CN107681673A - 基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法 - Google Patents

基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，该方法根据熔盐塔式光热机组的调峰时段与原始出力特性，计算出光热机组降出力调峰与启停调峰两种调峰方式的单位调峰电量成本，通过单位调峰电量成本及调峰电量需求，选择适合机组参与电网调峰运行的调峰方式，最后得到机组参与调峰的运行方式。本方法的提出，避免了光热机组投产后加剧新能源弃电的现状，体现了含储热的光热机组对电网的友好性，对于我国光热机组示范项目投产后的运行具有重要的参考价值。

Description

基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法
技术领域
本发明涉及光热发电技术领域，特别涉及一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法。
背景技术
光热机组一般带有储能系统，与常规新能源(风电、光伏)相比，其运行方式具有较强的灵活性；与常规火电机组相比，有较快的爬坡速度以及快速启停能力。对电站本身而言，如何最大限度地利用储热系统发出最多的电量，是首先要考虑的问题；但对电网而言，目前新能源弃电日趋严重，如何利用光热机组的储热系统，在电网调峰以提高电网对新能源的消纳，是首要问题。
目前我国光热机组的建设刚刚起步，尚无运行经验，在光热机组参与电网调峰运行的研究领域基本是一片空白，选择并确定光热机组的调峰方式，无论对于电站本身，还是对于电网都具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法。本方法的提出，避免了光热机组投产后加剧新能源弃电的现状，体现了含储热的光热机组对电网的友好性，对于我国光热机组示范项目投产后的运行具有重要的参考价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，包括以下步骤：
步骤1：获取光热机组参与调峰的时段及该时段光热机组的原始出力特性；
步骤2：根据光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用降出力调峰方式运行时，不同出力系数对应的单位调峰电量成本；
根据光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用启停调峰方式运行时的单位调峰电量成本；
步骤3：通过比较降出力与启停两种调峰方式的单位调峰电量成本及调峰电量需求，选择适合机组参与电网调峰运行的调峰方式；
步骤4：根据选择的调峰方式得到光热机组新的出力特性，并计算光热机组按照所选调峰方式运行后的调峰电量和损失电量。
作为本发明地进一步改进，步骤1中，光热机组的出力系数K，最小技术出力系数Kmin，K取值满足如下公式：
Kmin<K<1||K＝0 (1)
其中：
K为降出力时光热机组的出力系数；
Kmin为光热机组的最小出力系数。
作为本发明地进一步改进，步骤1中，光热机组参与调峰的时段长度按照整数小时考虑，如非整数通过四舍五入近似。
作为本发明地进一步改进，步骤1中，光热机组在需要调峰时段的原始出力特性为离散出力，是由每小时各自的出力系数共同组成，每小时内光热机组出力系数恒定。
作为本发明地进一步改进，步骤2中，调整或降低后的出力系数满足下式：
其中：
k为降出力时光热机组的出力系数；
T为取整的调峰时长；
ki为调峰时长内光热机组在第i小时的原始出力系数。
作为本发明地进一步改进，步骤2中，降出力调峰方式下，光热机组的单位调峰电量成本计算如下式：
其中：
η(k)为机组出力系数为k时的热电转换效率；
ps为光热机组的上网电价；
Uj为采用单出力系数降出力调峰时的单位调峰电量成本。
作为本发明地进一步改进，步骤2中，启停调峰方式下，光热机组的单位调峰电量成本计算如下式：
其中：
pg为光热机组购电电价；
Uq为采用启停调峰时的单位调峰电量成本；
Ws为机组启动时消耗的热量；
Wg1为机组启动从电网购电的购电量；
Wg2为光热机组停机后每小时的购电量；
PN为光热机组的额定功率。
作为本发明的进一步改进，步骤4中，光热机组的调峰电量与损失电量计算如下式，算式的选择取决于调峰方式的选择：
Wsq＝Ws·η(1)+Wg1+Wg2·T (8)
其中：
Wtj为光热机组降出力调峰方式下的调峰电量；
Wsj为光热机组降出力调峰方式下的损失电量；
Wtq为光热机组启停调峰方式下的调峰电量；
Wsq为光热机组启停调峰方式下的损失电量。
作为本发明地进一步改进，步骤3中，通过比较降出力与启停两种调峰方式的单位调峰电量成本，并以成本较低的方式作为光热机组的调峰方式；如果降出力调峰方式整体成本较低，则应根据调峰电量的需求，进一步选择合适的出力系数。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明首次通过研究熔盐塔式光热机组的单位调峰电量成本，提出了一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法。本方法基于熔盐塔式光热机组出力特性，分别计算熔盐塔式光热机组采用降出力运行与启停两种调峰方式下，电站的调峰损失以及电网的调峰收益，得到两种不同方式下的单位电量调峰成本，提出根据单位电量调峰成本选择调峰方式的方法，该方法证明光热机组可以在不弃光的前提下参与电网调峰，避免了光热机组投产后加剧新能源弃电的现状，体现了含储热的光热机组对电网的友好性，对于我国光热机组示范项目投产后的运行具有重要的参考价值。本发明方法能够得到光热机组参与电网调峰的运行方式，可以极大地提高电网对新能源(风电、光伏)的消纳，降低新能源弃电，提高全社会能源利用率。本发明在提出时，全面考虑了光热机组出力特性、机组热电转换效率、机组启停消耗热量、停机时购电量、购电电价等因素，与实际情况较为接近，并以实际工程为算例进行了分析，证明了该方法的实用性和有效性。
