CN110374813A - 一种风电-光伏-储热联合发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风电‑光伏‑储热联合发电系统，该系统由风电子系统，光伏子系统，电加热器，储热系统及配套的汽轮机组所组成，电加热器主要用于当系统出力大于负荷需求时，将多余的弃风电能以及弃光电能转换为热能的形式储存在储热系统中；当系统出力小于负荷需求时，储热系统释放热能推动汽轮机组发电。本发明的联合发电系统可以有效地调整风电光伏出力，提高通道利用率和能源使用率。

Description

一种风电-光伏-储热联合发电系统
技术领域
本发明涉及一种风电-光伏-储热联合发电系统，属于能源优化利用技术领域。
背景技术
随着社会的发展，能源问题和环境问题成为了人们关注的焦点。目前火电仍然是占比最大的发电形式，但常规火电站不仅会消耗大量的化石能源，而且化石燃料燃烧过程中所产生的排放物会对环境造成严重的污染，不符合“可持续发展”战略。有学者提出使用生物质燃料来代替传统的化石燃料，但是生物质燃料供应有限，而且燃烧过程中仍然会排放大量的温室气体。风力发电和光伏发电日益成为越来越重要的发电形式，由于风，光资源都存在间歇性和不稳定性，单独的风电场以及光伏电站的可调度性和灵活性不高，而且其并网过程中可能会造成电网的电能质量问题。
常规的风光互补系统通常使用蓄电池组作为储能单元，但是蓄电池组有严格的充放电限制，循环寿命短，价格昂贵等缺点，而储热系统的价格相对低廉，且储热系统不仅易于大规模化建设而且储热效率高达95％-97％，因此利用储热系统作为风光互补系统的储能装置可以实现更高的经济效益。
关于风光互补系统的容量优化问题，国内外已有许多相关的研究。吴红斌,陈斌,郭彩云.风光互补发电系统中混合储能单元的容量优化[J].农业工程学报,2011,27(04):241-245利用蓄电池-超级电容器的混合储能单元来提高风电-光伏联合发电系统的供电可靠性，并建立了混合储能单元的容量优化模型。但是使用蓄电池-超级电容器的混合储能单元价格昂贵，不利于大规模建设。王乐,周章,尉志勇,宋洁,刘海军.风电-抽水蓄能联合系统的优化运行研究[J].电网与清洁能源,2014,30(02):70-75研究了风电-抽水蓄能混合发电系统的动态特征，并运用遗传算法来优化风电-抽水蓄能混合发电系统的容量，但是抽水蓄能电站严重的受到地理条件的限制。杨勇,郭苏,刘群明,李荣.风电–CSP联合发电系统优化运行研究[J].中国电机工程学报,2018,38(S1):151-157研究了风电-光热联合发电系统的调度策略，并提出使用电加热器来减少弃风损失，提高供电的可靠性。不过该文章主要研究电站联合运行的调度策略，未考虑各电站建设前的经济性评估。光热电站造价昂贵，且集热场部分占据50％的建设成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电-光伏-储热联合发电系统，当系统出力大于负荷需求时，采用电加热器将多余的弃风电能以及弃光电能转换为热能的形式储存在储热系统中；当系统出力小于负荷需求时，储热系统释放热能推动汽轮机组发电。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种风电-光伏-储热联合发电系统，由风电子系统，光伏子系统，电加热器，储热系统及汽轮机组构成；所述风电子系统所发电能经过整流后与光伏子系统所发电能共用直流母线，然后通过逆变，升压后并入电网；
所述储热系统包括冷罐，热罐以及输送管道；所述冷罐用于储存288℃的冷盐，所述热罐用于储存565℃的热盐；所述冷罐中储存的冷盐经输送管道输送到电加热器中加热至565℃后输送到热罐中；所述热罐中储存的热盐与汽轮机组中的水工质换热后输送到冷罐；
所述储热系统用于将风电子系统和光伏子系统的波动电能以及超出通道容量的电能以热能的形式储存在热盐中，当风电子系统以及光伏子系统的输出电能不足通道容量时，储热系统释放热能从而推动汽轮机组发电；
所述汽轮机组由预热器，蒸发器，过热器，再热器，高压缸，低压缸，除氧器，冷凝器和发电机组构成；所述汽轮机组用于当所述联合发电系统出力小于负荷要求时，将所述储热系统中的热能转换为电能输出至电网；
所述电加热器用于将风电子系统以及光伏子系统超过通道容量的电能转换为热能的形式储存在储热系统中。
前述的电加热器采用4160V中压系统。
前述的储热系统释放热能从而推动汽轮机组发电，包括：
储热系统热罐中的热盐依次经过过热器，蒸发器，预热器，将热能以对流传热的方式传递给水工质，然后回到储热系统的冷罐中；水工质依次经过预热器，蒸发器，过热器与热盐换热后转换成高温高压的蒸汽，推动高压缸以及低压缸中的叶轮转动，从而推动发电机组发电。
前述的联合发电系统的发电策略如下：
实时计算风电子系统出力pw(i,j)和光伏子系统出力pv(i,j)，如果风电子系统出力pw(i,j)和光伏子系统出力pv(i,j)之和大于通道容量c_load，则多余的电能dp(i,j)通过电加热器转换成热能后储存在储热系统中，如果多余电能dp(i,j)高于储热系统该时刻的剩余容量，则当储热系统容量达到储热系统的储存上限时，开始弃光弃风；
