CN103277272A - 风能及槽式太阳能一体化发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及风能及槽式太阳能一体化发电系统。它为了解决现有技术存在的风能全部转化成热能造成能源浪费和储能装置成本增加且对风电造成浪费的问题本发明采用风能和太阳能为发电源，将风电不稳定的高频电能通过加热装置转化成热能储存起来，通过汽轮机发电的调节让风电与太阳能热发电联合在一起平稳输出，以满足电网需求的系统。采用槽式太阳能集热器将太阳能收集起来，将集热工质加热到一定温度，经过预热器、蒸汽发生器和过热再热器，将热能传递给动力回路中循环做功的工质，或产生高温高压的过热蒸汽，驱动汽轮机再带动发电机发电。本发明适用于电力领域。

Description

风能及槽式太阳能一体化发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，具体涉及风能及槽式太阳能一体化发电系统。

背景技术

随着风能及太阳能发电技术的日趋成熟，规模化开发利用风能和太阳能已成为我国开发利用新型能源的必要战略举措。目前国内外采用的风能、太阳能互补联合发电技术主要是风光伏互补发电技术，该技术克服了风能和光照资源不稳定的缺点，充分利用了风能和太阳能资源在地域上的重合性及在时间上的互补性的特点，有利于减少电场变配输系统和电场公用设施的单位投资，保障了电网的安全稳定运行。目前风光互补发电技术存在的缺点：

1、蓄电池的工作状态不合理。其一，充放电控制策略得选择不合理，使实际充电曲线与蓄电池固有电特性相差甚远，导致蓄电池寿命降低；其二，它的荷电状态检测不够精准；

2、控制器集成化程度低，影响产业化发展；

3、新型风力发电机用于实际系统中较少。

鉴于以上风能-太阳光伏发电系统的缺点，国外在以太阳能热发电技术为主体的风光互补发电联合研究方面做了大量的研究工作。2012年初，美国西南部德克萨斯州西部的太阳能发电（CSP）与风电厂首先进行了互补发电系统的分析，证明了这样的部署策略可以提高联合厂房的容量因子和输出功率的平稳性。由于风和CSP之间的协同作用，实时可用的风力和太阳能资源往往是稍呈负相关。风能和太阳能在时间上、地域上和经济上都有一定的互补性。风电厂可以将多余的电量纳入到CSP中，低成本和高效的热能储存（TES）。风力发电低于计划发电量时可以转移使用太阳能发电，以填补缺少量。风光复合发电的主要优点是具有互补性，可以向电网提供稳定的电源。

中国专利201120430468.6公开了太阳能和风能互补储能热发电装置。把风电转化成热能储存在蓄能装置中，把低品质电力转化为高品质电力，实现太阳能互补发电。这里它把风能全部转化成热能造成能源浪费和储能装置成本大大增加。这些缺点不利于风光互补商业化，还将造成风电的大大浪费。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的风能全部转化成热能造成能源浪费和储能装置成本增加且对风电造成浪费的问题，从而提出了风能及槽式太阳能一体化发电系统。

风能及槽式太阳能一体化发电系统包括风力发电机、电厂交流输出装置、电网、热熔盐储热罐、汽轮机、发电机、槽式太阳能集热器、电加热器、换热器、过热再热器、蒸汽发生器、预热器、盐泵、冷熔盐储热罐、集油箱、第一油泵、第一油泵控制器、第二油泵控制器、水泵、冷凝器、冷凝剂容器、冷凝泵、第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一温度传感器、第一电热器控制器、盐泵控制器、第二温度传感器、第二油泵、第三油泵和第二电热器控制器，

