弃电热储能光伏-光热复合发电系统技术经济性分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.24060

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 807-817.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.24060

• 大规模新能源并网运行调控关键技术 • 上一篇下一篇

弃电热储能光伏-光热复合发电系统技术经济性分析

刘佳佳¹, 巨星²

^1.国家节能中心，北京市西城区 100045
^2.电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区 102206

收稿日期:2024-04-09 修回日期:2024-05-30 出版日期:2025-08-31 发布日期:2025-08-21
通讯作者: 巨星
作者简介:刘佳佳(1992)，女，硕士，工程师，主要研究方向为节能降碳与能源利用，liujj@chinanecc.cn；
巨星(1982)，男，博士，教授，主要研究方向为太阳能热利用，本文通信作者，scottju@ncepu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52090062)

Techno-Economic Analysis of Photovoltaic-Concentrating Solar Power Hybrid System for Thermal Energy Storage of Electricity Curtailment

Jiajia LIU¹, Xing JU²

^1.National Energy Conservation Center, Xicheng District, Beijing 100045, China
^2.Key Laboratory of Power Station Energy Transfer Conversion and System of Ministry of Education (North China Electric Power University), Changping District, Beijing 102206, China

Received:2024-04-09 Revised:2024-05-30 Published:2025-08-31 Online:2025-08-21
Contact: Xing JU
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52090062)

摘要/Abstract

摘要：

目的光伏-聚光太阳能发电(photovoltaic-concentrating solar power，PV-CSP)复合系统结合了PV低成本和CSP高可调度性的优势，但同时也面临弃电和储能利用率低的普遍问题。为实现PV弃电热转化储能利用，提出了一种配置电加热(electric heater，EH)装置的PV-CSP复合系统(PV-CSP-EH)。方法通过构建PV-CSP-EH复合系统准稳态模型，以1 h为时间间隔分析了系统全年运行特性。通过参数分析和帕累托寻优模型，得到了不同系统配置下的性能变化规律和平准化度电成本(levelized cost of electricity，LCOE)最优参数。结果 PV-CSP-EH复合系统全年发电量和渗透率比传统PV-CSP复合系统分别提高了8.2%和16.2%；同时，其全年弃电量仅有2 GW⋅h，弃电回收率、转化率分别达到94.1%、35.2%；在最优配置下，其LCOE可低至0.138美元/(kW⋅h)，比传统PV-CSP复合系统降低了6.8%。结论 PV-CSP-EH复合系统能够提高发电量和渗透能力，显著降低弃电量，以更经济的方式优化弃风弃光问题，为构建新型电力系统作出贡献。

关键词: 光伏(PV), 聚光太阳能发电(CSP), 储能, 新型电力系统, 电加热, 弃电, 帕累托寻优, 平准化度电成本(LCOE)

Abstract:

Objectives The photovoltaic-concentrating solar power (PV-CSP) hybrid system combines the advantages of low cost of PV and high dispatchability of CSP, but it also faces the common problems of electricity curtailment and low utilization rate of energy storage. In order to realize the utilization of PV electricity rejection as the thermal energy storage, a new type of PV-CSP hybrid system (PV-CSP-EH) integrated with an electric heater (EH) is proposed. Methods By constructing a quasi-steady-state model for the proposed PV-CSP-EH hybrid system, the annual operation characteristics of the system are analyzed at one-hour intervals. Through parametric analysis and Pareto optimization model, the performance variation law and the optimal parameters of levelized cost of electricity (LCOE) under different system configurations are obtained. Results Compared with the traditional PV-CSP hybrid system, the annual power generation and penetration of PV-CSP-EH hybrid system are increased by 8.2% and 16.2%, respectively. Moreover, the annual electricity curtailment of PV-CSP-EH hybrid system is only 2 GW⋅h, and its power recovery and conversion rates reach 94.1% and 35.2%, respectively. Under the optimal configuration, the LCOE of PV-CSP-EH hybrid system can be as low as $0.138/(kW⋅h), which is 6.8% lower than that of the traditional PV-CSP hybrid system. Conclusions PV-CSP-EH hybrid system can improve the power generation and penetration capacity, significantly reduce the electricity curtailment, optimize the problem of wind and solar curtailment in a more economical way, and contribute to the construction of a new power system.