本发明推导了详细的光热机组参与调峰后的调峰电量成本计算过程，并给出了方便易用的计算公式，定量化得给出了光热机组调峰方式的选择依据。推导过程全面考虑了光热机组出力特性、机组热电转换效率、机组启停消耗热量、停机时购电量、购电电价等因素，能够准确得得到结果。
附图说明
图1是本发明基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法流程图；
图2是光热机组不同出力系数下热电转换效率曲线图；
图3是降出力调峰方式单位调峰电量成本与光热机组出力系数关系的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，对基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法的实例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是实例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，本发明一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，包括以下步骤：
步骤1：获取光热机组参与调峰的时段及该时段光热机组的原始出力特性；
定义光热机组的出力系数K，最小技术出力系数Kmin，k取值满足如下公式，即停机状态下，K取0；运行状态下，K取值在Kmin与1之间：
Kmin<K<1||K＝0 (1)
其中：
k为降出力时光热机组的出力系数；
kmin为光热机组的最小出力系数。
光热机组参与调峰的时段长度按照整数小时考虑，如非整数通过四舍五入近似。
光热机组在需要调峰时段的原始出力特性为离散出力，即由每小时各自的出力系数共同组成，每小时内认为光热机组出力系数恒定。
步骤2：根据步骤1所述光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用降出力调峰方式按照不同出力系数运行时的单位调峰电量成本；
降出力调峰方式，是指通过调整(降低)光热机组出力系数而实现为其它电源调峰的运行方式，调整(降低)后的出力系数满足下式：
其中：
k为降出力时光热机组的出力系数；
T为取整的调峰时长；
ki为调峰时长内光热机组在第i小时的原始出力系数。
降出力调峰方式下，光热机组的单位调峰电量成本计算如下式：
其中：
η(k)为机组出力系数为k时的热电转换效率；
ps为光热机组的上网电价；
Uj为采用单出力系数降出力调峰时的单位调峰电量成本。
步骤3：根据步骤1所述光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用启停调峰方式运行时的单位调峰电量成本；
启停调峰方式，是指通过在调峰时段机组停机而实现为其它电源调峰的运行方式。启停调峰方式下，光热机组的单位调峰电量成本计算如下式：
其中：
pg为光热机组购电电价；
Uq为采用启停调峰时的单位调峰电量成本；
Ws为机组启动时消耗的热量；
Wg1为机组启动从电网购电的购电量；
Wg2为光热机组停机后每小时的购电量；
PN为光热机组的额定功率。
步骤4：选择光热机组的调峰方式；
光热机组调峰方式的选择方法，是通过比较降出力与启停两种调峰方式的单位调峰电量成本，并以成本较低的方式作为光热机组的调峰方式。如果降出力调峰方式整体成本较低，则应根据调峰电量的需求，进一步选择合适的出力系数。
步骤5：计算光热机组按照所选调峰方式运行后的调峰电量和损失电量。
光热机组的调峰电量与损失电量计算如下式，算式的选择取决于调峰方式的选择：
Wsq＝Ws·η(1)+Wg1+Wg2·T (8)
其中：
Wtj为光热机组降出力调峰方式下的调峰电量。
Wsj为光热机组降出力调峰方式下的损失电量；
Wtq为光热机组启停调峰方式下的调峰电量；
Wsq为光热机组启停调峰方式下的损失电量。
实施例
某塔式熔岩光热电站装机50MW，上网电价为1.15元/kW·h，从电网购电电价为0.48元/kW·h，光热机组不同出力系数下热电转换效率曲线图如图1所示。
本发明一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，具体步骤如下：
步骤1：获取光热机组参与调峰的时段及该时段光热机组的原始出力特性；
该50MW光热机组所处地区光伏装机较多，因此在光伏大发时参与调峰，能够很好得促进电网接收消纳光伏电量。光热机组调峰时段为下午13时至16时，其原始出力特性如表1所示。表1中，光热机组的原始出力特性为，在13至16时出力系数均为1，即以额定功率满发。
表1 50MW光热机组13至16时原始出力特性
时间 13 14 15 16
出力系数 1 1 1 1
步骤2：根据步骤1所述光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用降出力调峰方式按照不同出力系数运行时的单位调峰电量成本；
该光热机组热电转换效率在额定功率下为42.9％，随出力系数降低而下降，在最小出力系数0.2时，为29.4％，如图2所示。降出力调峰的单位调峰电价随机组出力系数的关系如图3所示。当机组出力系数为0.4时，降出力调峰的单位调峰电量成本为：
将机组出力系数满足：
即
0.2≤k<1
的所有运行方式对应的单位调峰电量成本均算出，结果见图3。
步骤3：根据步骤1所述光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用启停调峰方式运行时的单位调峰电量成本；
该光热机组启动消耗热量为90MWht，需要购电4.3MWh，停机后，每小时的购电量为0.88MWh。调峰时间为4小时，启停调峰的单位调峰电量成本为
步骤4：光热机组的调峰方式选择以单位调峰电量成本决定；
两种调峰方式的单位调峰电价对比后可得，应选用降出力调峰方式。考虑到降出力调峰方式下，各出力系数对应的单位调峰电量成本比较接近，因此考虑选用最小技术出力作为降出力调峰的运行方式，此时能够获得最大的调峰电量。