风力发电机电能输出端与电厂交流输出装置的电能输入端连接，

电厂交流输出装置的第一电流输出端同时与电网的电流输入端和发电机的电流输出端连接，

电厂交流输出装置的第二电流输出端与电加热器的电流输入端连接，

电加热器的电流输出端与换热器的电流输入端连接，

电加热器的熔盐入口端与热熔盐储热罐的熔盐出口端连通，

电加热器的熔盐出口端与换热器的熔盐入口端连通，

热熔盐储热罐的熔盐入口端与过热再热器的熔盐出口端连通，

过热再热器的熔盐入口端与蒸汽发生器的熔盐出口端连通，

蒸汽发生器的熔盐入口端与预热器的熔盐出口端连通，

预热器的熔盐入口端与冷熔盐储热罐的熔盐出口端连通，

盐泵的串联在换热器的熔盐出口端与冷熔盐储热罐的熔盐入口端之间；

槽式太阳能集热器的第一热能输出端同时与换热器的入油端和过热再热器的出油端连通，

槽式太阳能集热器的第二热能输出端与第一油泵的出油管道连通，

集油箱输油管道与第一油泵的进油管道连通，

第一油泵的出油管道与第二油泵的入油管道连通，

第二油泵的出油管道同时与换热器的出油端和第三油泵的入油管道连通，

第三油泵的出油管道与预热器入油端连通，

预热器的出油端与蒸汽发生器的入油端连通，

蒸汽发生器的出油端与过热再热器的入油端连通；

水泵的出水管道与预热器的入水端连通，

预热器的出水端与蒸汽发生器的入水端连通，

蒸汽发生器的出水端与过热再热器的入水端连通，

再热器的蒸汽输出端与汽轮机的蒸汽输入端连通，

汽轮机的动能输出端与发电机的动能输入端连接，

汽轮机蒸汽输出端和冷凝器的蒸汽输入端连通；

冷凝器的出水端与冷凝剂容器的入水端连通，

冷凝剂容器的出水端与冷凝泵的入水管道连通，

冷凝泵的出水管道与冷凝器的入水端连通，

冷凝器的出水端与水泵的入水管道连通；

第一电流传感器和第二电流传感器均用于采集电厂交流输出装置输出的第一电流，

第三电流传感器用于采集发电机的输出电流，

第一电流传感器的电流信号输出端与第一电热器控制器的电流信号输入端连接，

第一电热器控制器的控制信号输出端与电加热器的控制信号输入端连接；

第二电流传感器的电流信号输出端同时与第三电流传感器的电流信号输出端、盐泵控制器的电流信号输入端和第二电热器控制器的电流输入端连接，

盐泵控制器的控制信号输出端与控制盐泵的控制信号输入端连接，

第二电热器控制器的控制信号输出端与控制水泵的控制信号输入端连接；

第一温度传感器用于采集槽式太阳能集热器输出的第一热能，

第二温度传感器用于采集槽式太阳能集热器输出的第二热能，

第一温度传感器的温度信号输出端与第二温度传感器的温度信号输入端连接，

第二温度传感器的温度信号输出端与第一油泵控制器的温度信号输入端连接，

第一油泵控制器的控制信号输出端与第二油泵的控制信号输入端连接，

第一油泵控制器的温度信号输出端与第二油泵控制器的温度信号输入端连接，

第二油泵控制器的控制信号输出端与第三油泵的控制信号输入端连接。

本发明采用风能和太阳能为发电源，将风电不稳定的高频电能通过加热装置转化成热能储存起来，通过汽轮机发电的调节让风电与太阳能热发电联合在一起平稳输出，以满足电网需求的系统。该系统针对现有的风光互补发电系统的现有缺点，在风电分离和储能环节进行了优化设计，该系统综合运用了储能技术、风电分离、太阳能热发电和风电功率预测技术、智能调节加热器负载技术以及能量管理技术等，本发明达到了改善风电、太阳能热发电输出质量，获得比较稳定的大规模功率输出，提高了供电系统的稳定性和可靠性，降低发电成本，具有良好的环境和经济效益的目的。

附图说明

图1为本发明所述的风能及槽式太阳能一体化发电系统的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的风能及槽式太阳能一体化发电系统包括风力发电机1、电厂交流输出装置2、电网3、热熔盐储热罐4、汽轮机5、发电机6、槽式太阳能集热器7、电加热器8、换热器9、过热再热器10、蒸汽发生器11、预热器12、盐泵13、冷熔盐储热罐14、集油箱15、第一油泵16、第一油泵控制器17、第二油泵控制器18、水泵19、冷凝器20、冷凝剂容器21、冷凝泵22、第一电流传感器23、第二电流传感器24、第三电流传感器25、第一温度传感器26、第一电热器控制器27、盐泵控制器28、第二温度传感器29、第二油泵30、第三油泵31和第二电热器控制器32，

