摘要：光热发电项目与风力发电项目联合运行，是一项全新的可再生能源运行模式，如同人们比较了解的“风光互补”项目，这里也可以叫做“热风互补”。“热风互补”的真正目的是，利用风力发电的“弃风”补充光热的储能、网购电、光热发电系统启动停运期间所需热能等，相反光热发电通过它的调节能力提高风力发电电能质量的平稳性。
引言
光热发电和风力发电目前都享受国家补贴政策。2019年9月国家能源局发布的太阳能热发电示范项目电价为1.15元/千瓦时，如此高的电价其目的就是提高企业的投资热情，从而带动光热发电行业的发展，降低建设、运营成本，最终实现平价上网。而太阳能热发电项目与风力发电联合运行其目的就是减少光热发电的运行成本，同时增加风力发电和光热发电的利用小时，最终提高项目的盈利能力。
1.光热发电与风力发电优势与缺点
1.1光热发电的优势与缺点
光热发电在中国作为新兴的可再生能源发电技术，其优势明显，主要体现在：相比常规煤电机组，光热发电是可再生能源，几乎不产生碳排放；相比风电和光伏发电，光热发电拥有与燃煤机组类似的汽轮发电机组，其配备的储能系统，使光热发电具备了的功率调节能力，可以保证发电质量的稳定性，但由于储能系统成本高及集热系统受天气变化影响大等因素影响，国内设计的大型光热发电项目仍不能保证一天24小时连续运行，同时机组冬季停运期间需要大量网购电和天然气提供热能以保证导热油及储热熔盐的温度。
1.2风力发电优势及缺点
在各类新能源开发中，风力发电是技术相对成熟、并具有大规模开发和商业开发条件的发电方式。随着风力发技术的日趋进步，大量设备的生产使成本降低，在适当地点，风力发电成本已趋近于火力发电。但由于风能的不稳定性，使风力发电表现为间歇性和波动性。首先，由于可再生能源运行的间歇性和波动性，决定了风力发电无法成为基荷电源，因此当电网调峰达到安稳运行极限时，风力发电需要与其他调峰电源一起参与调峰限电。
2.光热发电与风力发电互补联合运行的补意义
基于光热发电和风力发电的特点，光热发电与风力发电互补项目开发，充分发挥光热发电的调峰调频作用，优化项目实施区域可再生能源出力特性，吸纳项目内弃风限电，减轻电网调峰压力。其具有如下意义：
2.1持续性
在我国，特别是“三北地区”，风、光资源在季节和昼夜两种时间跨度上都具备了一定的互补特性，通过风电和光热发电联合运行系统的建立，可以增加可再生能源有效出力的比例，提高可再生能源出力的持续性。
2.2提高可控性
由于风电只具备单向可控性，即可以实现电网调峰的限电要求，但对于提高发电负荷的要求不能完全保证，通过风电、光热发电联合运行系统研发，利用光热发电的储发一体的功能，可以一定程度提高可再生能源的可控性。
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2.3提高可再生能源跟踪负荷曲线能力
风电与光热联合运行后，夜间电网低谷时段，风电限电通过电加热系统储存进光热系统，在白天高峰时段或晚高峰时段，储热系统放热补充或延长光热发电时间。风电光热联合运行系统一储一放恰好与电网的高峰、低谷相符合，提高了可再生能源跟踪负荷曲线的能力。
2.4利用风电提高光热发电利用效率
通过研究，开发一种利用风电弃风提高光热发电利用效率的技术方式，利用这种技术方式可以提高太阳能热发电冬季发电效率和储能设备利用率，并有效的利用了风电弃风。
3.实施方案
通过在光热发电系统设置的固体蓄热锅炉设备，利用风电场的弃风限电加热储热系统中的熔盐，将弃风电力以热能的形式储存起来，在需要时，储热系统将热量释放出，通过传热换热系统产生蒸汽带动汽轮发电机组发电，将储热的热能转化电力，减少电网调峰压力的同时，提高储热系统利用率。
此外，在光热发电系统中，需要辅助加热环节，分别是导热油冬季防凝、辅助启动锅炉以及管道、容器的电伴热，其中辅助启动锅炉产生的蒸汽主要用于汽轮机启动用汽和场区采暖供热用汽，在原有的太阳能热发电设计中辅助加热主要是通过燃气加热装置实现的，因此完全可以用电锅炉利用风力弃电代替部分燃气锅炉。
3.1弃风电加热储热系统运行模式
当夜间主网运行低谷时段，周边风电场出现弃风限电情况，此时储热系统熔盐罐中的熔盐处于低温熔盐状态，即储热系统热量释放完毕（白天收集在储热系统热量释放完毕或白天太阳能资源较差没有多余热量储存在储热系统），电锅炉启动将低温熔盐加热至规定的高温熔盐温度。
3.2储热系统热量释放完毕后，弃风电加热储热系统将根据当前的弃风限电情况和太阳能热电运行要求，确定是否启动电加热装置再次加热低温熔盐，具体方式是，热熔盐由一侧熔盐储热罐中的熔盐泵抽出，经由“油-盐”换热器将热熔盐热量交换给导热油，导热油升温并通过导热油循环系统和蒸汽发生系统产生蒸汽，带动汽轮发电机发电；热熔盐通过“油-盐”换热器后，降温成冷熔盐并进入另一侧熔盐储热罐中，随着热熔盐不断释放带动汽轮机发电，冷熔盐随之不断注入熔盐储热罐，当热熔盐全部释放完毕后，根据此时弃风电的情况，适时启动电锅炉利用弃风电加热冷熔盐直至到达规定的温度。
4.运行效果
从总体趋势上看，光热发电与风电具有较好的互补性，但同时，在个别时段风电也会存在较强的波动性，依靠系统内汽轮机的调节能力和发储一体化的优势，光热发电具备了较强的功率调节能力，当风电功率出现小幅波动时，光热发电可以根据系统要求对实时功率进行调整，减小系统功率输出波动，当风电出现较大的功率波动，光热发电将根据自身汽轮机发动机最低处理水平和升降负荷变化速率做出相应的功率调整动作。
5.结束语
光热发电在我国还处于起步阶段，光热发电与风力发电互补联合运行可参考国内现有风电场弃风供热，和热电厂的限电储热技术。由于熔盐采用电加热储热工艺要求比较高，因此在考虑光热发电安全稳定运行的前提下，要反复论证方案的可行性。为不破坏熔盐储热装置的坚固性，建议把储盐罐外循环加热的方法作为研发方向。
参考文献
《太阳能热发电站》机械工业出版社2012-10，作者 宋记锋 ， 丁树娟
《大规模储能技术及其在电力系统中应用》出版社中国电力出版社2018-06 王松芩、中国电力科学研究院 编
论文作者:武同军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/2/25
标签：光热论文; 系统论文; 风电论文; 风力发电论文; 可再生能源论文; 项目论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第25期论文;