科林潔能鄂爾多斯碟式斯特林示范電站深度解析
發(fā)布者：科林潔能 | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 12109查看 | 2014-11-28 12:37:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：2012年9月，中國第一個碟式斯特林光熱示范電站正式投運。該電站位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯烏審旗，毛烏素沙漠邊緣。電站主要由10臺10kW的碟式斯特林發(fā)電單元組成，后經(jīng)過產(chǎn)品升級，目前為10臺11kW的碟式斯特林發(fā)電單元，總裝機(jī)110kW。
該電站業(yè)主為內(nèi)蒙古華原集團(tuán)，項目總包和設(shè)計方為瑞典科林潔能公司（以下簡稱“科林潔能”），其中碟盤供應(yīng)商為大連宏海新能源發(fā)展有限公司。項目分別由斯特林發(fā)電單元、碟盤及其跟蹤系統(tǒng)、園區(qū)控制及SCADA系統(tǒng)和天氣監(jiān)測系統(tǒng)等構(gòu)成。
項目各系統(tǒng)概述
斯特林發(fā)動機(jī)：科林潔能所生產(chǎn)的斯特林發(fā)電機(jī)型起源于Solo V160發(fā)動機(jī)，在此基礎(chǔ)上研制了V161型發(fā)動機(jī)并在美國桑迪亞國家實驗室、法國科學(xué)研究院（CNRS）、西班牙等地測試運行，至2006年，擁有累計超過200萬個工作小時的運行經(jīng)驗。
圖1：斯特林發(fā)動機(jī)內(nèi)部截面圖
本項目采用的斯特林發(fā)電機(jī)采用了C11S型機(jī)型，額定輸出功率11kW。由于采用了α雙缸系統(tǒng)，分開配置單動式的膨脹與壓縮活塞，發(fā)電效率達(dá)到25%，同時保證了長時間免維護(hù)運行。
碟盤及跟蹤系統(tǒng)：碟盤采用開閉環(huán)聯(lián)合控制方式。在開環(huán)跟蹤模式中，跟蹤系統(tǒng)用其已知位置、已知時間和一種算法，計算出相對于太陽的“應(yīng)到”角度，并根據(jù)該角度定位，迅速使碟盤達(dá)到跟蹤的基本位置。在閉環(huán)跟蹤模式中，跟蹤系統(tǒng)利用太陽光傳感器的輸入精確測算出入射光的角度，對碟盤的位置進(jìn)行微調(diào)，從而達(dá)到精確的跟蹤太陽的目的。
圖2：碟式斯特林發(fā)電單元
園區(qū)控制系統(tǒng)：園區(qū)控制系統(tǒng)管理碟式斯特林單元的運行及與其相關(guān)的電力電子設(shè)備、開關(guān)柜和變壓器，由一臺監(jiān)測園區(qū)控制器（PLC）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)園區(qū)小區(qū)控制器、變壓器和高壓開關(guān)柜以確保對電網(wǎng)的正確配電。在園區(qū)配置模式下運行時，碟式斯特林單元作為一種“從動設(shè)備”運行，此時園區(qū)小區(qū)控制器指示單元各個模式之間的轉(zhuǎn)換。
園區(qū)小區(qū)應(yīng)當(dāng)通過其控制器利用Modbus TCP與PSC系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)（SCADA）之間進(jìn)行信息交流，SCADA （監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)在這個控制體系當(dāng)中發(fā)揮著頂級系統(tǒng)的作用，這個系統(tǒng)用于設(shè)定關(guān)鍵參數(shù)，手段干預(yù)自動化運行，并用于存儲和呈現(xiàn)從所有具備通信接口的系統(tǒng)組成部分接收來的數(shù)據(jù)。
天氣感測系統(tǒng)：公用事業(yè)規(guī)模的園區(qū)將在兩個層面上配備天氣感測系統(tǒng)：
1、由一個園區(qū)小區(qū)級的傳感器系統(tǒng)來測量風(fēng)向、風(fēng)力、環(huán)境溫度、空氣壓力、空氣濕度和降雨量。來自這些園區(qū)小區(qū)傳感器的數(shù)據(jù)將得到園區(qū)控制器的本地利用，這些數(shù)據(jù)還將交流至監(jiān)控園區(qū)控制器用于執(zhí)行模式分析以及園區(qū)內(nèi)部的早期報警。
2、配備一個當(dāng)?shù)貓@區(qū)級的天氣雷達(dá)系統(tǒng)或建立與全國性天氣雷達(dá)系統(tǒng)的接口，目的在于方便接收惡劣天氣警報。