如果风电子系统出力pw(i,j)和光伏子系统出力pv(i,j)之和小于通道容量c_load，则储热系统放热推动汽轮机组发电，如果不足电能-dp(i,j)大于储热系统容量，则储热系统最大限度释放热能，即达到ms＝ms_min；
其中，dp(i,j)＝pw(i,j)+pv(i,j)-c_load，ms为储热系统容量，ms_min为储热系统的储存下限，(i,j)表示第i天第j小时。
前述的弃光弃风后，如果风电子系统出力pw(i,j)大于通道容量c_load，则弃掉所有光伏子系统出力，输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝c_load，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝0，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝0及储热系统容量ms；
如果风电子系统出力pw(i,j)小于通道容量c_load，则风电子系统出力全部通过输电通道上网，风电子系统出力不足通道容量限制的利用光伏子系统补充，输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝c_load-pw(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝0及储热系统容量ms。
前述的储热系统释放热能至储存下限后，判断汽轮机组是否需要预热，若前一时刻汽轮机组实际上网电量大于0，则该时刻汽轮机组无需预热，此时输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝pv(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝ms*η，以及储热系统容量ms；若前一时刻汽轮机组实际上网电量小于0，则该时刻汽轮机组需要预热，此时输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝pv(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝ms*η*pre，以及储热系统容量ms；
其中，η表示汽轮机组的热电效率，pre表示汽轮机组预热系数。
前述的储热系统的初始容量为储热系统储存上限的0.5倍。
前述的风电子系统出力pw(i,j)计算如下：
其中，Pr为风机额定功率，u是风机轮毂处实时风速，ur是风机的额定风速，uci和uco分别为风机的切入风速和切出风速；
u计算如下：
其中，V1表示测风仪所测风速，hn和h1分别表示风机轮毂处高度和测风仪高度，a表示风切变指数。
前述的光伏子系统出力pv(i,j)计算如下：
其中，Pstc表示标准测试条件下光伏子系统的最大输出功率，Sstc和Tstc分别表示标准测试条件下的辐照强度和环境温度，S表示实际的辐照强度，Ta表示实际的环境温度，ε表示光伏电池温度系数。
前述的储热系统容量用储热时长来表示，计算如下：
其中，Q表示储热系统的最大储热量，Pe表示汽轮机组的额定功率，ηe表示汽轮机组的绝对电效率，Tt表示储热系统的储热时长；
Q计算如下：
储热：
放热：
其中，和分别表示t+1时刻和t时刻储热系统的储热量，δTES表示储热系统的自放热率，和分别表示储热系统的储热功率和放热功率，ηTES.c和ηTES.d分别表示储热系统的储热效率和放热效率，Δt表示储热系统的储热或放热时段的时长。
本发明所达到的有益效果为：
本发明的联合发电系统可以有效地调整风电光伏出力，提高通道利用率和能源使用率。
本发明的联合发电系统可以有效的减少风电场的弃风损失及光伏电站的弃光损失。
本发明的联合发电系统相比于风电-光热联合系统可以有效地减少投资成本，具有较高的经济效益。
本发明的联合系统能够有效利用小火电站的汽轮机组，减少化石能源的使用以及污染物的排放。
附图说明
图1为本发明的风电-光伏-储热联合发电系统结构框图。
图2为本发明的风电-光伏-储热联合发电系统的控制策略图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提出一种风电-光伏-储热联合发电系统，参见图1，该系统由风电子系统，光伏子系统，电加热器，储热系统及配套的汽轮机组所组成。风电子系统以及光伏子系统是联合发电系统的主要发电单元，风电子系统所发电能经过整流后与光伏子系统所发电能共用直流母线，然后通过逆变，升压后并入电网。
储热系统包括冷罐，热罐，导热工质(熔融盐)，储热工质(熔融盐)以及输送管道所组成，储热系统的主要作用是调整联合发电系统的出力时段，平缓系统的出力波动。
熔融盐主要由60％NaNO3和40KNO3所组成；储热系统的冷罐用来储存288℃的冷盐，热罐用来储存565℃的热盐；冷罐中储存的熔融盐经管道输送到电加热器中加热至565℃后输送到热罐中；热罐中储存的熔融盐与汽轮机组中的水工质换热后输送到冷罐中。
