風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)性能分析

陳會勇，薛志恒，馬智勇，何欣欣，王偉鋒，吳 濤，付 昶

風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)性能分析

陳會勇1，薛志恒1，馬智勇2，何欣欣1，王偉鋒1，吳 濤1，付 昶1

（1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.府谷能源開發(fā)有限公司，陜西 榆林 719400）

本文提出一種新型的風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)將風(fēng)力壓縮空氣蓄能技術(shù)和太陽能蓄熱技術(shù)以及燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，通過風(fēng)力機組直接驅(qū)動壓縮機組壓縮空氣蓄能，利用太陽能集熱裝置對燃料進行加熱，使用燃氣輪機的排氣作為蒸汽透平的熱源，實現(xiàn)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)。通過對風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)熱力分析和系統(tǒng)效益計算可知，該風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)不僅提高了聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的效率，也可提供穩(wěn)定的供電，經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益較好。

風(fēng)能；太陽能；燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)；壓縮空氣蓄能；風(fēng)力發(fā)電；經(jīng)濟性

近年來，全國各地新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是風(fēng)力發(fā)電。內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展最為快速，其裝機容量在2016年達到2 535.64萬kW，風(fēng)電的開發(fā)量占全國50%以上，可開發(fā)量達3.8億kW，總裝機量達到全國的23%[1–2]。但是2016年全國棄風(fēng)限電量卻達到497億kW·h，平均棄風(fēng)限電率達到17%，比2015年增加2%。其中內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、吉林省、新疆地區(qū)的棄風(fēng)限電量最為嚴重，大量的棄風(fēng)電量流失，使風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴重受阻。

風(fēng)能的不穩(wěn)定性是風(fēng)電發(fā)展中面臨的一個嚴峻問題，因風(fēng)力強弱不一導(dǎo)致風(fēng)輪輸出的電流不穩(wěn)，風(fēng)力發(fā)電的供給與需求很難協(xié)調(diào)起來，其維持電網(wǎng)的穩(wěn)定十分費力?；趬嚎s空氣蓄能的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以獲得穩(wěn)定的基荷電力，還可以控制電廠電能的價格，因此，壓縮空氣蓄能在風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用受到研究學(xué)者的廣泛重視[3]。

本文提出了一種風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過風(fēng)力機組直接驅(qū)動壓縮機組，利用太陽能集熱裝置對燃料進行加熱，使用燃氣輪機的排氣作為蒸汽透平發(fā)電熱源實現(xiàn)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)，不僅提高了系統(tǒng)的效率，而且提供了穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。

1 電力系統(tǒng)蓄能技術(shù)

電力系統(tǒng)蓄能技術(shù)較多，目前主要有抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、超導(dǎo)蓄能、飛輪蓄能、各種電池、超級電容以及蓄冷/蓄熱技術(shù)等。其中前3種可以大容量蓄能，其余蓄能容量較小。目前使用最多、容量最大的是抽水蓄能電站，壓縮空氣蓄能燃氣輪機發(fā)電站居第二位。抽水蓄能效率較高且存儲容量大，但是其造價昂貴且選址較難。壓縮空氣蓄能電站的造價低于抽水蓄能電站，而且可以建在城市附近。表1為根據(jù)某研究機構(gòu)的數(shù)據(jù)整理的不同蓄能技術(shù)的性能對比[4]。從表1可以看出，壓縮空氣蓄能電站具有投資少、負荷范圍大、運行維護費用低等優(yōu)點[5-6]。

壓縮空氣蓄能電站的工作原理與傳統(tǒng)的天然氣發(fā)電相似，只是壓縮空氣蓄能電站將系統(tǒng)中空氣壓縮過程分離出來獨立操作，對空氣進行壓縮后將其儲存起來，需要時再將其釋放出來，通過渦輪膨脹進行發(fā)電。傳統(tǒng)電廠有55%~70%電能用于壓縮空氣[4]。壓縮空氣蓄能電站由于分離了壓縮過程，所以在發(fā)電時比普通的電站產(chǎn)出更高。而且可以采用核電站、燃煤電站的低谷電或風(fēng)能電站的富余電來壓縮空氣，所以壓縮空氣蓄能電站的熱耗散率遠低于氣體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的熱耗率[7-9]。

