握切换时机的关键在于分析历年当地季节变化特点和在不同季节时光热余弦效应对镜场集热能力的影响，从而调整镜场集热器实施跟踪角度，确保介质参数在正常运行范围内安全稳定运行，以保证季节变化是的发电模式切换时机。

3.2    气象条件

气象信息对于光热电站发电能量的影响至关重要，如何提前预判气象条件信息，通过对气象信息分析得出有效结论后，根据结论需要对运行人员下达提前开始发电运行模式操作工作，以保证机组长周期安全可靠运行。

其次，由于气象条件多变，在突发大风、暴雨等恶劣天气时，就需要利用机组系统设置的相关保护功能，确保系统、设备安全停运，避免发生设备损坏事件。

3.3    电网调度

由于电网需求引起的汽轮机变负荷运行，在这种情况下的变负荷过程中需要调节导热油流量，不需要镜场系统产生的导热油完全经过蒸汽发生系统，实时根据电网调度负荷，适应负荷曲线要求，适应改变切换策略，进行模式切换操作。该种模式切换时，以保证电网安全为主。

3.4    设备缺陷或故障

模式切换由于系统流场的改变，对于现场的设备运行状态要求严格，模式切换需保证设备的稳定性，否则容易造成切换过程中不安全事件的发生，因此切换前要检查设备的稳定性与安全性，确定切换的开始时间。

3.5    控制策略

根据现场实际情况，确定切换负荷、时间、设备运行方式等因素，模式切换时对重点参数要时刻监视，若切换条件不满足，切不可及时操作，造成不安全事件的发生。

3.6    主要参数计量及精度

模式切换兼顾的参数较多，对于部分参数，由于系统流场的改变、表计的误差，容易造成部分参数波动较大，影响模式切换时系统的安全运行。

4 结语

太阳能光热发电可配备熔盐储热系统，其具有与电网匹配性好、连续稳定发电和调峰发电能力强等特点，可以实现与常规能源系统的合理互补。发电模式的切换作为日常运行人员的频繁操作项目，根据当日机组运行参数进行综合判断和分析，得出最佳切换时机，以满足机组的长周期、安全、经济运行。

[参考文献]

[1] 罗智慧，龙新峰.槽式太阳能热发电技术研究现状与发展[J].电力设备，2006，7（11）：29-32.

[2] 张耀明，王军，张文进，等.聚光类太阳能热发电概述[J].太阳能，2006（1）：39-41.

[3] 孔祥兵，陈小安，吴国洋，等.槽式太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计[J].现代制造工程，2013（2）：121-126.

收稿日期：2020-01-04

作者简介：孙库（1981—），男，青海人，工程师，研究方向：光热发电生产运维。