储热系统作为一个储存单元，可以将风电子系统以及光伏子系统的波动电能以及超出通道容量的电能以热能的形式储存在储热工质中，当风电子系统以及光伏子系统的输出电能不足通道容量时，储热系统可以释放储热工质中的热能从而推动汽轮机组发电，因此储热系统能够起到调整出力时段，平缓处理波动，从而提高能源使用率以及通道利用率的作用。
汽轮机组由预热器，蒸发器，过热器，再热器，高压缸HP，低压缸LP，除氧器，冷凝器，加热器(H1-H4)和发电机组等组成，汽轮机组的主要作用是当系统出力小于负荷要求时，汽轮机组将储热系统中的热能转换为电能输出到电网。
储热系统热罐中的熔融盐依次经过过热器，蒸发器，预热器，将热能以对流传热的方式传递给水工质，然后回到储热系统的冷罐中。水工质依次经过预热器，蒸发器，过热器与熔融盐换热后转换成高温高压的蒸汽，推动高压缸HP以及低压缸LP中的叶轮转动，从而带动发电机组发电，实现了将储热系统中的热能转换为电能的过程。
预热器的作用是将水工质预热到一定温度，蒸发器的作用是将水工质加热至饱和蒸汽，过热器的作用是将饱和蒸汽加热至过热蒸汽，再热器的作用是提高汽轮机低压缸的蒸汽温度，除氧器的作用去除预热器进口处水工质中的氧气，冷凝器的作用是将低压缸出口处蒸汽凝结成水，高压缸HP和低压缸LP在蒸汽的推动下叶轮转动从而带动发电机组发电，加热器H1-H4的作用是将高压缸以及低压缸出口处的水工质加热到一定温度。
电加热器是利用电流的焦耳效应将风电子系统以及光伏子系统的波动电能以及多余电能用来加热储热系统中的冷盐，加热至565℃后输送至热罐中，从而实现了电能向热能转换的过程。电加热器作为储热系统的热源，不仅能够有效地减少弃风弃光损失，而且可以使系统具有更高的能源使用率和通道利用率。
本发明系统中电加热器采用4160V中压系统，相比于传统的480V低压系统，中压系统电加热器可以减少加热过程中的功率损失，降低安装，运行维护中的费用，从而有效地减少系统的投资成本。
风电-光伏-储热联合发电系统中各部分的数学模型如下：
风机模型
风机的输出功率由实时风速和风机的输出特性(风功率曲线)所决定，其计算公式如式(1)及式(2)所示：
其中，Pw和Pr分别为风机的输出功率和额定功率，u是风机轮毂处实时风速，ur是风机的额定风速，uci和uco分别为风机的切入风速和切出风速。
由于测风数据通常是测风仪高度处的风速，而风机的输出功率是根据风机轮毂高度处的实时风速所求得的，因此给出不同高度的风速换算公式如式(3)所示：
其中，Vn和V1分别表示风机轮毂处风速和测风仪所测风速，hn和h1分别表示风机轮毂处高度和测风仪高度，a表示风切变指数，通常取0.143。
光伏模型
光伏组件的出力主要和太阳辐射值及环境温度有关，其输出功率的计算公式如式(4)所示：
其中，Ppv表示光伏组件的输出功率，Pstc表示标准测试条件下(辐照强度1000W/m2，环境温度25℃)光伏组件的最大输出功率，Sstc和Tstc分别表示标准测试条件下的辐照强度和环境温度，S表示实际的辐照强度，Ta表示实际的环境温度，ε表示光伏电池温度系数，通常取-0.47％/K。
储热系统模型
假设储热系统在t时段内储放热功率恒定，储热系统在储放热过程之后的存储能量如公式(5)及(6)所示：
储热：
放热：
其中，和分别表示t+1时刻和t时刻储热系统的储热量，δTES表示储热系统的自放热率，通常取0.01；和分别表示储热系统的储热功率和放热功率，ηTES.c和ηTES.d分别表示储热系统的储热效率和放热效率，Δt表示储放热时段的时长。
储热系统的容量通常用储热时长表示，储热时长是指储热系统中所储存最大热量可供汽轮发电机组在额定工况下运行的时间。储热容量和储热时长的关系如式(7)所示：
其中，Q表示储热系统的最大储热量，Pe表示汽轮机组的额定功率，ηe表示汽轮机组的绝对电效率，通常取0.35；Tt表示储热系统的储热时长。
汽轮机组模型
汽轮机组的输出功率如式(8)所示：
Pout＝ηe·Pin (8)
其中，Pout和Pin分别表示汽轮机组的输出功率和输入功率，ηe表示汽轮机组的绝对电效率，通常取0.35。
联合发电系统调度策略
联合发电系统的调度策略如图2所示，图中：pw(i,j)，pv(i,j)分别表示第i天第j小时的风电出力和光伏出力，c_load表示通道容量，通道容量表示一小时内输电通道(线路)所能输送电能的能力。gw(i,j)，gv(i,j)，gp(i,j)分别表示风电场，光伏电站以及汽轮机组的实际上网电量；dp(i,j)表示风电出力和光伏出力之和与通道容量之间的差值；ms_max，ms_min分别表示储热系统的储存上限和下限，ms表示储热系统容量。