表1 不同蓄能技術(shù)性能對比

Tab.1 Performance comparison between different energy storage technologies

2 系統(tǒng)組成及其工作原理

風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)原理如圖1所示。該系統(tǒng)由風(fēng)力壓縮空氣蓄能系統(tǒng)、太陽能加熱系統(tǒng)和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)3個子系統(tǒng)組成。風(fēng)力壓縮空氣蓄能系統(tǒng)包括風(fēng)輪機系統(tǒng)、壓縮機系統(tǒng)、換熱蓄熱系統(tǒng)以及儲氣系統(tǒng)；太陽能加熱系統(tǒng)包括集熱系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)；燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)采用“二拖一”的形式，具體包括2臺燃氣輪機、2臺余熱鍋爐和1臺汽輪機[10]。

圖1 風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)的工作過程為：在風(fēng)能的作用下，風(fēng)力機組通過變速傳動裝置組帶動壓縮機組壓縮空氣，使空氣達到一定的壓力和溫度。被壓縮后具有較高溫度和較高壓力的壓縮空氣與蓄熱介質(zhì)（本系統(tǒng)中蓄熱介質(zhì)為熔鹽）進行換熱。換熱后，使壓縮空氣的溫度降到一定值時，采用儲氣裝置進行儲存，待需要發(fā)電時，從儲氣裝置抽出壓縮空氣，并與原蓄熱介質(zhì)進行換熱，把壓縮空氣加熱到一定的溫度和壓力，然后進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)進行發(fā)電。而太陽能加熱系統(tǒng)用來加熱燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的燃料（本系統(tǒng)為原油）。從儲氣罐出來的壓縮空氣和加熱后的燃油進入燃氣輪機的燃燒室進行混合燃燒，燃燒后形成高溫燃氣進入透平推動葉片做功，帶動燃氣輪機發(fā)電機組進行發(fā)電。燃氣透平的乏汽通過煙道進入余熱鍋爐，對汽輪機的給水加熱，形成高溫蒸汽，高溫蒸汽再進入蒸汽透平做功，帶動蒸汽透平發(fā)電機組發(fā)電，蒸汽再由蒸汽透平排出后經(jīng)冷凝器冷凝成液態(tài)水，由給水泵將液態(tài)水輸送到余熱鍋爐中，實現(xiàn)蒸汽循環(huán)。

3 熱力分析及計算

3.1 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)熱力參數(shù)的選取及計算

3.1.1燃氣輪機熱力參數(shù)選取

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)由2臺燃氣輪機發(fā)電機組、2臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪機發(fā)電機組構(gòu)成。該裝置運行在標準環(huán)境條件下（大氣溫度15 ℃，壓力101.325 kPa），原料為原油[11]。由于2臺燃氣輪機的工作條件相同，故只需對1臺進行計算。燃氣輪機熱力參數(shù)見表2。

表2 燃氣輪機熱力參數(shù)