风力发电机1电能输出端与电厂交流输出装置2的电能输入端连接，

电厂交流输出装置2的第一电流输出端同时与电网3的电流输入端和发电机6的电流输出端连接，

电厂交流输出装置2的第二电流输出端与电加热器8的电流输入端连接，

电加热器8的电流输出端与换热器9的电流输入端连接，

电加热器8的熔盐入口端与热熔盐储热罐4的熔盐出口端连通，

电加热器8的熔盐出口端与换热器9的熔盐入口端连通，

热熔盐储热罐4的熔盐入口端与过热再热器10的熔盐出口端连通，

过热再热器10的熔盐入口端与蒸汽发生器11的熔盐出口端连通，

蒸汽发生器11的熔盐入口端与预热器12的熔盐出口端连通，

预热器12的熔盐入口端与冷熔盐储热罐14的熔盐出口端连通，

盐泵13的串联在换热器9的熔盐出口端与冷熔盐储热罐14的熔盐入口端之间；

槽式太阳能集热器7的第一热能输出端同时与换热器9的入油端和过热再热器10的出油端连通，

槽式太阳能集热器7的第二热能输出端与第一油泵16的出油管道连通，

集油箱15输油管道与第一油泵16的进油管道连通，

第一油泵16的出油管道与第二油泵30的入油管道连通，

第二油泵30的出油管道同时与换热器9的出油端和第三油泵31的入油管道连通，

第三油泵31的出油管道与预热器12入油端连通，

预热器12的出油端与蒸汽发生器11的入油端连通，

蒸汽发生器11的出油端与过热再热器10的入油端连通；

水泵19的出水管道与预热器12的入水端连通，

预热器12的出水端与蒸汽发生器11的入水端连通，

蒸汽发生器11的出水端与过热再热器10的入水端连通，

再热器10的蒸汽输出端与汽轮机5的蒸汽输入端连通，

汽轮机5的动能输出端与发电机6的动能输入端连接，

汽轮机5蒸汽输出端和冷凝器20的蒸汽输入端连通；

冷凝器20的出水端与冷凝剂容器21的入水端连通，

冷凝剂容器21的出水端与冷凝泵22的入水管道连通，

冷凝泵22的出水管道与冷凝器20的入水端连通，

冷凝器20的出水端与水泵19的入水管道连通；

第一电流传感器23和第二电流传感器24均用于采集电厂交流输出装置2输出的第一电流，

第三电流传感器25用于采集发电机6的输出电流，

第一电流传感器23的电流信号输出端与第一电热器控制器27的电流信号输入端连接，

第一电热器控制器27的控制信号输出端与电加热器8的控制信号输入端连接；

第二电流传感器24的电流信号输出端同时与第三电流传感器25的电流信号输出端、盐泵控制器28的电流信号输入端和第二电热器控制器32的电流输入端连接，

盐泵控制器28的控制信号输出端与控制盐泵13的控制信号输入端连接，

第二电热器控制器32的控制信号输出端与控制水泵19的控制信号输入端连接；

第一温度传感器26用于采集槽式太阳能集热器7输出的第一热能，

第二温度传感器29用于采集槽式太阳能集热器7输出的第二热能，

第一温度传感器26的温度信号输出端与第二温度传感器29的温度信号输入端连接，

第二温度传感器29的温度信号输出端与第一油泵控制器17的温度信号输入端连接，

第一油泵控制器17的控制信号输出端与第二油泵30的控制信号输入端连接，

第一油泵控制器17的温度信号输出端与第二油泵控制器18的温度信号输入端连接，

第二油泵控制器18的控制信号输出端与第三油泵31的控制信号输入端连接。

本实施方式的目的在于改善风电、太阳能热发电输出质量，获得比较稳定的大规模功率输出，提高了供电系统的稳定性和可靠性，降低发电成本。

本实施方式中的太阳能热发电是指槽式太阳能集热器7将太阳能转化为足够温度的热能，然后转换电能的技术。利用槽式太阳能集热器7将太阳能收集起来，将集热工质加热到一定温度，经过预热器12、蒸汽发生器11和过热再热器10，将热能传递给动力回路中循环做功的工质，或产生高温高压的过热蒸汽，驱动汽轮机5，再带动发电机6发电。而从汽轮机出来的乏汽，其压力和温度已大大降低，或经冷凝器20凝结成液体后，被水泵19入换热器9，开始新的循环。