当dp(i,j)>0时，风电出力和光伏出力之和大于通道容量限制，多余的电能需要通过电加热器转换成热能后储存在储热系统中，如果多余电量高于储热系统该时刻的剩余容量(dp>ms_max-ms)，则当储热系统储满后(即储热系统容量达到储热系统的储存上限ms＝ms_max)开始弃光弃风；如果风电出力大于通道容量限制(pw(i,j)>c_load)，则弃掉所有光伏电能且存在一定的弃风(gp(i,j)＝0,gv(i,j)＝0,gw(i,j)＝c_load)，输出风电场的实际上网电量gw(i,j)＝c_load，光伏电站的实际上网电量gv(i,j)＝0，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝0及储热系统容量ms。风电出力小于通道容量限制(pw(i,j)<c_load)，则风电出力全部通过输电通道上网，风电出力不足通道容量限制的部分利用光伏电能补充，输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝c_load-pw(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝0及储热系统容量ms。
因为风电的上网电价高于光伏的上网电价，因此本发明中假设优先使用风电上网。
当dp(i,j)<0时，风电出力和光伏出力之和低于通道容量，因此储热系统放热推动汽轮机组发电。当不足部分电能大于储热系统的储热量时(-dp>ms)，储热系统最大限度释放热能直到ms＝ms_min；但系统仍然无法满足负荷要求。其中，gp(i-1,j)>0是判断汽轮机组是否需要预热，若前一时刻汽轮机组运行即汽轮机组实际上网电量大于0，则该时刻汽轮机组无需预热，此时输出风电场的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏电站的实际上网电量gv(i,j)＝pv(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝ms*η，以及储热系统容量ms；若gp(i-1,j)<0，则该时刻汽轮机组需要预热，此时输出风电场的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏电站的实际上网电量gv(i,j)＝pv(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝ms*η*pre，以及储热系统容量ms。
其中，η表示汽轮机组的热电效率，pre表示汽轮机组预热系数。
为了避免储热系统长期处于低储能状态，设定储热系统的初始容量ms＝0.5*ms_max，且储热系统的容量时刻满足ms_min<ms<ms_max。

Claims (10)

1.一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，由风电子系统，光伏子系统，电加热器，储热系统及汽轮机组构成；所述风电子系统所发电能经过整流后与光伏子系统所发电能共用直流母线，然后通过逆变，升压后并入电网；
所述储热系统包括冷罐，热罐以及输送管道；所述冷罐用于储存288℃的冷盐，所述热罐用于储存565℃的热盐；所述冷罐中储存的冷盐经输送管道输送到电加热器中加热至565℃后输送到热罐中；所述热罐中储存的热盐与汽轮机组中的水工质换热后输送到冷罐；
所述储热系统用于将风电子系统和光伏子系统的波动电能以及超出通道容量的电能以热能的形式储存在热盐中，当风电子系统以及光伏子系统的输出电能不足通道容量时，储热系统释放热能从而推动汽轮机组发电；
所述汽轮机组由预热器，蒸发器，过热器，再热器，高压缸，低压缸，除氧器，冷凝器和发电机组构成；所述汽轮机组用于当所述联合发电系统出力小于负荷要求时，将所述储热系统中的热能转换为电能输出至电网；
所述电加热器用于将风电子系统以及光伏子系统超过通道容量的电能转换为热能的形式储存在储热系统中。
2.根据权利要求1所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述电加热器采用4160V中压系统。
3.根据权利要求1所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述储热系统释放热能从而推动汽轮机组发电，包括：
储热系统热罐中的热盐依次经过过热器，蒸发器，预热器，将热能以对流传热的方式传递给水工质，然后回到储热系统的冷罐中；水工质依次经过预热器，蒸发器，过热器与热盐换热后转换成高温高压的蒸汽，推动高压缸以及低压缸中的叶轮转动，从而推动发电机组发电。
4.根据权利要求1所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述联合发电系统的发电策略如下：
实时计算风电子系统出力pw(i,j)和光伏子系统出力pv(i,j)，如果风电子系统出力pw(i,j)和光伏子系统出力pv(i,j)之和大于通道容量c_load，则多余的电能dp(i,j)通过电加热器转换成热能后储存在储热系统中，如果多余电能dp(i,j)高于储热系统该时刻的剩余容量，则当储热系统容量达到储热系统的储存上限时，开始弃光弃风；
如果风电子系统出力pw(i,j)和光伏子系统出力pv(i,j)之和小于通道容量c_load，则储热系统放热推动汽轮机组发电，如果不足电能-dp(i,j)大于储热系统容量，则储热系统最大限度释放热能，即达到ms＝ms_min；
