一种基于冷‑热‑电联产的光伏电站出力快速调控系统

摘要

本发明公开了一种基于冷‑热‑电联产的光伏电站出力快速调控系统，在光伏电站设置热水库和冷水库，冷水库内安装制冷装置，光伏组件背板上装设与热水库和冷水库贯通的散热管道，冷水库的出水接入散热管道的入水口，散热管道的出水接入热水库。本调控系统平抑了光伏电站出力和负荷需求的天然供求差异，避免了在供大于求时电力远距离外送或弃光所造成的网损增加、资源浪费，并在供小于求时提供了一种快速调节发电能力的手段，一定程度上避免了光资源的浪费，同时满足了电站及周边设施的部分热水需求，提高能源综合利用效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于冷-热-电联产的光伏电站出力快速调控系统，属于新能源发电控制领域。

背景技术

近年来，太阳能开发利用规模快速扩大，技术进步和产业升级加快，成本显著降低，已成为全球能源转型的重要领域。截至2015年底，全球太阳能发电装机累计达到2.3亿千瓦，当年新增装机超过5300万千瓦，占全球新增发电装机的20％。2006至2015年光伏发电平均年增长率超过40％，成为全球增长速度最快的能源品种。我国光伏发电累计装机从2010年的86万千瓦增长到2015年的4318万千瓦，2015年新增装机1513万千瓦，累计装机和年度新增装机均居全球首位。光伏发电应用逐渐形成东中西部共同发展、集中式和分布式并举的格局。光伏发电与农业、养殖业、生态治理等各种产业融合发展模式不断创新，已进入多元化、规模化发展的新阶段。

“十三五”将是太阳能产业发展的关键时期，基本任务是产业升级、降低成本、扩大应用，实现不依赖国家补贴的市场化自我持续发展，成为实现2020年和2030年非化石能源分别占一次能源消费比重15％和20％目标的重要力量。

然而在光伏电站的运行和控制过程中，遇到了一些困难和挑战。光伏电站出力完全取决于辐照情况。辐照曲线是一个很明显的“单峰”形态，即从早上开始辐照量逐渐升高，到中午时达到最大值，继而逐渐减少，直至太阳落山。因此光伏电站的出力曲线也基本呈“单峰”形态。而负荷曲线则会根据当地的负荷结构有丰富的“峰-谷-平”变化，通常在早上7点至9点以及晚上6点至8点存在用电高峰，而中午时段一般用电需求较少，这就造成光伏电站的出力曲线和负荷曲线有较大的差异：在光伏电站出力较少的早上和傍晚负荷需求较高，而在光伏电站出力最多的中午时段负荷需求较少。传统的控制手段对于区域内电力供大于求时段需要利用远距离输电将富余的电力外送或者直接进行弃光处理，造成网损增加、资源浪费；而对于供小于求的时段，则缺乏有效的方法快速提高光伏电站的出力，以缩小电力供应缺口，只能通过诸如火电、水电等常规可控电源进行负荷调峰，如果这些电源与负荷地理位置相距较远，则需要进行远距离电能输送，同样造成网损增加。因此，传统的控制策略无法达到综合优化利用太阳能资源的目的，且不满足国家能源局最新给出的分布式能源就近消纳的方针。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于冷-热-电联产的光伏电站出力快速调控系统，利用光伏电池的温度特性快速调节光伏电站的出力，能够平抑光伏电站出力和负荷需求的供求差异，避免了在供大于求时电力远距离外送或弃光所造成的网损增加、资源浪费，提高能源综合利用效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于冷-热-电联产的光伏电站出力快速调控系统，其特征在于：在光伏电站设置热水库和冷水库，冷水库内安装制冷装置，光伏组件背板上装设与热水库和冷水库贯通的散热管道，冷水库的出水接入散热管道的入水口，散热管道的出水接入热水库。

