[发明专利]一种风电-光伏-储热联合发电系统及容量优化方法

说明书

本发明公开了一种风电‑光伏‑储热联合发电系统及容量优化方法，该系统由风电子系统，光伏子系统，电加热器，储热系统及配套的汽轮机组所组成，电加热器主要用于当系统出力大于负荷需求时，将多余的弃风电能以及弃光电能转换为热能的形式储存在储热系统中；当系统出力小于负荷需求时，储热系统释放热能推动汽轮机组发电；本发明以最小化平准化成本LCOE，最大化能源使用率和通道利用率为优化目标，根据系统的调度策略构造适应度函数，利用差分进化算法求解得出最优的容量配比。本发明的联合发电系统可以有效地调整风电光伏出力，提高通道利用率和能源使用率。

技术领域

本发明涉及一种风电-光伏-储热联合发电系统及容量优化方法，属于能源优化利用技术领域。

背景技术

随着社会的发展，能源问题和环境问题成为了人们关注的焦点。目前火电仍然是占比最大的发电形式，但常规火电站不仅会消耗大量的化石能源，而且化石燃料燃烧过程中所产生的排放物会对环境造成严重的污染，不符合“可持续发展”战略。有学者提出使用生物质燃料来代替传统的化石燃料，但是生物质燃料供应有限，而且燃烧过程中仍然会排放大量的温室气体。风力发电和光伏发电日益成为越来越重要的发电形式，由于风，光资源都存在间歇性和不稳定性，单独的风电场以及光伏电站的可调度性和灵活性不高，而且其并网过程中可能会造成电网的电能质量问题。

常规的风光互补系统通常使用蓄电池组作为储能单元，但是蓄电池组有严格的充放电限制，循环寿命短，价格昂贵等缺点，而储热系统的价格相对低廉，且储热系统不仅易于大规模化建设而且储热效率高达95％-97％，因此利用储热系统作为风光互补系统的储能装置可以实现更高的经济效益。

关于风光互补系统的容量优化问题，国内外已有许多相关的研究。吴红斌,陈斌,郭彩云.风光互补发电系统中混合储能单元的容量优化[J].农业工程学报,2011,27(04):241-245利用蓄电池-超级电容器的混合储能单元来提高风电-光伏联合发电系统的供电可靠性，并建立了混合储能单元的容量优化模型。但是使用蓄电池-超级电容器的混合储能单元价格昂贵，不利于大规模建设。王乐,周章,尉志勇,宋洁,刘海军.风电-抽水蓄能联合系统的优化运行研究[J].电网与清洁能源,2014,30(02):70-75研究了风电-抽水蓄能混合发电系统的动态特征，并运用遗传算法来优化风电-抽水蓄能混合发电系统的容量，但是抽水蓄能电站严重的受到地理条件的限制。杨勇,郭苏,刘群明,李荣.风电–CSP联合发电系统优化运行研究[J].中国电机工程学报,2018,38(S1):151-157研究了风电-光热联合发电系统的调度策略，并提出使用电加热器来减少弃风损失，提高供电的可靠性。不过该文章主要研究电站联合运行的调度策略，未考虑各电站建设前的经济性评估。光热电站造价昂贵，且集热场部分占据50％的建设成本，本文提出使用风电场以及光伏电站多余的电能通过电加热器转化为热能，做为储热系统的热源，以此来代替光热电站中集热场的作用，可以有效地减少联合发电系统的投资成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电-光伏-储热联合发电系统及容量优化方法，以最小化平准化成本LCOE，最大化能源使用率和通道利用率为优化目标，根据系统的调度策略构造适应度函数，利用差分进化算法求解得出最优的容量配比，可以有效地调整风电光伏出力，提高通道利用率和能源使用率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种风电-光伏-储热联合发电系统，由风电子系统，光伏子系统，电加热器，储热系统及汽轮机组构成；所述风电子系统所发电能经过整流后与光伏子系统所发电能共用直流母线，然后通过逆变，升压后并入电网；

所述储热系统包括冷罐，热罐以及输送管道；所述冷罐用于储存288℃的冷盐，所述热罐用于储存565℃的热盐；所述冷罐中储存的冷盐经输送管道输送到电加热器中加热至565℃后输送到热罐中；所述热罐中储存的热盐与汽轮机组中的水工质换热后输送到冷罐；