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塔式太阳能热发电站中定日镜的电源方案研究_新能源燃料

时间:2020-07-15 20:33 来源:竞博国际注册新能源 作者:卡特

  塔式太阳能热发电是通过定日镜将吸收到的太阳光聚焦到接收塔顶部的吸热器上,吸热传热工质经过热交换产生蒸汽,驱动汽轮发电机的一种新型发电形式,主要是由定日镜镜场、吸热与储热传递系统及发电系统这3 部分组成。其中,定日镜镜场由多台定日镜组成,定日镜是连续跟踪太阳,将反射光线聚焦到接收塔顶部吸热器的重要装置[1],其主要由反射镜、镜面( 水平、俯仰) 调节机构、动力控制及通信系统等组成。单台( 套) 太阳能热发电机组需要上千台甚至上万台定日镜聚焦光线,为了尽量避免定日镜之间形成阴影和遮挡 [2],需经计算优化后对定日镜进行分散布置,因此,最终形成的定日镜镜场的占地面积较大,如图1 所示。

 

塔式太阳能热发电站中定日镜的电源方案研究_新能源燃料

  定日镜的电源用于镜面调节、动力控制及通信,在常规设计上,该电源是由太阳能热发电机组中主厂房内的低压厂用变压器提供,电源经低压动力工作段母线、电力电缆、电源分配柜( 箱)等逐级分配,如图2 所示。

 

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  定日镜的布置需要大量电力电缆及电源分配柜( 箱) 等配电设备及部件,甚至需要配电室等。因此,每台定日镜的设计采用“光伏组件+ 蓄电池”的就地电源方案,可有效优化上述主厂房常规设计方案的电源网络配置。

  1 “光伏组件+ 蓄电池”的就地电源方案的设计

  1.1 就地电源方案的典型结构设计

      就地电源方案是在每台定日镜上配置1 个小型化电源模块,电源模块是运用光伏发电、蓄电池储能联合运行的供电特点,用于满足定日镜跟踪调节时的动力、检测控制及系统通信时的用电需求。电源模块主要是由光伏组件,蓄电池组,DC/DC 单向、双向变换器,DC/AC 单向逆变器,电源分配开关等配电部件及电气接线构成,如图3 所示。

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  1.1.1 电源模块的安装设计

      1) 在就地电源方案的设计中,将光伏组件安装在定日镜镜面的边端,这样可使光伏组件与定日镜同步跟踪太阳,实现光伏组件最大程度地接收太阳直接辐射,提高光电转换效率。但应注意的是,光伏组件的安装位置不能影响定日镜的跟踪调节工作。

      2) 将蓄电池组、变换器、逆变器、电源分配开关等其他配电部件集成后,布置在定日镜的就地控制箱内即可。

  1.1.2 光伏组件的设计

      1) 光伏组件是电源模块中的发电单元,其将光能转换成电能,供电给定日镜;同时其也是蓄电池的充电电源。在设计上,光伏组件设计为按升压方式供电,以确保有效满足负载的电压及不同类型部件的电压要求。

      2) 光伏组件应根据使用环境选择合适的类型,比如非晶硅光伏组件的峰值功率温度系数的绝对值较低,弱光性较好,所以特别适合气温较高、低辐照度概率较高的地区;晶体硅光伏组件适用于太阳能资源丰富、气温偏低的地区。光伏组件选型中应根据自身的维护条件,综合考虑清洗方式和阴影遮挡等影响因素。

      3) 光伏组件的功率Pm 可按照负载功率Pr 的情况进行选择,其公式为:

塔式太阳能热发电站中定日镜的电源方案研究_新能源燃料

      式中,70% 为光伏组件的输出效率。1.1.3 光伏组件出口端DC/DC 单向变换器的设计光伏组件出口端DC/DC单向变换器的作用,一方面是采集光伏组件的升压和电压参数,从而有效保证可满足本地负载的电压要求;另一方面是在光伏组件电压下降或不发电时,用于阻止蓄电池对光伏组件形成逆放电;此外其还负责采集、监测光伏组件的最大功率[3]。

  1.1.4 蓄电池组的设计

      1) 蓄电池是电源模块中的储电( 备用电源) 单元。在日照条件下,蓄电池组是作为负载进行充电,储存电能;而在本地冲击负荷、缺乏日照及光伏电源断路等情况下,蓄电池组则由充电状态立即转为放电、供电状态。在设计上,蓄电池组设计为按升压方式供电,以优化母线电压制约下的串接成组数量,从而实现电源模块的小型化配置。

      2) 在本方案设计中,蓄电池宜选用锂离子蓄电池和铅酸(VRLA) 蓄电池。对于低温运行环境下的蓄电池,应设计有效的热管理措施[4],用于缓解蓄电池特有的低温降容影响。蓄电池容量C的选择可按照式(2) 进行考量。

塔式太阳能热发电站中定日镜的电源方案研究_新能源燃料

      式中,Q 为负载容量;d 为连续阴雨天数;1.3 为补偿系数;70% 为蓄电池在低温环境下的充电效率。负载容量Q 可表示为:

塔式太阳能热发电站中定日镜的电源方案研究_新能源燃料

      式中,U 为电源系统电压;h 为用电负载的连续工作时间。

  1.1.5 蓄电池出口端DC/DC 双向变换器的设计