Tab.2 Thermodynamic parameters of the gas turbine

1）燃燒過程

燃燒過程可表示為

式中，F(xiàn)為燃料燃燒的放熱量，f為燃料原油的質(zhì)量流量，u為燃料原油的凈比能。

2）加熱過程

式中，X為工質(zhì)的吸熱量，1為燃燒室效率。

單位質(zhì)量工質(zhì)的吸熱量Δ為

式中t為工質(zhì)的總流量。

工質(zhì)吸熱過程為

3）膨脹過程

燃氣輪機透平總膨脹功T為

式中，t為工質(zhì)總流量，4為燃氣輪機透平的排 氣溫度。

透平輸出功為

式中T為透平效率。

聯(lián)立式(1)—式(6)，可求得單臺燃氣輪機透平輸出功為79.87 MW，2臺燃氣輪機的輸出功率總和則為159.74 MW。

3.1.2余熱鍋爐參數(shù)選取

余熱鍋爐選擇豎式、非補燃、雙壓、強制循環(huán)鍋爐，包括過熱器、蒸發(fā)器、省煤器和低壓蒸發(fā)器。本系統(tǒng)中的余熱鍋爐采用帶有翅片的小孔徑管，結(jié)構(gòu)緊湊，熱慣性小，具有起動快、對負荷變化響應(yīng)快的特點。最大蒸發(fā)量為61 t/h，主蒸汽參數(shù)為4.0 MPa和500 ℃，采用汽汽調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。余熱鍋爐采用滑壓運行方式。余熱鍋爐熱力參數(shù)見表3。

表3 余熱鍋爐熱力參數(shù)

Tab.3 Thermodynamic parameters of the waste heat boiler

3.1.3汽輪機參數(shù)選取

由于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)采用二拖一的形式，由2臺余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽，供1臺蒸汽輪機使用。蒸汽輪機采用軸向排氣冷凝式機組、直接膨脹沖動式透平、整鍛轉(zhuǎn)子。汽缸由高壓缸和低壓缸兩部分組成，采用垂直法蘭連接。汽輪機采用滑壓運行方式。汽輪機參數(shù)見表4。由表4可知，汽輪機的輸出功率為34.95 MW，2臺燃氣輪機的輸出功率總和為159.74 MW，則燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的總出力為194.69 MW。

表4 汽輪機參數(shù)

Tab.4 The parameters of the steam turbine

3.2 風(fēng)力壓縮空氣蓄能系統(tǒng)參數(shù)選取及計算

3.2.1壓縮機系統(tǒng)

壓縮機選用軸流式壓縮機。壓縮過程中的比熱容c12為1.005 kJ/(kg·K)；絕熱指數(shù)12為1.4；壓縮前進氣溫度1為15 ℃，進氣壓力為0.101 3 MPa；空氣流量a為490 t/h；壓縮機效率n為0.621；壓縮后氣體溫度2為443.97 ℃，氣體壓力2為1.0 MPa,下面計算壓縮機功率C。

壓縮機等熵壓縮后的理想溫度2S為

等熵壓縮后的理想溫差2S為

壓縮后的實際溫差為

壓縮后的實際溫度2為

單位流量工質(zhì)壓縮所需功n為

壓縮機壓縮功率C為

聯(lián)立式(7)—式(12)，可以求得壓縮機功率C為568.68 MW。

3.3.2風(fēng)輪機系統(tǒng)

風(fēng)輪機的選擇參考文獻[12]。風(fēng)輪機額定功率為3 000 kW，風(fēng)場密度取1.2 kg/m3[12]。

1）計算設(shè)計風(fēng)速W0

根據(jù)風(fēng)場，計算設(shè)計風(fēng)速W0為8.82 m/s（相當(dāng)于年平均風(fēng)速）。

3）計算掃風(fēng)面積

(3) 處治方案需要因癥施策、綜合處治：凹巖腔嵌補、裂縫灌縫等結(jié)構(gòu)修復(fù)為根本，仰孔排水、滑坡體外截排水等排水、控水為關(guān)鍵，清渣、削坡等減載為輔助，橋梁基礎(chǔ)加固為保障。

4）計算葉輪直徑

5）選取

根據(jù)已知的~p特性圖，選取為5.8，p為0.44。

6）計算轉(zhuǎn)速1

7）計算設(shè)計功率

8）計算額定風(fēng)速W

9）計算額定工況風(fēng)能利用系數(shù)

10）查圖得到葉尖速比

由風(fēng)能利用系數(shù)P查得葉尖速比為3.95。

11）計算額定轉(zhuǎn)速2

12）計算所需的風(fēng)輪機臺數(shù)

齒輪傳動裝置的效率m取為0.99。

3.2.3蓄熱換熱介質(zhì)系統(tǒng)