其中，dp(i,j)＝pw(i,j)+pv(i,j)-c_load，ms为储热系统容量，ms_min为储热系统的储存下限，(i,j)表示第i天第j小时。
5.根据权利要求4所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，弃光弃风后，如果风电子系统出力pw(i,j)大于通道容量c_load，则弃掉所有光伏子系统出力，输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝c_load，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝0，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝0及储热系统容量ms；
如果风电子系统出力pw(i,j)小于通道容量c_load，则风电子系统出力全部通过输电通道上网，风电子系统出力不足通道容量限制的利用光伏子系统补充，输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝c_load-pw(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝0及储热系统容量ms。
6.根据权利要求4所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述储热系统释放热能至储存下限后，判断汽轮机组是否需要预热，若前一时刻汽轮机组实际上网电量大于0，则该时刻汽轮机组无需预热，此时输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝pv(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝ms*η，以及储热系统容量ms；若前一时刻汽轮机组实际上网电量小于0，则该时刻汽轮机组需要预热，此时输出风电子系统的实际上网电量gw(i,j)＝pw(i,j)，光伏子系统的实际上网电量gv(i,j)＝pv(i,j)，汽轮机组的实际上网电量gp(i,j)＝ms*η*pre，以及储热系统容量ms；
其中，η表示汽轮机组的热电效率，pre表示汽轮机组预热系数。
7.根据权利要求4所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述储热系统的初始容量为储热系统储存上限的0.5倍。
8.根据权利要求4所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述风电子系统出力pw(i,j)计算如下：
其中，Pr为风机额定功率，u是风机轮毂处实时风速，ur是风机的额定风速，uci和uco分别为风机的切入风速和切出风速；
u计算如下：
其中，V1表示测风仪所测风速，hn和h1分别表示风机轮毂处高度和测风仪高度，a表示风切变指数。
9.根据权利要求4所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述光伏子系统出力pv(i,j)计算如下：
其中，Pstc表示标准测试条件下光伏子系统的最大输出功率，Sstc和Tstc分别表示标准测试条件下的辐照强度和环境温度，S表示实际的辐照强度，Ta表示实际的环境温度，ε表示光伏电池温度系数。
10.根据权利要求4所述的一种风电-光伏-储热联合发电系统，其特征在于，所述储热系统容量用储热时长来表示，计算如下：
其中，Q表示储热系统的最大储热量，Pe表示汽轮机组的额定功率，ηe表示汽轮机组的绝对电效率，Tt表示储热系统的储热时长；
Q计算如下：
储热：
放热：
其中，和分别表示t+1时刻和t时刻储热系统的储热量，δTES表示储热系统的自放热率，和分别表示储热系统的储热功率和放热功率，ηTES.c和ηTES.d分别表示储热系统的储热效率和放热效率，Δt表示储热系统的储热或放热时段的时长。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110953735A (zh) * 2019-12-18 2020-04-03 李明佳 一种用于光热电站的混合储热系统及其运行方法
CN113270890A (zh) * 2021-05-26 2021-08-17 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 联合发电系统
CN113283121A (zh) * 2021-06-29 2021-08-20 西安热工研究院有限公司 一种熔盐储热工业供汽系统的流程及容量设计方法及系统
CN113833541A (zh) * 2021-08-27 2021-12-24 北京工业大学 一种消纳弃风弃光辅助燃煤机组快速调峰系统
CN114033638A (zh) * 2021-11-30 2022-02-11 东北电力大学 一种电-热-气-肥联产系统及其协调控制方法
