发电量计算模型的建立与优化

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在确定蒸汽产生量时，汽轮机模块将进行模拟，如果恰当，则启动汽轮机并计算其效率、动力区总发电量和冷却损失能量。

1.概述

由于太阳能热发电过程需要考虑正常的准稳态的天气条件，每天的启动和停机，或者运行时的天气变化等，在此着重介绍PC-Trough模型。该计算模型已经经过SEGS热发电站的实测数据验证。

PC-Trough是一个用来模拟计算整个太阳能热发电站的性能与参数的计算机程序。可以对于某配置的太阳能热发电站的日、月和年发电量计算，对已建热发电站发电量的重新评估，并对电站改进潜力评估等。

PC-Trough模型是基于SOLERGY和LUZ这两个针对SEGS类型太阳能热发电站开发的，该模型已扩展到包括燃气轮机循环、热能储存和空冷等配置和功能。

2.模型描述

PC-Trough模型包括三个模块，即设定热发电站的配置、进行模拟计算和汇总结果并形成报告。性能计算的全部流程如图4-31所示。

图4-31 PC-Trough流程图

项目设定包括各个子系统的配置，气象数据和需求概况。所有子系统的定义都储存在不同文件里，便于快速地检查各项选择。

项目的设定完成后，第二个模块开始运行，进入模拟阶段。开始模拟时，所有必需的数据载入并被初始化。接着，开始实际计算，使用变量的时间步长最大为60min。

当模拟完成后，在不同的输出文件里，汇总出不同的计算结果，以便生成最终报告。

标准的性能计算结果输出包括：天、月和电费支付周期的明细，辐射数据。热能产出包括：太阳能和化石燃料，发电量（总电量、自用电量、净电量、从电网馈电量）和收益等。

3.太阳能产出计算

首先，需要读取气象数据，根据厂址的经度、纬度，还有年、月、日来计算的太阳角。同时需要考虑下列因素来计算太阳集热场的能量输出，这些因素包括：太阳辐射、外界温度、太阳集热场条件、其他集热器排列造成的阴影、余弦损失、集热器端头损失、波纹管遮挡损失、反射损失、尘粒和排列损失、玻璃管透明度损失、集热元件选择性涂层的吸收损失、倾角影响对上述因素的损失（热损失包括：热导、对流和辐射损失）。

其次，需要模拟太阳集热场，得出了太阳集热场的出口温度和换热流体的流量，利用它们来计算太阳热产出。

太阳集热场在太阳辐射达到一个最低的特定值时，即可进入启动模式。启动阶段是一个特别的模式，模型计算的部件温度是很重要的，启动条件的规定根据运行策略，有所不同。太阳集热场本身包括三个独立不同的回路，分别在动力区、太阳集热场和总管路。平衡大型集热场内的太阳辐射水平不均衡是非常必要的，同一个太阳集热场，不同回路的入口和出口温度不同，特别是对于瞬息万变的天气情况。夜间，监控太阳集热场的冷却过程。如果必要，将模拟换热流体泵和换热流体的防凝结加热过程。

最后，根据换热器环路来计算蒸汽量、热损失和两种流体的温度。

基于上述三步，太阳集热场在整个发电量中的贡献率即可得出。

4.热储能系统

热储能系统是用来储存太阳集热场收集的过剩热能。为了使热储能计算更精确，有必要用质量流量和温度来代替能量流。

储能系统的使用与否取决于需求情况。当太阳辐射较低，太阳能集热场不能产生足够的能量来满足负荷要求，此时，储能系统来弥补这一不足。一般地，储存于储能系统的热能较备用化石燃料更为优先使用。

当太阳集热场的太阳热产出超过设定需求时，或者动力区容量达到极限，这时，储能系统开始储能。热储能系统的入口温度是由太阳集热场的出口温度得出的，基于热储能具体性能来计算热储能系统的出口温度。此模型中，出口温度假设为储能系统温度的函数，计算还必须考虑温差，温差是热量从换热流体传给储热介质的动力。从热储能系统出来的换热流体和从动力区换热器出来的换热流体混合后返回太阳集热场。

当热储能系统有剩余热能，而整个系统有能量需求时，热储能系统将放热。在这个情况之下，出口温度就也是热储能系统温度的函数，储能系统入口温度由动力区换热器的出口温度得出。从储能系统流出来的换热流体和从太阳集热场出来（假如集热场可以产能）的换热流体混合。储能系统出口温度的减少是明显的、不可忽略的，随着储热系统本身的温度降低而减少。程序将检查换热流体的温度是否足够高，高到能够产生蒸汽轮机运行所要求的蒸汽条件。如果换热流体温度太低，蒸汽品质不足以保证蒸汽轮机在标称负荷下运行，蒸汽轮机的功率必须被调低。因此，必须减少从储能系统出来的换热流体流量。如果有可能利用换热流体加热器（备用的），储能系统出口温度太低而不能补给换热器能量，但是高于预设值的温度，热储能系统可以利用换热流体加热器来预热换热流体。

另外，热储能系统的自身耗能，利用流经储能系统换热流体流量的函数来计算。

5.程序运行策略

程序运行时必须确定运行策略，在太阳能不足的情况下，是否应使用化石燃料。

如果系统配置包含换热流体加热器，作为汽轮机的潜在热源，为换热流体系统补充不足的能量。加热器模块计算产热量、加热器里的换热流体的质量流量、燃料消耗和加热器自身能量消耗。加热器中的换热流体与从太阳能集热场或存储单元（或两者）的换热流体混合，混合后的换热流体进入换热器。换热器模块计算蒸汽量、热损失和两种流体的温度。

在热发电站使用燃气轮机和WHRS运行的情况下，计算模块将根据运行模式和换热流体换热器中温度的不同而不同。

在设计中，使用锅炉取代上述换热流体加热器作为备用热源的情况下，当太阳能产生的蒸汽不足时，由锅炉提供缺乏的能量。锅炉模块计算蒸汽量、效率、燃料消耗和自身耗能损失，如果需要，将模拟锅炉的启动过程。

在确定蒸汽产生量时，汽轮机模块将进行模拟，如果恰当，则启动汽轮机并计算其效率、动力区总发电量和冷却损失能量。

计算程序从总发电量中减去所有前述的步骤中算出来的子系统的自身能量损耗，得出净发电量。如果净发电量不能满足需求，需要迭代计算，直到符合预先设定的需求值和产出量之间的允许误差要求为止。

发电量计算模型的建立与优化

相关推荐