本系統(tǒng)中間換熱介質(zhì)為熔鹽，一般熔鹽使用溫度區(qū)間為350~550 ℃，常用的熔鹽是亞硝酸鹽和硝酸鹽的混合物。其組成為質(zhì)量分數(shù)40%NaNO2、7%NaNO3以及53%KNO3，或者是質(zhì)量分數(shù)45% NaNO2和55%KNO3。該混合物在常壓下的熔點為142 ℃，沸點為680 ℃。熔鹽作為載熱體，在常壓下可以達到530~540 ℃，其耐熱性好，傳熱系數(shù)是其他有機載體的2倍，而且溫度在600 ℃以下時，熔鹽類載熱體幾乎不產(chǎn)生蒸汽。它是加熱溫度400 ℃以上時最好的載熱體。

本系統(tǒng)中假設(shè)由壓縮機壓縮后的高溫高壓氣體與中間換熱介質(zhì)的換熱效率為95%，中間換熱介質(zhì)與儲氣池中出來氣體的換熱效率也為95%。

3.2.4儲氣系統(tǒng)

儲氣空間的選取主要考慮空間體積以及所能承受的壓力。存儲空間可以選用管道、大型儲氣罐等壓力容器，也可選用合適的密封地下洞穴。洞穴的選擇一般有3種，即地下鹽巖礦內(nèi)的巖洞、現(xiàn)存礦洞或挖成的巖石洞和地下含水的巖石層。鹽巖洞可以由水沖刷鹽巖石形成，沖刷形成的洞穴逐漸向地表擴展，其深度一般是中等深度，其花費的代價較小，但需具備一定的地質(zhì)條件。鹽巖洞存儲是一個比較成熟的技術(shù)，Huntorf CAES和McIntosh CAES電站均采用鹽巖洞來存儲氣體。一般鹽巖洞洞穴存儲壓力為4~10 MPa，此壓力導(dǎo)致了洞穴深度一般為650~1 100 m。為了保證洞穴的安全性，洞穴壓力在24 h內(nèi)下降量一般不應(yīng)該超過2 MPa。鹽巖洞存儲洞穴容量可以高達150 000 m3，它的大小主要取決于電站的容量和運行狀況。巖石洞既有自然形成的，也可以人工挖掘而成，這種洞穴需要對洞穴四周的墻壁進行密封從而保證氣密性。如果由人工挖掘而成則其花費要比鹽巖洞昂貴得多。含水的巖石層是地下水具有很高穿透率的巖石層，含水巖石層水位的高度會發(fā)生變化，可以利用地下水位高度的變化存儲空氣，同時直接由水起密封作用。本文選擇大型儲氣罐來儲存壓縮后的氣體。

3.3 太陽能加熱系統(tǒng)

本文風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能提供燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)中燃油所需的熱量，燃油處理設(shè)備采用離心分離設(shè)備，油處理系統(tǒng)由3套平行的兩級分離裝置組成，燃料處理量為19.48 t/h（滿足2臺燃氣輪機負荷）。處理過程為：由油庫轉(zhuǎn)運來的未經(jīng)處理的原油首先貯存在一只2 000 m3的油罐中，油罐溫度保持40 ℃，原油先預(yù)熱至95 ℃，加入破乳劑對其進行水洗，離心分離器分離去除水分和原油中夾帶的固體顆粒雜質(zhì)，水帶走溶解的鉀鹽和鈉鹽等。采用導(dǎo)電率分析儀隨時確定分離后原油中的鉀鹽和鈉鹽含量，對未達到處理標準的原油進行再循環(huán)處理，合格的原油可儲存在2只500 m3的處理油罐中，并保持40 ℃。原油進透平前再次加熱到95 ℃，并加入釩抑制劑。取原油的比熱容為2 130 J/(kg·K)。

由以上處理過程可知，原油在進入透平前加熱2次，2次加熱均由太陽能加熱系統(tǒng)提供，則原油處理過程所需的熱量為

式中：o為每小時加熱的油量，本文為19.48 t/h；c,o為油的定壓比熱容，本文為2 130 J/(kg·K)；e為加熱后燃油溫度，本文為95 ℃；i為燃油初始溫度，本文為40 ℃。

