一种太阳能热发电与风力发电互补运行系统的制作方法

本发明涉及一种发电运行系统，具体涉及一种太阳能热发电与风力发电互补运行系统。

背景技术：

近年来人们对能源的需求越来越大，电网作为重要的能量输送系统起了不可获取的作用。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。

风电与常规电源不同，风力发电站大多是在偏远地区，需要建设输电线路接入大电网，电力系统的对风力发电接纳能力受运行方式、线路容量的限制。而风力发电功率波动范围大，具有很大的随机性、间歇性和不可控性。风电场接入电网使电力运行系统的不确定性因素增多，对电网的供电质量产生影响。风电的大规模发展，给风电丰富地区的电网调度和电力市场管理带来了越来越大的压力。

太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电，通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。储热可以帮助光热发电实现可持续稳定发电，并降低光热发电的均化发电成本，使光热发电有望成为与传统火电相抗衡的基荷能源。当前应用较多、较成熟的储热技术当推熔盐储热。同时，多种不同类型的储热技术正处于研发和小型化示范阶段，其目标均是为了降低成本，提高光热发电的运行性能。如包括蒸汽储热、混凝土储热、温跃层或其他化学物质储热等多种技术路线。

综上，需要提出一种采用热发电技术的风力发电与太阳能热发电互补的运行系统，使得风力发电设备可利用风能发电，经供电回路向电加热器供电，在风力发电功率盈余的时候，将剩余电力供给于电加热器，通过热介质将热能传递至储热装置，以实现风力发电与太阳能热发电的互补运行，提高风力发电的可控性。

技术实现要素：

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种太阳能热发电与风力发电互补运行系统。

本发明的技术方案为：

所述系统包括风力发电子系统和太阳能热发电子系统，所述风力发电子系统通过风电供热子系统与太阳能热发电子系统连接；

所述风力发电子系统，用于将风能转换为电能发送到电网或者风电供热子系统；

所述风电供热子系统，用于将风力发电子系统发动的电能转换热能，并将所述热能发送到太阳能热发电子系统；

所述太阳能热发电子系统，用于将所述热能转换为电能，并将所述电能发送到电网。

优选的，所述风电供热子系统包括加热器、热交换装置和风电供热控制器；所述加热器与所述风力发电子系统连接；

优选的，所述加热器，接收风力发电子系统发送的电能，将所述电能转换为热能；

所述热交换装置，将所述热能传递到热介质中，太阳能热发电子系统通过所述热介质接收所述热能；

所述风电供热控制器，用于控制加热器的加热功率；

优选的，所述加热器包括电热阻丝；

优选的，所述风力发电子系统包括风电控制器、变流器、并网接口和风机；所述变流器的一端通过并网接口接入电网，一端与所述风电供热子系统连接；

优选的，

所述变流器，用于控制所述风机的输出功率；

所述风电控制器，用于调整所述变流器的工作模式；

优选的，所述工作模式包括并网发电模式和转换发热模式；

所述并网发电模式为，将所述风机的输出功率发送到电网；

所述转换发热模式为，将所述输出功率发送到风电供热子系统；

优选的，调整所述变流器的工作模式，包括：

步骤1：确定电力系统的运行工况类型；

所述运行工况包括第一运行工况和第二运行工况；所述第一运行工况为限制风力发电的出力值，第二运行工况为限制风力发电与太阳能热发电的总出力值；

步骤2：当电力系统为第一运行工况时：

若P_{a_max}＜P_{wind_max}，则变流器工作于转换发热模式，转换发热功率P_e＝P_{wind_max}-P_{a_max}；

若P_{a_max}＞P_{wind_max}，则变流器工作于并网发电模式，转换发热功率P_e＝0；

当电力系统为第一运行工况时：

若P_max＜P_{wind_max}+P_{solar_max}，则变流器工作于转换发热模式，转换发热功率P_e＝P_{wind_max}+P_{solar_max}-P_max；

若P_max＞P_{wind_max}+P_{solar_max}，则变流器工作于并网发电模式，转换发热功率P_e＝0；

其中，所述P_{a_max}为风电最大并网功率，P_{wind_max}为风电最大功率，P_max为风力发电与太阳能热发电的最大并网功率和，P_{solar_max}为太阳能最大功率；

优选的，所述太阳能热发电子系统包括聚光集热模块、蓄热模块和热-功-电转换模块；

所述蓄热模块包括第一循环管道和第二循环管道；所述第一循环管道与聚光集热模块连接，第二循环管道与所述风电供热子系统连接；

所述热-功-电转换模块与电网连接；

优选的，

所述聚光集热模块，用于采集太阳能热；

蓄热模块，用于存储所述太阳能热和风电供热子系统输出的热能；

所述热-功-电转换模块，将所述太阳能热和热能转换为机械能后再转换为电能，并将所述电能发送到电网。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的一种太阳能热发电与风力发电互补运行系统，利用太阳能热发电的储热能力存储风力发电产生的电能，提高风电功率的可控性，提高了风电并网性能，可平抑风电功率波动；同时不需要设计单独的储能系统即可存储电能，提高了互补运行系统的经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种太阳能热发电与风力发电互补运行系统结构图；

