0 引言
近年来，我国风力发电产业快速发展，装机容量逐年攀升，风力发电已成为我国电力供应结构中的新兴力量，对改善我国电源结构，降低污染排放起着重要的作用。但风力发电的间歇性和波动性对电网的冲击也日益显著，部分地区出现了限制风电出力等问题，严重制约了风电的持续健康发展。本文提出了一种利用光热发电熔盐储能单元，实现太阳能光热发电对风力发电的调峰运行并储能发电的方案，该方案可实现风力-太阳能光热互补发电、提高风电接入率、平抑风电功率波动等优点。
1 风力-太阳能光热互补发电方案
我国太阳能资源主要集中在西北地区，该地区太阳能资源总储量约占全国总储量的34%，而该地区也是风力资源较集中的地区，将风力发电过剩的电力与太阳能光热发电需要的补热能源进行互补，可以有效解决两种清洁能源存在的不足。风力-太阳能光热互补发电是在现有太阳能光热发电系统中，低温熔盐泵出口侧增加一套熔盐电加热炉，熔盐电加热炉的出口分别与低温熔盐罐、高温熔盐罐及吸热器入口相连。熔盐电加热炉出口安装一个精密温度传感器，熔盐电加热炉的入口安装一台电动截止阀及电动调节阀，熔盐加热炉出口至低温熔盐罐、高温熔盐罐及吸热器入口各安装一台电动截止阀。在高温熔盐罐增加一套熔盐再加热装置。高温熔盐再加热装置及熔盐加热炉所需电力来自风力发电站高压厂用变压器，用以回收风力发电过剩电能并对熔盐进行加热。增加一套指挥调度系统，该系统应具备协调风力发电机与汽轮发电机负荷的能力，以实现汽轮发电机对风力发电机的调峰运行，保证风力发电和太阳能光热发电的平稳外送。风力-太阳能光热互补发电系统流程图见图1。
图1 风力-太阳能光热互补发电系统流程图
1.吸热塔 2.反光镜 3.低温熔盐罐 4.低温熔盐泵 5.熔盐电加热炉 6.高
温熔盐罐 7.高温熔盐泵 8.熔盐蒸汽发生器 9.汽轮发电机 10.冷凝器
11.凝结水泵 12.除氧器 13.给水泵 14.风力发电机 15.指挥调度系统
16.吸热塔入口门 17.吸热塔出口门 18.加热炉入口门 19.加热炉至吸热
塔入口门 20.加热炉至高温熔盐罐入口门 21.熔盐电加热炉出口温度传
感器 22.加热炉至低温熔盐罐入口门 23.风力发电高压厂用变压器 24.电网
风力-太阳能光热互补发电系统主要可分为电网调度指令、风机出力预测、光热负荷、风力负荷、指挥调度系统、风力发电机组、光热发电机组、储能单元等。如图2所示。
图2 风力-太阳能光热互补发电系统典型结构图
2 计算实例
国内某50MW光热发电示范项目，系统设计集热器190条回路，传热介质为高温导热油，储热方式为二元硝酸盐双罐储热，储热能力1300 MWht，储热满负荷9 h，汽轮机型号为N55-10/381/381，中温、高压、一次中间再热汽轮发电机，光热发电熔盐补热系统配置6台燃气熔盐加热炉，单台燃气加热炉额定热功率3000kW，热效率68%，熔盐循环量110t/h。该项目总投资193838万元，机组计划年利用小时数4500h，年上网电量2.25亿kWh，设计年天然气用量900万标立方。按照20%资本金，IRR 8%计算，每度电成本为1.32元/kWh。光热发电厂每度电成本构成如图5 所示。按天然气成本占每度电成本的13%来计算（其中天然气价格按1.27元/m3 计算）。若将系统中的3台燃气熔盐加热炉更换为额定热功率3000 kW，热效率95%的电熔盐加热炉，利用风力发电过剩电能对熔盐进行加热，则每年最多可回收利用4050万kWh风电电能，可节约燃气570万标立方，节约燃气费用720万余元。在利用风力发电过剩电能的同时，可有效缓解风电波动对电网的影响。
3 总结
(1) 该方案是在现有太阳能光热发电储能单元基础上，通过新增熔盐加热炉及高温熔盐再加热装置来回收电能，与传统的电池储能技术相比，具有投资成本低廉、储能寿命较长、传热蓄热稳定、无二次污染等特点。
(2) 熔盐电加热炉及高温熔盐再加热装置使用的电力为风力发电过剩电能或低谷时段的风电等新能源得到的电能，可以彻底消除弃风现象，实现新能源利用的最大化。
(3) 利用指挥调度系统可实现太阳能光热发电对风力发电的调峰运行，基本解决风力发电的波动性问题，有利于实现电力的平稳输出，减轻了新能源对电网的冲击，确保了电网的安全运行。
(4) 把电能转变为热能，然后利用汽轮机把存储的热能转变为电能。该方案的转化效率约40%左右，较常规电池储电转换效率低很多[11]，但相对电池而言仍具有很好的经济性。
综上所述，通过在太阳能光热发电储能单元的基础上增加熔盐加热炉及高温熔盐再加热装置，可有效回收风力发电过剩电力，解决弃风问题。通过增加指挥调度系统，可实现对风力发电与太阳能光热发电的综合调度，保证电力输出的平稳性，减轻对电网的冲击，确保电网安全运行。