本系統(tǒng)采用全玻璃真空太陽能集熱器，集熱面積計算公式[14]為

式中：C為太陽能加熱系統(tǒng)集熱器總面積；t為當(dāng)?shù)啬昶骄仗栞椛淞?，本文?6.4 MJ/m2；為太陽能保證率，根據(jù)太陽能加熱系統(tǒng)使用期內(nèi)太陽能輻射條件、系統(tǒng)經(jīng)濟性及使用者的要求等確定，一般為30%~80%，本文選定為50%；cd為集熱器年平均集熱效率，一般為0.25~0.50，本文選取0.40；為儲油箱和管路的熱損失，一般為0.20~0.30，本文取0.20。

聯(lián)立式(22)和式(23)可得，C為434.848 m2。此為集熱系統(tǒng)工作1天加熱1 h用油量的集熱面積，如果要使集熱系統(tǒng)1 h的集熱量來滿足燃油1 h加熱所需的熱量，則集熱面積C為10 436.35 m2。

4 發(fā)電系統(tǒng)效益

蓄能電站的經(jīng)濟效益一般可分為靜態(tài)效益和動態(tài)效益。靜態(tài)效益包括容量效益﹑能量轉(zhuǎn)化效益和環(huán)保效益；動態(tài)效益一般包括調(diào)頻效益、調(diào)相效益、快速負荷跟蹤效益、旋轉(zhuǎn)備用效益、提高供電可靠性效益和黑啟動效益[15]。查閱相關(guān)資料可知，與本文風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)相同參數(shù)的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的凈效率約為44.8%，則在相同耗油量下，傳統(tǒng)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電量為103.15 MW[11]，本文風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量為194.69 MW，兩者之差為91.54 MW，這部分相當(dāng)于新能源發(fā)電量。本文對風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)從靜態(tài)效益（容量效益和環(huán)保效益）和動態(tài)效益兩方面進行綜合性量化評價。

4.1 靜態(tài)效益分析

4.1.1 容量效益

風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)的容量效益主要表現(xiàn)為：1）能有效擔(dān)負電網(wǎng)的工作容量（主要為尖峰容量）和備用容量；2）能減少電網(wǎng)對火 電機組的裝機容量要求；3）能節(jié)約火電投資和 運行成本。

其定量的測算模型為

式中，R為蓄能電站的容量效益，Q和C分別為火電機組和蓄能電站的建設(shè)投資成本，Q和C分別為火電機組和蓄能機組的固定運行成本。

火電廠的單位造價一般在4 500~5 000元左右；壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的單位造價約為3 500元；本文火電廠的單位造價取為4 500元，風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)的單位造價取為3 500元[16]；以本文系統(tǒng)裝機容量194.69 MW為例，則可減少投資1.946 9億元，取電站設(shè)計壽命為30年，則每年可節(jié)約費用0.065億元。風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)與火電機組相比，所需人員少，可以大幅減少固定運行成本（工資福利、勞保統(tǒng)籌、住房基金等）。一般來說，本文風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)年固定運行成本占火電廠投資成本4%左右，而蓄能電站的相應(yīng)比例約為2%，則相比于火電機組，蓄能電站每年固定運行成本可節(jié)約0.214億元。風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)容量效益見表5，可見該系統(tǒng)每年容量效益為0.279億元。

表5 風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)容量效益

Tab.5 The capacity benefit of the wind and solar power generation system combined with energy storage system

4.1.2環(huán)保效益

風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)保效益表現(xiàn)為由于蓄能機組的投運，避免了火電廠燃煤產(chǎn)生的煙氣排放。其計算可以采用機會成本的概念，具體可分為：1）煙塵排放對應(yīng)的費用；2）燃用高硫分煤所對應(yīng)的脫硫裝置的投資。

