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塔式光热电站功率预测分析

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：王晓兵全明福

[导读] 摘要：塔式光热发电作为一种稳定、绿色的新能源电力产业，太阳能光热发电成为目前国家重点支持和发展的战略性新兴产业。

        （鲁能集团（都城伟业集团）青海广恒新能源有限公司青海省 810000）
        摘要：塔式光热发电作为一种稳定、绿色的新能源电力产业，太阳能光热发电成为目前国家重点支持和发展的战略性新兴产业。配备足够储热容量的塔式光热发电站相较光伏发电和风力发电技术可以平抑外部多变气象条件扰动，辅以光热电站功率预测系统等科学的运行模式后，太阳能热发电站可以实现连续、稳定运行，因此，被看作最有前景的可再生能源利用技术之一。
        关键词：塔式；光热；光功率；预测
        前言
        在光热电站运行过程中，由于太阳直射辐射的随机变化和光热电站的动态运行状态，光热电站的发电功率往往会出现较大波动，甚至停机。如果能够对太阳直射辐射和光热电站在未来一段时间内的发电功率进行准确预测，可避免机组负荷的大幅度变化，提高电站出力的稳定性，延长电站设备的运行寿命。
        塔式光热电站功率预测
        塔式光热电站功率预测系统是以获取气象监测数据，镜场运行数据，吸热器能流密度，储换热系统，蒸汽发生系统，汽轮发电机系统等模块数据，并实现电站短期、超短期和中长期的功率预测及上报，最终满足电网调度运行的需要，下面就光热电站功率预测主要模块及功能做以下分析。
        气象监测与预报模块：采集当前电站运行所需的关键气象参数，数据来自气象监测站。气象参数主要包含：直接辐射、水平总辐射、散射辐射、风速、风向、湿度、气压等。将采集的气象数据各参量分析，通过人工神经网络算法训练，预测未来时间段内的气象辐射度趋势。
        气象数据预测校正模块是将气象监测及预报模块和气象预测系统提供的数据进行相关分析，依据镜场的实时气象数据、历史数据的变化率，各辐照度频率分布等参数，基于神经网络算法校正气象变化，得到修正后的天气预报数据。
        历史气象数据库模块模块是将气象仪和气象预测数据进行存储，实现对历史日、月和设定区间的气象数据进行完整性统计、辐照度频率分布、气象参数统计等。
        镜场运行监测模块：镜场由液压驱动部分将定日镜驱动，根据特有的算法角度跟踪太阳，将太阳光反射到吸热器上，是太阳能系统的集热部件，它的功能是接收到的已聚焦的太阳辐射能量，转换为热能。本模块监测集热场运行参数，如镜面旋转夹角，镜面工作状态、集热器温度、集热器压力等参数。
        （1）主反射镜面辐射能
        集热系统接收到的太阳辐射能

为

式中：

为太阳辐射强度；

为主反射镜的聚光面积；
（2）集热场的热效率

式中：

        储换热系统预测模块：储热系统由储热材料、容器、温度、流量、压力测量控制仪器、泵或风机、电机、阀门管道、支架及绝热材料构成的储存并可提供热能，加热蒸汽发生器，驱动汽轮机发电及泄漏探测，内置燃料，液体搅拌，容器内填放材料和排泄等组成的材料。本模块根据当前储换热系统的运行参数，介质参数进行储能容量预测。获取储热器温度、集热场输入功率、换热器温度和流量，计算储热罐储能的实时值，预测储热罐储能趋势。
        蒸汽发生系统预测模块：该模块实现蒸汽系统当前运行工况主要参数，根据蒸汽压力、温度、流量等关键参数建模预测蒸汽出力曲线。因此，根据蒸汽参数的变化（温度、压力、流量）趋势，可以预测出蒸汽流量曲线。
        汽轮发电机系统预测模块：汽轮发电机组的核心包含蒸汽轮机、冷凝器、发电机等。本模块包含：
        （1）汽轮机状态监测功能
        汽轮机组将高温、高压蒸汽具有的内能转换成机组转子的机械能，从而带动发电机发电，这是一种复杂系统，一旦发现故障，必须及时排除，否则会对机组发电功率造成严重影响。汽轮机组常见的振动故障（转子不平衡故障、转子动静摩擦故障、转子出现不对中故障等）。
        （2）发电设备效率出力预测功能
        发电机作为电站运行中的重要设备之一，对电站的运行质量有很大影响，因此，电站运行过程中必须要积极加强对发电机故障的检测和排除。主要包含：对发电机组温度上升情况、冷却介质情况、电流、电压等工况监测，采用发电机组历史数据进行预测出力效率。
        根据汽轮机内功率和蒸汽参数有如下关系：

式中：

为内功率，MW；
G为蒸汽流量，t/h；

为比焓，KJ/kg；

     为汽轮机内效率。
        光热电站发电功率预测模块：模块主要实现电站短期、超短期和中长期的光功率预测计算，以及参数配置管理、误差分析、预测对比等功能。
        电站运行模式优化模块：本模块是从气象、功率模块获取电站当前运行主要参数，预测未来发电趋势，结合电网调度系统下发的调度指令数据进行优化，得出未来一定时间内电站需要采取的最优发电和工作模式。
        综上所述，塔式光热功率预测系统中各个模块之间是相辅相成，塔式光热电站发电功率预测模块是核心。通过以上模块对太阳直射辐射和光热电站在未来一段时间内的发电功率进行准确预测，可避免机组负荷的大幅度变化，提高电站出力的稳定性，延长电站设备的运行寿命。
        参考文献：
        [1]《光热发电站性能评估技术规范》
        [2]《塔式太阳能光热发电站实际标准GBT 51307-2018》
        [3]《地面气象观测规范》