CN115669445A (zh) * 2022-10-25 2023-02-03 北京工大环能科技有限公司 智慧沙漠牧业综合产业基地及其运行机制

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103277272A (zh) * 2013-05-08 2013-09-04 哈尔滨工业大学 风能及槽式太阳能一体化发电系统
CN203594565U (zh) * 2013-09-14 2014-05-14 内蒙古电力勘测设计院 一种太阳能热发电大功率泵的汽动驱动系统
CN104807204A (zh) * 2014-12-31 2015-07-29 深圳市爱能森科技有限公司 风电、光伏、光热和介质储热联合供能系统
CN106839466A (zh) * 2017-01-17 2017-06-13 刘枭华 一种风、光、热集成综合供热系统
CN107388607A (zh) * 2017-08-03 2017-11-24 苏州绿标新能源科技有限公司 一种光伏‑光热混合发电站
CN109654756A (zh) * 2018-12-28 2019-04-19 中国葛洲坝集团装备工业有限公司 一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统及其热交换方法
CN109755965A (zh) * 2019-03-20 2019-05-14 河北科技大学 风光发电和制氢储氢系统及其运行控制方法
CN109900001A (zh) * 2019-04-11 2019-06-18 南瑞集团有限公司 一种风光发电联合电蓄热综合能源供应系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103277272A (zh) * 2013-05-08 2013-09-04 哈尔滨工业大学 风能及槽式太阳能一体化发电系统
CN203594565U (zh) * 2013-09-14 2014-05-14 内蒙古电力勘测设计院 一种太阳能热发电大功率泵的汽动驱动系统
CN104807204A (zh) * 2014-12-31 2015-07-29 深圳市爱能森科技有限公司 风电、光伏、光热和介质储热联合供能系统
CN106839466A (zh) * 2017-01-17 2017-06-13 刘枭华 一种风、光、热集成综合供热系统
CN107388607A (zh) * 2017-08-03 2017-11-24 苏州绿标新能源科技有限公司 一种光伏‑光热混合发电站
CN109654756A (zh) * 2018-12-28 2019-04-19 中国葛洲坝集团装备工业有限公司 一种用于太阳能光热电站的熔盐储热系统及其热交换方法
CN109755965A (zh) * 2019-03-20 2019-05-14 河北科技大学 风光发电和制氢储氢系统及其运行控制方法
CN109900001A (zh) * 2019-04-11 2019-06-18 南瑞集团有限公司 一种风光发电联合电蓄热综合能源供应系统

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110953735A (zh) * 2019-12-18 2020-04-03 李明佳 一种用于光热电站的混合储热系统及其运行方法
CN113270890A (zh) * 2021-05-26 2021-08-17 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 联合发电系统
CN113283121A (zh) * 2021-06-29 2021-08-20 西安热工研究院有限公司 一种熔盐储热工业供汽系统的流程及容量设计方法及系统
CN113283121B (zh) * 2021-06-29 2023-02-24 西安热工研究院有限公司 一种熔盐储热工业供汽系统的流程及容量设计方法及系统
CN113833541A (zh) * 2021-08-27 2021-12-24 北京工业大学 一种消纳弃风弃光辅助燃煤机组快速调峰系统
CN114033638A (zh) * 2021-11-30 2022-02-11 东北电力大学 一种电-热-气-肥联产系统及其协调控制方法
CN114033638B (zh) * 2021-11-30 2023-11-24 东北电力大学 一种电-热-气-肥联产系统及其协调控制方法
CN115669445A (zh) * 2022-10-25 2023-02-03 北京工大环能科技有限公司 智慧沙漠牧业综合产业基地及其运行机制
CN115669445B (zh) * 2022-10-25 2023-05-12 北京工大环能科技有限公司 智慧沙漠牧业综合产业基地及其运行机制

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