計算模型為

式中，S為燃用高硫分煤所對應(yīng)的脫硫裝置的投資，S為能夠減少的第種排放物的減排總量，P為第種排放物的排污單價。

根據(jù)國家環(huán)保相關(guān)要求，燃煤電廠煤粉含硫質(zhì)量分數(shù)大于1%時，必須安裝脫硫設(shè)備。安裝國產(chǎn)脫硫設(shè)備的成本為300~500 元/kW，以194.69 MW聯(lián)合蓄能電站為例，則可以節(jié)省的設(shè)備成本投資為0.584 07 億元~0.973 45 億元，假設(shè)電站設(shè)計壽命為30年，則每年節(jié)約的費用約為0.019 469億元~0.032 448 億元，本文取為0.032 448 億元。

根據(jù)目前的發(fā)電技術(shù)，發(fā)電廠燃燒1 t煤排放污染物的排放率為18 kg SO2、8 kg NO、1 763 kg CO2、0.26 kg CO、0.4 TSP、110 kg灰和30 kg渣。根據(jù)火電廠單位發(fā)電量的耗煤量以及污染物排放率，則裝機容量為91.54 MW的新能源發(fā)電系統(tǒng)，假設(shè)年有效運行時間為2 600 h，該系統(tǒng)等量年發(fā)電量為2.38億 kW·h，每年節(jié)省燃煤113 509 t，則每年可產(chǎn)生環(huán)境效益為0.664 143 億元。新能源發(fā)電系統(tǒng)環(huán)境價值標準見表6。

風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)保效益為0.696 854 億元/年，靜態(tài)效益為0.975 854億元/年。

表6 新能源發(fā)電系統(tǒng)環(huán)境價值標準

Tab.6 The environmental value standard for the new energy power generation system

4.2 動態(tài)效益分析

風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)效益的量化計算，可以借鑒美國電力研究院的研究成果，根據(jù)不同的電網(wǎng)情況，按保守估計，年動態(tài)效益一般按電站本身投資的12%~15%計算，本文取為15%，即525 元/(kW·a)，則194.69 MW風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)每年的動態(tài)效益為1.022 億元。

5 結(jié) 語

本文介紹了一種結(jié)合風(fēng)力壓縮空氣蓄能系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可提供穩(wěn)定的供電，又可用做調(diào)峰，同時也為風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展提供技術(shù)支撐，對蓄能技術(shù)的推廣具有一定的理論價值和現(xiàn)實意義。

本系統(tǒng)可以極大地緩解內(nèi)蒙古通遼地區(qū)電網(wǎng)的風(fēng)電上網(wǎng)壓力，減少風(fēng)電場的棄風(fēng)限電損失，增強當(dāng)?shù)仫L(fēng)電的消納能力，同時緩解了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的送出壓力。通過效益計算可知，本文風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，發(fā)展前景良好。

［1］ 胡立業(yè).風(fēng)能利用的多元化發(fā)展方向[J]. 上海電力, 2010(3): 176-180. HU Liye. Diversified development direction of wind energy utilization[J]. Shanghai Electric Power, 2010(3): 176-180.

［2］ 曾凡超. 風(fēng)力發(fā)電中央控制系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2010: 1-5. ZENG Fanchao. Project design on control system of wind turbine[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2010: 1-5.

［3］ FERTIG E, APT J. Economics of compressed air energy storage to integrate wind power: a case study in ERCOT[J]. Energy Policy, 2011, 39: 2330-2342.

［4］ CAVALLO A J. Energy storage technologies for utility scale intermittent renewable energy systems[J]. Transaction of the ASME, 2001, 11: 387-389.

［5］ 周友行, 鄧勝達. 基于壓縮空氣儲能的小規(guī)模風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)[J]. 裝備制造技術(shù), 2008(1): 103-105. ZHOU Youxing, DENG Shengda. The small scale power generating technology with wind based on energy storage in compressed air[J]. Equipment Manufacturing Technology, 2008(1): 103-105.

［6］ 施慧聰, 張炯. 壓縮空氣蓄能及其他蓄能技術(shù)在美國的應(yīng)用[J]. 華東電力, 2009, 37(2): 292-294. SHI Huicong, ZHANG Jiong. Application of compressed air energy storage and other energy storage technologies in America[J]. East China Electric Power, 2009, 37(2): 292-294.