步骤5：计算光热机组按照所选调峰方式运行后的调峰电量和损失电量；
选择降出力调峰方式后，光热机组在13至16时的运行方式如表2所示。
表2 50MW光热机组13至16时采用降出力调峰的运行方式
时间 13 14 15 16
出力系数 0.2 0.2 0.2 0.2
其调峰电量和损失电量计算如下：
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取光热机组参与调峰的时段及该时段光热机组的原始出力特性；
步骤2：根据光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用降出力调峰方式运行时，不同出力系数对应的单位调峰电量成本；
根据光热机组调峰时段出力特性，计算光热机组使用启停调峰方式运行时的单位调峰电量成本；
步骤3：通过比较降出力与启停两种调峰方式的单位调峰电量成本及调峰电量需求，选择适合机组参与电网调峰运行的调峰方式；
步骤4：根据选择的调峰方式得到光热机组新的出力特性，并计算光热机组按照所选调峰方式运行后的调峰电量和损失电量。
2.根据权利要求1所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤1中，光热机组的出力系数K，最小技术出力系数Kmin，K取值满足如下公式：
Kmin<K<1||K＝0 (1)
其中：
K为降出力时光热机组的出力系数；
Kmin为光热机组的最小出力系数。
3.根据权利要求1所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤1中，光热机组参与调峰的时段长度按照整数小时考虑，如非整数通过四舍五入近似。
4.根据权利要求1所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤1中，光热机组在需要调峰时段的原始出力特性为离散出力，是由每小时各自的出力系数共同组成，每小时内光热机组出力系数恒定。
5.根据权利要求1所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤2中，调整或降低后的出力系数满足下式：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mi>k</mi> <mo>&lt;</mo> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mi>T</mi> </munder> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：
k为降出力时光热机组的出力系数；
T为取整的调峰时长；
ki为调峰时长内光热机组在第i小时的原始出力系数。
6.据权利要求5所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤2中，降出力调峰方式下，光热机组的单位调峰电量成本计算如下式：
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <mi>k</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msubsup> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：
η(k)为机组出力系数为k时的热电转换效率；
ps为光热机组的上网电价；
Uj为采用单出力系数降出力调峰时的单位调峰电量成本。
7.根据权利要求5所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤2中，启停调峰方式下，光热机组的单位调峰电量成本计算如下式：
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>W</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;eta;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>p</mi> <mi>g</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：
pg为光热机组购电电价；
Uq为采用启停调峰时的单位调峰电量成本；
Ws为机组启动时消耗的热量；
Wg1为机组启动从电网购电的购电量；
Wg2为光热机组停机后每小时的购电量；
PN为光热机组的额定功率。
8.根据权利要求5所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤4中，光热机组的调峰电量与损失电量计算如下式，算式的选择取决于调峰方式的选择：
<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>T</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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Wsq＝Ws·η(1)+Wg1+Wg2·T (8)
其中：
Wtj为光热机组降出力调峰方式下的调峰电量；
Wsj为光热机组降出力调峰方式下的损失电量；
Wtq为光热机组启停调峰方式下的调峰电量；
Wsq为光热机组启停调峰方式下的损失电量。
9.根据权利要求1所述的一种基于出力特性的熔盐塔式光热机组调峰方式的选择方法，其特征在于，步骤3中，通过比较降出力与启停两种调峰方式的单位调峰电量成本，并以成本较低的方式作为光热机组的调峰方式；如果降出力调峰方式整体成本较低，则应根据调峰电量的需求，进一步选择合适的出力系数。
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