图2：本发明实施例中风力发电子系统和风电供热子系统的连接示意图；

图3：本发明实施例中太阳能热发电子系统结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种太阳能热发电与风力发电互补运行系统，充分利用太阳能热发电系统的储热装置将风力发电产生的能量以热能的方式保存起来，在一定世界再通过太阳能热发电系统的发电机发电，实现风力发电功率的平抑。

图1所示太阳能热发电与风力发电互补运行系统的实施例，其具体结构为：

该互补运行系统包括风力发电子系统、太阳能热发电子系统和风电供热子系统，风电供热子系统连接于风力发电子系统和太阳能热发电子系统之间。

风力发电子系统，用于将风能转换为电能发送到电网或者风电供热子系统；

风电供热子系统，用于将风力发电子系统发动的电能转换热能，并将热能发送到太阳能热发电子系统；

太阳能热发电子系统，用于将热能转换为电能，并将所述电能发送到电网。

1、风电供热子系统

风电供热子系统可以向太阳能热发电子系统供热，通过太阳能热发电机发电。如图2所示，该系统包括加热器、热交换装置和风电供热控制器，加热器与风力发电子系统连接。具体为：

加热器，接收风力发电子系统发送的电能，将电能转换为热能；

热交换装置，将热能传递到热介质中，太阳能热发电子系统通过热介质接收上述热能；

风电供热控制器，用于控制加热器的加热功率。

本实施例中加热器包括电热阻丝，采用电热阻丝加热的方式将电能转换为热能。

2、风力发电子系统

风力发电子系统通过风机叶片捕获风能转换为旋转机械能，再通过发电机将机械能转换为电能，该系统可以直接接入电网，实现并网运行，也同时可以向风电供热子系统供电，将电能转换为热能。如图2所示，该系统包括风电控制器、变流器、并网接口和风机；变流器的一端通过并网接口接入电网，一端与风电供热子系统连接。具体为：

变流器，用于控制风机的输出功率；

风电控制器，用于调整变流器的工作模式。

本实施例中变流器的工作模式包括并网发电模式和转换发热模式；

①：并网发电模式为，将风机的输出功率发送到电网；

②：转换发热模式为，将输出功率发送到风电供热子系统。

本实施例中调整变流器的工作模式的方法为：

(1)确定电力系统的运行工况类型；

运行工况包括第一运行工况和第二运行工况；

第一运行工况为限制风力发电的出力值，第二运行工况为限制风力发电与太阳能热发电的总出力值。

(2)选取符合运行工况的工作模式；

①：当电力系统为第一运行工况时：

若P_{a_max}＜P_{wind_max}，则变流器工作于转换发热模式，转换发热功率P_e＝P_{wind_max}-P_{a_max}；

若P_{a_max}＞P_{wind_max}，则变流器工作于并网发电模式，转换发热功率P_e＝0。

其中，P_{a_max}为风电最大并网功率，P_{wind_max}为风电最大功率。

②：当电力系统为第一运行工况时：

若P_max＜P_{wind_max}+P_{solar_max}，则变流器工作于转换发热模式，转换发热功率P_e＝P_{wind_max}+P_{solar_max}-P_max；

若P_max＞P_{wind_max}+P_{solar_max}，则变流器工作于并网发电模式，转换发热功率P_e＝0；

其中，P_max为风力发电与太阳能热发电的最大并网功率和，P_{solar_max}为太阳能最大功率。

3、太阳能热发电子系统

太阳能热子系统通过对太阳光聚焦，获取高强度的太阳辐照度，进而加质热，产生高温高压工质，进行热工转换，带动发电机发电。如图3所示，该系统包括聚光集热模块、蓄热模块和热-功-电转换模块；蓄热模块包括第一循环管道和第二循环管道；第一循环管道与聚光集热模块连接，第二循环管道与风电供热子系统连接；热-功-电转换模块与电网连接。具体为：

聚光集热模块，用于采集太阳能热；

蓄热模块，用于存储太阳能热和风电供热子系统输出的热能；

热-功-电转换模块，将所述太阳能热和热能转换为机械能后再转换为电能，并将电能发送到电网。

采用本实施例提供的互补运行系统，可以实现在风力发电功率过大，需要弃风时，将多余的能量通过热能的方式存储起来，在电网具备足够接纳能力的时候，通过太阳能热发电子 系统的发电机并网发电，实现了风力发电功率的平抑。提高风力发电的可控、可调度能力，减小风力出力波动对电网的影响，提高系统的可靠性和经济性。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。