園區(qū)布置：其中，園區(qū)中白色集裝箱柜為整個園區(qū)的控制中心，其內(nèi)部包含了：配電系統(tǒng)及并網(wǎng)系統(tǒng)、園區(qū)控制及SCADA系統(tǒng)、天氣監(jiān)測系統(tǒng)和園區(qū)開關(guān)柜等。
該示范園區(qū)的配置與50MW商業(yè)化園區(qū)的配置完全相同，即在此基礎(chǔ)上很容易將電站擴(kuò)展到50MW級規(guī)模。
圖3：斯特林太陽能發(fā)電園區(qū)布置圖
當(dāng)?shù)刭Y源分析及發(fā)電量計算
目前，太陽能領(lǐng)域?qū)μ柲苜Y源的預(yù)估和預(yù)測有多種不同的工具和資料來源。我們對當(dāng)?shù)靥柲苜Y源的評估基于我們內(nèi)部的分析、對不同數(shù)據(jù)來源的比較，并聽取了專家的意見。
根據(jù)研究和調(diào)查，在同一地區(qū)，不同的資料來源所描述的太陽能資源有很大的不同。僅僅使用當(dāng)?shù)貧庀笳镜奶栞椛鋬x所給出的數(shù)據(jù)可能與實際相比較低，因為這些測量設(shè)備的實際運維狀況我們并不了解，如灰塵覆蓋可能造成測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差等。如果我們僅僅使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)或者是基于統(tǒng)計的計算模型得出的數(shù)據(jù)則往往會比實際的數(shù)據(jù)略高，并不足以指導(dǎo)我們進(jìn)行精確的發(fā)電量預(yù)估。
我們采用的數(shù)據(jù)來源在計算和預(yù)測太陽能輻照情況時使用完全透明的方式，這些數(shù)據(jù)不僅僅來源于當(dāng)?shù)氐臏y量氣象站或基站，同時也和區(qū)域的衛(wèi)星測量及統(tǒng)計模型相結(jié)合，即Meteonorm數(shù)據(jù)庫。該計算方法在數(shù)據(jù)層面非?？尚牛瑫r也參考了當(dāng)?shù)貧庀笳镜臄?shù)據(jù)，在Meteonorm全球氣象參考手冊上可以查到詳細(xì)的相關(guān)數(shù)據(jù)。
Meteonorm是一個綜合的氣象數(shù)據(jù)庫，其對氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測是對任何的基于“標(biāo)準(zhǔn)氣象年”構(gòu)建的模型，其數(shù)據(jù)是基于大量的數(shù)據(jù)觀測點和復(fù)雜精密的數(shù)學(xué)模型得出的結(jié)果。
我們分別對當(dāng)?shù)氐膬蓚€地點進(jìn)行了“標(biāo)準(zhǔn)氣象年”的分析：
圖4：榆林地區(qū)的DNI年平均數(shù)據(jù)
圖5：上述三圖展示了伊金霍洛旗的DNI和風(fēng)速及溫度年平均數(shù)據(jù)
圖6：斯特林發(fā)電單元與DNI關(guān)系（考慮外界溫度）
發(fā)電量計算：對于光熱電站而言，實時的發(fā)電量除了與此時的日照有關(guān)外，同時與外界的風(fēng)速和溫度也有一定的關(guān)系，對于斯特林發(fā)電單元而言，由于其發(fā)電原理是利用溫差發(fā)電，因此外界溫度越低，其發(fā)電效率反而越高，參見圖8。
我們對園區(qū)發(fā)電量的預(yù)估是基于Meteonorm氣象標(biāo)準(zhǔn)年的數(shù)據(jù)，在電量計算時，每6分鐘讀取一次DNI數(shù)據(jù)，同時將外界溫度和風(fēng)速的因素考慮在內(nèi)，并多次疊加，從而得到對全年發(fā)電量的預(yù)估，最終得到全年的發(fā)電量約21萬kWh，升級后可以達(dá)到24萬kWh左右。
圖7：實際的DNI與發(fā)電輸出的關(guān)系采樣圖（基于37000個采樣點）
圖8：各月份的實際運行時長百分比
（在達(dá)到設(shè)備啟動的輻照條件下，所有設(shè)備每月同時實際運行的時長占總的可運行時長的比例，平均為96.4%）
記者小記：碟式斯特林光熱發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用目前面臨著諸如技術(shù)、成本、運維等多方面的問題，如何解決這些問題是碟式技術(shù)從業(yè)者
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