Key words: photovoltaic (PV), concentrating solar power(CSP), energy storage, new power system, electrical heater, electricity curtailment, Pareto optimization, levelized cost of electricity (LCOE)

中图分类号:

TK 51

刘佳佳, 巨星. 弃电热储能光伏-光热复合发电系统技术经济性分析[J]. 发电技术, 2025, 46(4): 807-817.

Jiajia LIU, Xing JU. Techno-Economic Analysis of Photovoltaic-Concentrating Solar Power Hybrid System for Thermal Energy Storage of Electricity Curtailment[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(4): 807-817.

图/表 17

图1 PV-CSP-EH复合系统示意图

Fig. 1 Schematic diagram of PV-CSP-EH hybrid system

表1 SEGS VI电站主要参数

Tab. 1 Main parameters of SEGS Ⅵ plant

参数	数值
镜场面积/m²	188 000
聚光器类型	LS-2
太阳倍率	1.25
镜场出口温度/℃	390
汽轮机功率/MW	35
蒸汽压力/MPa	10

图2 PV和CSP系统模型验证曲线

Fig. 2 Model validation curves of PV and CSP systems

图3 张北全年天气数据

Fig. 3 Annual weather data of Zhangbei

图4 张北地区电力负荷曲线

Fig. 4 Power load curve of Zhangbei

表2 PV-CSP-EH复合系统的主要成本

Tab. 2 Main costs of PV-CSP-EH hybrid system

项目	成本项	数值
CSP	镜场成本/(美元/m²)	235
	TES成本/[美元/(kW⋅h)]	31.4
	发电机组成本/(美元/kW)	910
	辅助设备成本/(美元/kW)	90
PV	光伏组件成本/(美元/kW)	238.6
PV	逆变器成本/(美元/kW)	60
电加热装置	电加热成本/(美元/kW)	100
间接成本	土地成本/(美元/m²)	2.47
间接成本	运维成本/(美元/kW)	65

图5 春分日天气变化

Fig. 5 Weather changes on spring equinox day

表3 PV-CSP-EH复合系统计算参数与发电量

Tab. 3 Calculation parameters and generated power of PV-CSP-EH hybrid system

项目	参数	数值
计算参数	PV发电系统规模/MW	65
	CSP系统规模/MW	35
	镜场倍率	1.25
	储热规模/h	5
发电量	传统发电量/(MW⋅h)	204.2
发电量	电加热发电量/(MW⋅h)	260.3

图6 春分日系统发电量变化

Fig. 6 Changes of system generated power on vernal equinox day

图7 复合系统各月发电量

Fig. 7 Monthly generated power of hybrid system

图8 复合系统各月弃电量

Fig. 8 Monthly rejected electricity of hybrid system

图9 TES规模对发电量和渗透率的影响

Fig. 9 Effect of TES capacity on generated power and permeability

图10 PV规模对发电量和渗透率的影响

Fig. 10 Effect of PV capacity on generated power and permeability

表4 寻优模型参数配置

Tab. 4 Parameter configuration of optimization model

参数	选取范围	参数间隔
PV功率/MW	[0, 100]	5
TES规模/h	[1, 20]	1
EH功率/MW	[5, 30]	5

图11 传统PV-CSP复合系统不同配置下的度电成本变化

Fig. 11 Variations of LCOE of PV-CSP hybrid system with different configurations

图12 PV-CSP-EH复合系统不同配置下度电成本变化

Fig. 12 Variations of LCOE of PV-CSP-EH hybrid system with different configurations

图13 PV-CSP-EH复合系统投资成本分布

Fig. 13 Investment cost distribution of PV-CSP-EH hybrid system

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弃电热储能光伏-光热复合发电系统技术经济性分析

Techno-Economic Analysis of Photovoltaic-Concentrating Solar Power Hybrid System for Thermal Energy Storage of Electricity Curtailment

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