［7］ 胡立業(yè). 氣體蓄能發(fā)電技術(shù)-壓縮空氣儲能燃氣輪機發(fā)電站[J]. 上海電力, 2006(2): 158-160. HU Liye. Gas storage power generation technology-gas turbine power plant with compressed air energy storage gas[J]. Shanghai Electric Power, 2006(2): 158-160.

［8］ 宋衛(wèi)東. 國外壓縮空氣蓄能發(fā)電概況[J]. 中國電力, 1997(9): 53-54.SONG Weidong. Survey of compressed air storage power generation abroad[J]. Electric Power, 1997(9): 53-54.

［9］ 周波. 大型壓氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 電器工業(yè), 2004(3): 43-45. ZHOU Bo. Development of large pressurized gas storage power generation system[J]. China Electrical Equipment Industry, 2004(3): 43-45.

［10］ 鐘史明. 燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電[M]. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2006: 54-62. ZHONG Shiming. Gas-steam combined cycle power generation[M]. Xi’an: Xi’an Jiaotong University Press, 2006: 54-62.

［11］ 沈炳正, 黃希程. 燃氣輪機裝置[M]. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2006: 16-20. SHEN Bingzheng, HUANG Xicheng. Gas turbine device[M]. Xi’an: Xi’an Jiaotong University Press, 2006: 16-20.

［12］ 張志英, 趙萍, 李銀鳳. 風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010: 113-117. ZHANG Zhiying, ZHAO Ping, LI Yinfeng. Wind energy and wind power technology[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2010: 113-117.

［13］ 都志杰, 馬麗娜. 風(fēng)力發(fā)電[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009: 48-59.DU Zhijie, MA Li’na. Wind power generation[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2009: 48-59.

［14］ 何梓年. 太陽能熱利用[M]. 合肥: 中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2009: 214-221. HE Zinian. Solar thermal utilization[M]. Hefei: Chinese Science and Technology Press, 2009: 214-221.

［15］ 劉文毅,楊勇平. 壓縮空氣蓄能電站綜合效益評價研究[J]. 工程熱物理, 2007, 28(3): 373-375. LIU Wenyi, YANG Yongping. Calculations and analysis of overall benefit for pressed air energy storage (CAES) power plant[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2007, 28(3): 37-45.

［16］ CHIRINKO R S.s: the long and short of it[J]. Journal of Macroeconomics, 2008, 30(2): 671-686.

Performance analysis on wind and solar power generation system combined with energy storage system

CHEN Huiyong1, XUE Zhiheng1, MA Zhiyong2, HE Xinxin1, WANG Weifeng1, WU Tao1, FU Chang1

(1. Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China; 2. Fugu Energy Development Co., Ltd., Yulin 719400, China)

A new kind of wind and solar power generation system combined with energy storage system was proposed in the paper, in which the technology of wind compressed air energy storage, the technology of solar heat storage and the technology of gas-steam combined cycle power generation were combined together. This system not only tries using wind turbines to drive the compressors directly and solar collectors to heat the fuel, but also tries taking the gas turbine exhaust as heat source of the steam turbine to realize gas-steam combined cycle. The thermodynamic analysis and system benefit calculation shows that, the efficiency of the above wind and solar power generation system will be improved and the power grid can get a stable power supply. A better economic, environmental and social benefit will be achieved.

wind energy, solar energy, gas-steam combined cycle, compressed air energy storage, wind power generation, economy

TM611.31

A

10.19666/j.rlfd.201810237

陳會勇, 薛志恒, 馬智勇, 等. 風(fēng)能太陽能聯(lián)合蓄能發(fā)電系統(tǒng)性能分析[J]. 熱力發(fā)電, 2019, 48(7): 103-109. CHEN Huiyong, XUE Zhiheng, MA Zhiyong, et al. Performance analysis on wind and solar power generation system combined with energy storage system[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(7): 103-109.

2018-10-16

陳會勇(1987—)，男，工程師，主要研究方向為電廠性能試驗、新能源發(fā)電及超臨界二氧化碳的工程利用技術(shù)，chenhuiyong@tpri.com.cn。

（責(zé)任編輯 杜亞勤）