光伏光热联合电站调度策略对比分析＊

陈鑫龙，孔令刚，李硕，王宝利

（光热储能综合能源系统工程研究中心，甘肃 兰州 730070）

光热发电凭借自身的灵活性和可调度性与光伏等新能源联合发电成为一种趋势。光伏光热联合电站可提高太阳资源的利用率，同时，联合调度策略对联合电站的发电量和发电成本产生重要影响［1］。本文从运行调度的角度出发，对两种常见调度策略进行对比评估。

1 光伏光热联合电站运行原理及模型

1.1 光热电站运行特性及数学模型

光热电站由聚光集热，储热和发电系统组成。图1为光热电站能流示意图。

图1 光热电站内部能流示意图

由图1可得出光热电站内部能量平衡方程为：

式中，ηsf为光热转换效率；Asf为镜场面积；Dt为太阳直射辐射强度。

储热系统通过调整储放热策略，满足系统发电需求。集热时，冷罐内的低温熔盐通过集热系统吸热升温进入热罐，发电时，高温熔盐从热罐进入蒸发器产生过热蒸汽驱动汽轮机发电，热电转化方程如式（5）所示，式中，ηpc为热电转化效率。

1.2 光伏电站输出效率数学模型

光伏发电是通过光生伏特效应实现光电转换的，为简化计算，输出功率模型如式（6）所示：

式中，nMOD和AMOD分别为光伏板的数量和面积；ηINV为逆变器效率;GI为太阳辐射;fPV为降额系数；ηPV为实际光伏效率。

2 光伏光热联合电站调度策略

PV-CSP联合电站有两种联合调度模式，联合策略(Full-Integrated,F-INT)策略下，CSP和PV系统协同运行，以满足固定功率输出；部分联合（Partially-Integrated,P-INT）策略下CSP和PV电站彼此独立运行，但共享单一电力接入。本文对联合电站的性能评估是通过假设典型日功率输出曲线进行的，功率曲线由功率输出POUT和运行时间τ决定，通常功率输出越小，持续时间越长。由于联合电站的功率曲线受电站自身设计参数、电网需求以及外界环境的影响，本文采用恒定功率输出对调度策略的性能进行研究。

3 算例分析

3.1 算例数据

本文以位于拉萨（91.13°E,29.67°N）的PVCSP联合电站为模型，选取夏季日和冬季日，分析评估两种调度策略。在Matlab环境中利用Cplex工具箱计算光热和光伏的最优出力，光伏电站和光热电站的配置为：光伏容量50MW，主要参数见文献［2］；光热容量50MW，储热时长5h，主要参数见表1；光伏电站和光热电站相关成本见文献［3］。

3.2 算例分析

3.2.1典型日运行结果分析

分别选取上述两个典型日,对联合电站在两种调度模式下的运行结果进行分析评估，结果如表1：

表1 50MW光热电站参数

图2为联合电站在夏季日两种调度策略下的运行情况，恒定输出功率为50MW。F-INT策略下光伏光热电站协同运行，联合电站可维持运行18小时，CSP发电量434MWh，PV发电量565MWh。在该典型日的清晨和傍晚时段，由于太阳辐射强度较低，光热电站释放储存的热量已满足发电需求，光伏电站受光照影响出力较小。正午时段光伏电站出力最大，光热电站储存能量。PV-CSP联合电站在P-INT的调度策略下，光伏光热独立运行，联合电站运行时间为14个小时。

图2 夏季典型日内的功率输出曲线图

图3为联合电站冬季日在两种调度策略下的运行情况。由于冬季环境温度低，且可利用的太阳辐射资源相较夏季明显下降，联合电站在两种调度策略下的运行时间均明显下降。F-INT策略下联合电站运行时间9小时，P-INT策略下运行时长6小时。F-INT策略下，光热电站发电量约241MWh，光伏电站发电量为256MWh。P-INT策略下，光热电站发电量约240MWh。两种调度策略下光热发电量接近，影响联合电站运行时间的关键因素是光伏的出力。通过两种策略的对比，可以得出联合电站在F-INT模式下协同运行，光热的调度能力和灵活性，使光伏出力得到充分利用，联合电站运行时间增长。

图3 冬季典型日内的功率输出曲线图

3.2.2年运行结果分析

对联合电站在两种调度策略下的年发电量和发电成本进行计算，计算结果见表2：

表2 PV-CSP在不同调度策略下的运行结果

由表2可得，F-INT策略下，联合电站发电成本降低33.5%，年发电量上升13.01%。对比两种调度策略下各自的发电量，F-INT策略下，光热电站可调度优势为光伏出力提供极大的空间。P-INT策略下，光伏电站自身受到光照条件的限制，不能通过光热电站进行灵活调度，光伏电站的发电能力无法充分利用。在P-INT策略下，光热电站可通过提高配置容量，尽可能储存热量，来提高整个电站的发电量和运行时间［4－6］。

4 结论

光热电站凭借自身的灵活性和可调度性与光伏电站进行联合调度，可以通过光热电站的TES所提供的调度能力，提高光伏电站在各个时段的出力。光伏光热联合电站可充分利用太阳能资源并减少间歇性对光伏电站的不良影响。针对联合电站F-INT和P-INT两种调度策略，以恒定功率输出的运行结果进行对比分析，在F-INT调度策略下，联合电站的发电量较P-INT调度策略提升13.01%，发电成本下降33.5%。对于PV-CSP联合电站，F-INT在年发电量、发电成本和发电时间方面具有一定优势，更适合于光热电站和光伏电站的联合调度。