清华大学：《接入太阳能光热发电对含高份额可再生能源电网的经济

近来，闻名的《IEEE纵览》(IEEE Spectrum)杂志2019年第2期在评论我国光热发电的专题中报导了电机系的学术效果《接入太阳能光热发电对含高份额可再生动力电网的经济性剖析》(Economic justification of concentrating solar power in highrenewable energy penetrated power systems)。

该论文宣布于2018年7月宣布于《使用动力》 (Applied Energy)。该论文此前被美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science, AAAS)主办的全球科技新闻服务渠道EurekAlert于2018年7月以“太阳能光热发电协助我国下降应对气候变化本钱”为题进行报导。

此外，该论文也被世界动力署IEA的SolarPACES渠道(SolarPower and Chemical Energy Systems)和可再生动力技能新闻渠道New EnergyUpdate报导。该论文的榜首、二作者为电机系博士后杜尔顺和张宁副教授，通讯作者为电机系康重庆教授，协作作者包含美国国家可再生动力实验室Bri-Mathias Hodge(布里-马蒂亚斯·霍奇)研讨员、Benjamin Kroposki(本杰明·克鲁波斯基)研讨员、电机系夏清教授。

下为论文全文：

太阳能光热发电技能(Concentrating solar power,CSP，简称光热)是除光伏发电外另一种太阳能发电技能。其原理是经过反射太阳光到太阳能集热器进行太阳能的收集，再经过换热设备供应高压过热蒸汽驱动汽轮机进行发电。光热电站一般由聚光集热环节、储热环节以及发电环节三个子体系构成，经过导热工质完成各个环节直接能量的传递。其首要结构如图1所示。

图1：光热电站的结构

光热发电并网对电力体系的运营功率剖析

在高份额可再生动力并网电力体系中，坚持可再生动力发电占比不变，将部分风电、光伏等间歇性可再生动力电量替换为光热发电。如下图所示：

从光热发电视点看：光热发电能一起供应可再生动力电量和运转灵敏性。

从间歇性可再生动力视点看：一方面，部分电量将被替换为光热电量，因而所需装机容量将削减;另一方面，光热发电供应的运转灵敏性将完成削减部分弃风弃光，因而所需装机容量将进一步削减。

从净负荷曲线视点看：光热发电替换间歇性可再生动力出力将使得净负荷曲线总的不确定性与波动性削弱，对体系的运转灵敏性需求下降。

从惯例火电机组视点看：净负荷曲线对体系运转灵敏性需求削弱的。具体表现为：(1)减小了火电机组的调峰深度，提高了火电的发电功率，削减了燃料本钱;(2)减小了火电机组的启停频率，削减了启停本钱;(3)削减了火电机组的爬坡路程，削减了爬坡本钱。

从电力体系全体经济性视点看：光热发电并网，出资本钱添加;光热发电并网削减了间歇性可再生动力的装机需求，因而削减了出资本钱;光热发电并网削减了体系的运转灵敏性需求，因而削减了体系总运转本钱。

图2：光热发电并网的本钱效益剖析

计及光热发电的电力体系精细化时序运转模仿技能

跟着电力体系中可再生动力装机容量的添加，可再生动力出力的不确定性与波动性极大添加了电力体系的运转办法的多样性、杂乱性。不仅如此，为了完成大规模可再生动力的消纳，电网逐渐出现多种类型电源发电并网、电网远距离交直流互联、多区域互补互济的杂乱格式。

因而，面向大规模可再生动力消纳的电力体系运转模仿办法需求考虑很多实践工程问题，包含但不限于：1)长期标准可再生动力的出力数据缺乏;2)考虑多种机组类型，并研讨不同类型机组之间的协同运转;3)考虑交直流电网的网络模型;4)考虑跨区送电方案以及断面束缚;5)考虑多种体系运转办法，包含极点运转办法与典型运转办法。为此，本文提出了含光热电站的电力体系精细化时序运转模仿办法，如下图所示。该办法依据时序负荷曲线，可以归纳考虑机组检修、可再生动力出力随机性、体系调峰与备用、多种类型电源协同运转、线路断面潮流安全、多区域互联等多重要素，逐日对电网进行长期运转层面的精细化时序运转模仿。

图：计及光热发电的电力体系精细化时序运转模仿技能

实证剖析：光热发电的经济性剖析

依据青海电网2020年规划方案，规划风/光装机13GW，体系最大负荷为15.8GW，间歇性可再生动力装机占最大负荷份额为82.3%。

依据运转模仿成果，风/光发电电量占比为18.7%。将部分风/光伏电量替换为光热发电，因为青海体系以水电为主，体系灵敏性供应较为足够，因而光热发电的灵敏性效益较小，光热发电占可再生动力电量份额为20%时，光热的出资盈亏平衡点为4789$/kW。

依据甘肃电网2020年规划方案，规划风/光装机27GW，体系最大负荷为25.86GW，间歇性可再生动力装机占最大负荷份额为104.3%。依据运转模仿成果，风/光发电电量占比为27.9%。将部分风/光伏电量替换为光热发电，因为甘肃电网中火电燃机占比高，体系运转灵敏性缺额较大，弃风/光严峻，因而具有灵敏可调出力的光热发电并网后，完成了与风电、光伏的互补运转，提高了体系的可再生动力消纳才能。光热发电占可再生动力电量份额为20%时，光热的出资盈亏平衡点为6763$/kW。

综上，现在光热发电在火电为主的甘肃电网中比在水电为主的青海电网中更经济。

图：光热发电技能的经济性剖析(上：青海电网;下：甘肃电网)

团队介绍：

清华大学电机系夏清教授、康重庆教授团队现在首要从事电力体系规划、调度运转、智能电网、电力商场、负荷猜测、新动力、低碳电力和归纳动力体系等范畴的研讨工作。近5年团队宣布或选用SCI论文50余篇，其间30余篇宣布在IEEETransactions上，近5年EI论文150余篇。所研制的负荷猜测软件在我国200余家地市电网得到推广使用，发电方案与检修方案软件在全国10余个省级调度中心使用，电力体系运转模仿软件在全国10余个省级经研院或规划中心使用。(作者：杜尔顺，张宁，康重庆，夏清)