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基于光伏-光热耦合的多能互补发电系统研究

基于光伏-光热耦合的多能互补发电系统研究

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作者：苗智昶华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

世界能源格局的调整推动了能源革命的发展。在全球上百多个国家和地区致力于实现“碳达峰、碳中和”目标的大背景下,太阳能的开发利用是改变我国传统能源格局,实现我国能源转型的必然选择。太阳能发电技术主要有光伏发电和光热发电两种... 详细信息

世界能源格局的调整推动了能源革命的发展。在全球上百多个国家和地区致力于实现“碳达峰、碳中和”目标的大背景下,太阳能的开发利用是改变我国传统能源格局,实现我国能源转型的必然选择。太阳能发电技术主要有光伏发电和光热发电两种形式,光伏发电系统结构简单而且布局比较灵活,但要想实现电力的稳定输出需要安装蓄电池,然而蓄电池成本昂贵,使用寿命有限。光热发电系统的蓄热成本低,输出稳定但是集热器的成本相对较高。将光伏和光热系统耦合可以实现两者优势互补,传统的光伏-光热互补形式都是通过调节光伏、光热子系统各自的输出功率,最后在系统终端并网侧实现互补,此类光伏光热打捆发电系统中,光伏子系统波动性大无法灵活调节自身出力,新型的太阳能利用模式亟待研究。本文提出并构建了一种集光伏制氢,光热制汽,燃气-蒸汽联合循环和氢氧燃烧于一体的互补方案。所提出的一体化互补系统将光伏系统产生的多余电能用于制取氢气并储存,同时光热系统收集的过剩的热量也被储存在熔盐罐中,在夜晚或连续的阴雨天,氢气和熔盐中的热量作为补充动力。为评估所提出的一体化互补系统的可行性,本文使用Matlab和Ebsilon软件对所提出的一体化互补系统进行了典型日和典型年运行工况模拟,分析了系统的发电量,太阳能输入份额,热效率,化石燃料节约率等性能指标,结果表明:一体化互补系统将光伏产生多余的电能用于制氢可以有效解决弃光问题,提升了对太阳能的利用程度,改善了余热锅炉的热交换性能,同时延长了汽轮机在设计工况下运行的时长,有效改善了汽轮机在变工况条件下运行的性能。此外,讨论了太阳倍数和光伏系统并网设计功率对系统性能的影响,并基于太阳倍数和光伏并网功率设计值对系统进行了优化研究,寻求最佳的太阳倍数和光伏并网设计功率,提升了系统的性能。同时对系统进行了经济性分析,研究了太阳倍数对系统发电成本的影响。

关键词：多能互补光伏-光热互补燃气轮机联合循环光伏制氢

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