槽式太阳能集热器7内部的聚光镜面从几何上看是将抛物线平移而形成的槽式抛物面，它将太阳能聚在一条线上，在这条线上安装有管状集热器，以吸收聚焦后的太阳辐射能，并常常将众多的槽式抛物面串并联成聚光集热器阵列，抛物面对太阳能辐射多进行一维跟踪，几何聚光比在10-100之间，温度可达400摄氏度（温度检测26）左右。

本系统联合槽式太阳能和风能，主要包括：风机发电装置由风力发电机1和电厂交流输出装置2组成，槽式太阳能集热器7由抛物槽式聚光镜、接收器和跟踪装置组成，换热系统由预热器12、蒸汽发生器11和过热再热器10组成，发电系统由汽轮机5和发电机6组成，储能装置由热熔盐储热罐4和冷熔盐储热罐14组成，系统控制器由第一油泵控制器17、第二油泵控制器18、第一电热器控制器27和盐泵控制器28组成。

本发明针对风能及太阳能的不确定性和随机性及并网功率的不确定性，在考虑当前我国电网现状以及预测能力有限的情况下，利用多源互补、分级优化、系统协同的调控理论方法，提出风能联合槽式太阳能热互补发电的技术。如图1所示为风能及槽式太阳能一体化发电系统的结构示意图，图中，热熔盐储热罐4和冷熔盐储热罐14组成储能装置，该储能装置中有一个热熔盐储热罐4和一个冷熔盐储热罐14，当风场发电量过大时可将多余的电量通过电加热器暂时存储在热熔盐储热罐4中，而当风场的发电量低于预测值时可以将热熔盐储热罐4中所存储的释放出来，从而达到对电力系统的稳定和调节的目的。同时，当储能装置中具有较大的能量备用时，可以给出偏乐观的功率预测；相反，当储能装置中能量备用较小时，给出偏保守的功率预测，多发的电能储存于蓄热环节中。即根据储能装置中能量备用情况，动态调整预测的偏向性。如此以达到风能和槽式太阳能热发电的互补作用，有效低利用两种清洁能源进行发电，最终并入电网3。具体控制原理如下：

当太阳集热场的太阳能热和风能产出超过设定需求功率曲线，或者常规汽轮机达到最大负荷时，这时开始储热模式。来自太阳集热场的导热流体(HTF)流向储热系统换热器9，热能传递给来自冷熔盐储热罐14的融盐。通过第一电流传感器23检测到电流送给第一电热器控制器27，第一电热器控制器27控制盐泵控制器28改变载荷，分离超出给定风电功率曲线的电能，进而通过电加热器8加热融盐。来自风能分离电能通过第一电热器控制器27加热融盐。来自换热器9和第一电热器控制器27加热融盐接受热能后温度提高，积累在热熔盐储热罐4中。

在储热模式下，控制策略为监控过热再热器10出口及汽轮机5入口的主蒸汽参数(压力、温度)额定时，流量满足汽轮机满负荷发电时，储热模式开始运行。

在太阳辐射降低的情况下和风能发电出现低谷时进行放热模式，储热过程将逆过程运行，来自热熔盐储热罐4的熔融盐将被盐泵13送至过热再热器10、蒸汽发生器11和预热器12，熔融盐将热能传递给冷的导热流体(HTF)，而冷却的熔融盐将再次返回冷熔盐储热罐14中。

在放热模式下，控制策略为监控过热再热器10出口及汽轮机5入口的主蒸汽参数(压力、温度)额定时，流量一旦低于汽轮机满负荷发电时，放热模式开始运行。

当放热模式给出的热量不足以满发时，进入汽轮机5负荷发电，直到停机。

Claims (1)

1.风能及槽式太阳能一体化发电系统，其特征在于：它包括风力发电机（1）、电厂交流输出装置（2）、电网（3）、热熔盐储热罐（4）、汽轮机（5）、发电机（6）、槽式太阳能集热器（7）、电加热器（8）、换热器（9）、过热再热器（10）、蒸汽发生器（11）、预热器（12）、盐泵（13）、冷熔盐储热罐（14）、集油箱（15）、第一油泵（16）、第一油泵控制器（17）、第二油泵控制器（18）、水泵（19）、冷凝器（20）、冷凝剂容器（21）、冷凝泵（22）、第一电流传感器（23）、第二电流传感器（24）、第三电流传感器（25）、第一温度传感器（26）、第一电热器控制器（27）、盐泵控制器（28）、第二温度传感器（29）、第二油泵（30）、第三油泵（31）和第二电热器控制器（32），