当供电区域内电能供大于求时，利用多余的电能通过装设于冷水库内制冷装置对冷水库内的水进行制冷。

当供电区域内电能供小于求时，将冷水库内冷水通过管道注入光伏组件背板上的散热管道，在散热管道循环后流出的水接入热水库。

当供电区域内有尖峰型负荷投入时，将冷水库内冷水通过管道注入光伏组件背板上的散热管道，在散热管道循环后流出的水接入热水库。

热水库中的热水供应光伏电站及周边设施的热负荷需求，多余的热水通过管道自然散热后流入冷水库循环利用。

还包括有水动力系统，由水动力系统驱动水在冷水库和热水库间循环。

当辐照条件一定时，光伏组件最大出力随温度变化的表达式为：

其中，P_T、K、T₀、T分别为工作温度T下光伏组件最大出力、标准温度T₀下光伏组件最大出力、温度系数、光伏组件标准工作温度以及光伏组件实际工作温度。

当供电区域内电能供大于求时，利用多余的电能对冷水库内的水进行制冷，使P₁＝P_REF+L₁；

其中P₁、P_REF、L₁分别为电能供给区域内供大于求时的光伏发电有功出力、制冷功率以及负荷需求。

当供电区域内电能供小于求时，利用冷水库流出的冷水通过背板上的散热管道对背板进行冷却降温，使L₂＝P₂+ΔP₂；

其中L₂、P₂、ΔP₂分别为电能供给区域内供小于求时的负荷需求、光伏电站未冷却降温的出力以及光伏电站冷却降温后的出力增量。

当供电区域内有尖峰型负荷投入时，光伏电站根据调度指令，事先做冷却降温处理，使

其中分别为尖峰负荷投入前的负荷需求、尖峰负荷需求、尖峰负荷投入前的光伏电站出力以及通过冷却降温形成的出力裕度。

光伏组件标准工作温度T₀＝25℃。

当辐照强度为1000W/m²时，参考样本温度系数K＝－0.41％/℃。

光伏电站冷却降温后的出力增量为：

ΔP₂＝P₂×K×ΔT

其中，ΔT为冷却降温过程使光伏组件温度发生的变化量。

光伏板工作时温度可达100℃以上，若利用冷水通过背板散热管道对光伏板进行冷却降温至40℃，参考样本温度系数K＝－0.41％/℃，则短时间内功率提升将超过20％。

本发明所达到的有益效果：

本发明可利用光伏电池的温度特性快速调节光伏电站的出力，平抑了光伏电站出力和负荷需求的天然供求差异，避免了在供大于求时电力远距离外送或弃光所造成的网损增加、资源浪费，并在供小于求时提供了一种快速增加光伏发电能力的手段，同时满足了电站及周边设施的部分热水需求，提高能源综合利用效果。

附图说明

图1为一种基于冷-热-电联产的光伏电站出力快速调控系统结构示意图。

图2为未进行出力调控情况下的负荷需求与电站出力曲线对比图。

图3为进行出力调控后的负荷需求与电站出力曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于冷-热-电联产的光伏电站出力快速调控系统结构由冷水库1、冷水库1内安装的制冷设备11、热水库2、光伏组件背板3上装设与热水库和冷水库贯通的散热管道4以及相应的输水管道和水动力系统组成。冷水库的出水接入散热管道的入水口5，散热管道的出水口6接入热水库。由水动力系统驱动水在冷水库1和热水库2间循环。

当供电区域内电能供大于求时，利用多余的电能对冷水库内的水进行制冷，满足系统功率平衡，即使P₁＝P_REF+L₁；

其中P₁、P_REF、L₁分别为电能供给区域内供大于求时的光伏电站出力、制冷功率以及负荷需求；

当供电区域内电能供小于求时，利用冷水通过背板散热管道对光伏板进行冷却降温，快速提高系统出力输出，即使L₂＝P₂+ΔP₂；

其中L₂、P₂、ΔP₂分别为供电区域内供小于求时的负荷需求、光伏电站在冷却降温前的出力以及光伏电站冷却降温后的出力增量；

当供电区域内有尖峰型负荷投入时，电站可根据调度指令，事先做好冷却处理，提高发电能力裕度，即使

其中分别为尖峰负荷投入前的负荷需求、尖峰负荷需求、尖峰负荷投入前的光伏电站出力以及通过冷却降温形成的出力裕度；

冷却降温所用的冷却水经加热后流入热水库2，可对电站及周边设施7进行热水供应；剩余热水经过管道散热后回流入冷水库1循环利用。

根据光伏组件厂家的测试结果，当辐照条件一定时，组件最大出力随温度的变化数学表达式为，

其中，P_T、K、T₀、T分别为工作温度T下组件最大出力、标准温度T₀下组件最大出力、温度系数、组件标准工作温度T₀＝25℃以及组件实际工作温度。当辐照强度为1000W/m²时，参考样本温度系数K＝－0.41％/℃。

通过冷却降温使光伏组件工作温度降低，则光伏电站冷却降温后的出力增量可表示为：

ΔP₂＝P₂×K×ΔT

其中，ΔP₂、P₂、ΔT分别为光伏电站冷却降温后的出力增量、光伏电站冷却降温前出力、冷却降温过程使光伏组件温度发生的变化量。光伏板工作时温度可达100℃以上，若利用冷水通过背板散热管道对光伏板进行冷却降温至40℃，参考样本温度系数K＝－0.41％/℃，则短时间内功率提升将超过20％。

如图2所示，为未进行出力调控情况下的负荷需求与电站出力曲线对比图。早上7点至9点以及晚上6点至8点用电高峰时期光伏电站出力较少，需要通过诸如火电、水电等常规可控电源对负荷进行供给。而中午时段负荷需求较少，此时光伏电站出力达到峰值，超过负荷需求，只能通过远距离电力外送或者弃光方式保证电能供需平衡。

如图3所示，为进行出力调控后的负荷需求与电站出力曲线对比图。采用基于冷-热-电联产的光伏电站出力快速调控方法后，早高峰时段可通过光伏电站自我调节，缩小20％以上的电力缺口；中午时段光伏电站所发多余电能可用于冷水库制冷；用电晚高峰时段初期的电能缺口也可得到一定程度的弥补；同时可以解决电站及周边设施的部分热水供应问题。能源综合利用效果得以提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。