储热型太阳能光热发电稳态功率模型

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22044

发电技术 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (5): 731-739.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.22044

储热型太阳能光热发电稳态功率模型

张泽栋¹^,², 王维¹^,², 叶季蕾³, 申洪¹^,²

^1.全球能源互联网发展合作组织，北京市西城区 100031
^2.全球能源互联网集团有限公司，北京市西城区 100031
^3.南京工业大学能源科学与工程学院，江苏省南京市 211816

收稿日期:2022-02-22 出版日期:2022-10-31 发布日期:2022-11-04
作者简介:张泽栋(1990)，男，博士，高级工程师，主要从事能源互联网、智能电网、清洁能源发电及消纳技术研究，zedong-zhang@geidco.org；
王维(1987)，男，博士，主要从事清洁能源并网消纳研究，wei-wang1@geidco.org；
叶季蕾(1983)，女，博士，研究员级高级工程师，主要从事电池储能系统特性分析、电力储能优化运行研究，yejilei@njtech.edu.cn；
申洪(1971)，男，博士，教授级高级工程师，研究方向为电力系统规划、电网新技术应用和新能源并网分析，hong-shen@geidco.org。
基金资助:
上海市2020年度“科技创新行动计划”技术标准项目(20DZ2205400)

Study on Steady State Power Model of Concentrated Solar Power With Heat Storage System

Zedong ZHANG¹^,², Wei WANG¹^,², Jilei YE³, Hong SHEN¹^,²

^1.Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization, Xicheng District, Beijing 100031, China
^2.Global Energy Interconnection Co. , Ltd. , Xicheng District, Beijing 100031, China
^3.School of Energy Science and Engineering, Nanjing Technology University, Nanjing 211816, Jiangsu Province, China

Received:2022-02-22 Published:2022-10-31 Online:2022-11-04
Supported by:
Technical Standard of Shanghai 2020 “Technology Innovation Action Plan”(20DZ2205400)

摘要/Abstract

摘要：

储热型太阳能光热发电作为一种清洁能源技术，同时具备连续平稳发电、调节功率和提供系统惯量的能力，是解决新能源发电功率波动问题的技术之一。提出了一种储热型光热发电的稳态功率近似数学模型，该模型以光照辐射度作为输入，以简化比例积分环节模拟光-热-电转换和储热过程，并考虑了输出功率控制策略。验算结果显示，该模型对实际光热电站晴天和阴天光照条件下的功率特性模拟与实测曲线吻合度较高，并可用于分析光热电站功率特性对关键参数的敏感度。

关键词: 光热发电(CSP), 储热, 稳态功率, 近似数学模型, 敏感度分析

Abstract:

Concentrated solar power (CSP) with heat storage system, as a clean power, owns the capability of generating power continuously and stably, peak shaving and providing system inertia, which is one of the technologies to effectively solve the volatility of renewable energy. This paper proposed a steady state power approximate mathematical model for CSP with heat storage. This model takes the solar radiance as the input, and utilizes the simplified proportional integral to simulate the photo-thermal-electric conversion and the heat storing process, wherein the output power control strategy is considered as well. The simulation results show that the model is in good agreement with the measured curves under sunny and cloudy conditions, and can be used to analyze the sensitivity of the power characteristics of CSP power stations to key parameters.

Key words: concentrated solar power (CSP), heat storage, steady state power, approximate mathematical model, sensitivity analysis

中图分类号:

TK 51

张泽栋, 王维, 叶季蕾, 申洪. 储热型太阳能光热发电稳态功率模型[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 731-739.

Zedong ZHANG, Wei WANG, Jilei YE, Hong SHEN. Study on Steady State Power Model of Concentrated Solar Power With Heat Storage System[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(5): 731-739.

图/表 16

图1 塔式光热发电系统结构示意图

Fig. 1 Structural diagram of tower photothermal power generation system

图2 槽式光热发电系统结构示意图

Fig. 2 Structural diagram of trough photothermal power generation system

图3 光热发电系统模型结构框图

Fig. 3 Model structure block diagram of CSP system

图4 光-热转换环节传递函数框图

Fig. 4 Block diagram of the transfer function of photo thermal conversion section

图5 热电转换环节传递函数框图

Fig. 5 Block diagram of transfer function of thermoelectric conversion section

图6 热电转换环节传递函数框图

Fig. 6 Block diagram of the transfer function of the storage section

表1 选定光热电站参数

Tab. 1 Parameters of chosen CSP power station

参数	取值
额定输出功率 P_OUT/MW	50
光热转换系数η_j	0.103
光热转换时间常数 T_j	0.5
热电转换系数 η_f	0.956
热电转换时间常数T_f	0.1
储热罐最小存储热量Q_{s_min}/(MW⋅h)	35
储热罐最大存储热量 Q_{s_max}/(MW⋅h)	350
储热罐初始存储热量/(MW⋅h)	96

图7 晴天和阴天DNI曲线

Fig. 7 DNI curve of a sunny and a cloudy day

图8 线性简化模型晴天仿真结果

Fig. 8 Simulation results of the simplified linear model in a sunny day

图9 一阶滞后函数模型晴天仿真结果

Fig. 9 Simulation results of the first order lag function model in a sunny day

图10 一阶滞后函数模型阴天仿真结果

Fig. 10 Simulation results of the first order lag function model in a cloudy day

图11 光热转换系数ηj对热盐液位和发电功率影响

Fig. 11 Influence of photothermal conversion parameter ηj to molten salt level and power output

图12 热电转换系数ηf对热盐液位和发电功率影响

Fig. 12 Influence of thermoelectric conversion parameter ηf to molten salt level and power output

图13 光热转换时间常数Tj对热盐液位和发电功率影响

Fig. 13 Influence of photothermal conversion time constant Tj to molten salt level and power output

图14 热电转换时间常数Tf对热盐液位和发电功率影响

Fig. 14 Influence of thermoelectric conversion time constant Tf to molten salt level and power output

图15 储热罐容积对热盐液位和发电功率影响

Fig. 15 Influence of thermal storage tank volume to molten salt level and power output

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Study on Steady State Power Model of Concentrated Solar Power With Heat Storage System

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