风力发电机（1）电能输出端与电厂交流输出装置（2）的电能输入端连接，

电厂交流输出装置（2）的第一电流输出端同时与电网（3）的电流输入端和发电机（6）的电流输出端连接，

电厂交流输出装置（2）的第二电流输出端与电加热器（8）的电流输入端连接，

电加热器（8）的电流输出端与换热器（9）的电流输入端连接，

电加热器（8）的熔盐入口端与热熔盐储热罐（4）的熔盐出口端连通，

电加热器（8）的熔盐出口端与换热器（9）的熔盐入口端连通，

热熔盐储热罐（4）的熔盐入口端与过热再热器（10）的熔盐出口端连通，

过热再热器（10）的熔盐入口端与蒸汽发生器（11）的熔盐出口端连通，

蒸汽发生器（11）的熔盐入口端与预热器（12）的熔盐出口端连通，

预热器（12）的熔盐入口端与冷熔盐储热罐（14）的熔盐出口端连通，

盐泵（13）的串联在换热器（9）的熔盐出口端与冷熔盐储热罐（14）的熔盐入口端之间；

槽式太阳能集热器（7）的第一热能输出端同时与换热器（9）的入油端和过热再热器（10）的出油端连通，

槽式太阳能集热器（7）的第二热能输出端与第一油泵（16）的出油管道连通，

集油箱（15）输油管道与第一油泵（16）的进油管道连通，

第一油泵（16）的出油管道与第二油泵（30）的入油管道连通，

第二油泵（30）的出油管道同时与换热器（9）的出油端和第三油泵（31）的入油管道连通，

第三油泵（31）的出油管道与预热器（12）入油端连通，

预热器（12）的出油端与蒸汽发生器（11）的入油端连通，

蒸汽发生器（11）的出油端与过热再热器（10）的入油端连通；

水泵（19）的出水管道与预热器（12）的入水端连通，

预热器（12）的出水端与蒸汽发生器（11）的入水端连通，

蒸汽发生器（11）的出水端与过热再热器（10）的入水端连通，

再热器10的蒸汽输出端与汽轮机（5）的蒸汽输入端连通，

汽轮机（5）的动能输出端与发电机（6）的动能输入端连接，

汽轮机（5）蒸汽输出端和冷凝器（20）的蒸汽输入端连通；

冷凝器（20）的出水端与冷凝剂容器（21）的入水端连通，

冷凝剂容器（21）的出水端与冷凝泵（22）的入水管道连通，

冷凝泵（22）的出水管道与冷凝器（20）的入水端连通，

冷凝器（20）的出水端与水泵（19）的入水管道连通；

第一电流传感器（23）和第二电流传感器（24）均用于采集电厂交流输出装置（2）输出的第一电流，

第三电流传感器（25）用于采集发电机（6）的输出电流，

第一电流传感器（23）的电流信号输出端与第一电热器控制器（27）的电流信号输入端连接，

第一电热器控制器（27）的控制信号输出端与电加热器（8）的控制信号输入端连接；

第二电流传感器（24）的电流信号输出端同时与第三电流传感器（25）的电流信号输出端、盐泵控制器（28）的电流信号输入端和第二电热器控制器（32）的电流输入端连接，

盐泵控制器（28）的控制信号输出端与控制盐泵（13）的控制信号输入端连接，

第二电热器控制器（32）的控制信号输出端与控制水泵（19）的控制信号输入端连接；

第一温度传感器（26）用于采集槽式太阳能集热器（7）输出的第一热能，

第二温度传感器（29）用于采集槽式太阳能集热器（7）输出的第二热能，

第一温度传感器（26）的温度信号输出端与第二温度传感器（29）的温度信号输入端连接，

第二温度传感器（29）的温度信号输出端与第一油泵控制器（17）的温度信号输入端连接，

第一油泵控制器（17）的控制信号输出端与第二油泵（30）的控制信号输入端连接，

第一油泵控制器（17）的温度信号输出端与第二油泵控制器（18）的温度信号输入端连接，

第二油泵控制器（18）的控制信号输出端与第三油泵（31）的控制信号输入端连接。

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