科林潔能鄂爾多斯碟式斯特林示范電站深度解析
發布者：科林潔能 | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 11238查看 | 2014-11-28 12:37:00
CSPPLAZA光熱發電網報道：2012年9月，中國第一(yi)個碟式(shi)(shi)(shi)斯(si)特(te)林光熱示范電(dian)(dian)(dian)(dian)站正(zheng)式(shi)(shi)(shi)投運。該電(dian)(dian)(dian)(dian)站位于內蒙古鄂爾多斯(si)烏審旗(qi)，毛烏素沙漠邊緣。電(dian)(dian)(dian)(dian)站主要(yao)由10臺(tai)10kW的碟式(shi)(shi)(shi)斯(si)特(te)林發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)單元組成(cheng)，后經過產品升級(ji)，目前為(wei)10臺(tai)11kW的碟式(shi)(shi)(shi)斯(si)特(te)林發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)單元，總裝機110kW。
該電站業主為內蒙古華原集團，項目總包和設計方為瑞典科林潔能公司（以下簡稱“科林潔能”），其中碟盤供應商為大連宏海新能源發展有限公司。項目分別由斯特林發電單元、碟盤及其跟蹤系統、園區控制及SCADA系統和天氣監測系統等構成。
項目各系統概述
斯特林發動機：科林潔能所生產的斯特林發電機型起源于Solo V160發動機，在此基礎上研制了V161型發動機并在美國桑迪亞國家實驗室、法國科學研究院（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驗。
圖1：斯特林發動機內部截面圖
本項目采用的斯特林發電機采用了C11S型機型，額定輸出功率11kW。由于采用了α雙缸系統，分開配置單動式的膨脹與壓縮活塞，發電效率達到25%，同時保證了長時間免維護運行。
碟盤及跟蹤系統：碟盤采用開閉環聯合控制方式。在開環跟蹤模式中，跟蹤系統用其已知位置、已知時間和一種算法，計算出相對于太陽的“應到”角度，并根據該角度定位，迅速使碟盤達到跟蹤的基本位置。在閉環跟蹤模式中，跟蹤系統利用太陽光傳感器的輸入精確測算出入射光的角度，對碟盤的位置進行微調，從而達到精確的跟蹤太陽的目的。
圖2：碟式斯特林發電單元
園區控制系統：園區控制系統管理碟式斯特林單元的運行及與其相關的電力電子設備、開關柜和變壓器，由一臺監測園區控制器（PLC）負責協調園區小區控制器、變壓器和高壓開關柜以確保對電網的正確配電。在園區配置模式下運行時，碟式斯特林單元作為一種“從動設備”運行，此時園區小區控制器指示單元各個模式之間的轉換。
園區小區應當通過其控制器利用Modbus TCP與PSC系統和數據監控和采集系統（SCADA）之間進行信息交流，SCADA （監控和數據采集）系統在這個控制體系當中發揮著頂級系統的作用，這個系統用于設定關鍵參數，手段干預自動化運行，并用于存儲和呈現從所有具備通信接口的系統組成部分接收來的數據。
天氣感測系統：公用事業規模的園區將在兩個層面上配備天氣感測系統：
1、由一個園區小區級的傳感器系統來測量風向、風力、環境溫度、空氣壓力、空氣濕度和降雨量。來自這些園區小區傳感器的數據將得到園區控制器的本地利用，這些數據還將交流至監控園區控制器用于執行模式分析以及園區內部的早期報警。
2、配備一個當地園區級的天氣雷達系統或建立與全國性天氣雷達系統的接口，目的在于方便接收惡劣天氣警報。
園區布置：其中，園區中白色集裝箱柜為整個園區的控制中心，其內部包含了：配電系統及并網系統、園區控制及SCADA系統、天氣監測系統和園區開關柜等。
該示范園區的配置與50MW商業化園區的配置完全相同，即在此基礎上很容易將電站擴展到50MW級規模。
圖3：斯特林太陽能發電園區布置圖
當地資源分析及發電量計算
目前，太陽能領域對太陽能資源的預估和預測有多種不同的工具和資料來源。我們對當地太陽能資源的評估基于我們內部的分析、對不同數據來源的比較，并聽取了專家的意見。
根據研究和調查，在同一地區，不同的資料來源所描述的太陽能資源有很大的不同。僅僅使用當地氣象站的太陽輻射儀所給出的數據可能與實際相比較低，因為這些測量設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據出現偏差等。如果我們僅僅使用衛星數據或者是基于統計的計算模型得出的數據則往往會比實際的數據略高，并不足以指導我們進行精確的發電量預估。
我們采用(yong)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)來源在計(ji)算和預測太(tai)陽能輻照情況(kuang)時(shi)使用(yong)完全(quan)透明的(de)(de)(de)方(fang)式，這些數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)不僅(jin)僅(jin)來源于當(dang)地的(de)(de)(de)測量氣(qi)象站或基站，同時(shi)也和區域(yu)的(de)(de)(de)衛星測量及(ji)統計(ji)模型相(xiang)結合，即Meteonorm數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)庫。該(gai)計(ji)算方(fang)法在數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)層面非常可信，同時(shi)也參考了當(dang)地氣(qi)象站的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，在Meteonorm全(quan)球氣(qi)象參考手冊上可以查到詳細(xi)的(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)。
Meteonorm是一個綜合的氣象數據庫，其對氣象數據的預測是對任何的基于“標準氣象年”構建的模型，其數據是基于大量的數據觀測點和復雜精密的數學模型得出的結果。
我們分別對當地的兩個地點進行了“標準氣象年”的分析：
圖(tu)4：榆林地區的DNI年平均數(shu)據(ju)
圖(tu)5：上述(shu)三圖(tu)展示(shi)了(le)伊金霍(huo)洛旗的(de)DNI和(he)風速及溫度年平均數據
圖6：斯特林發電單元與DNI關系（考慮外界溫度）
發電量計算：對于光熱電(dian)站而言，實時的發(fa)(fa)(fa)電(dian)量除了(le)與此(ci)時的日照(zhao)有關外(wai)，同時與外(wai)界(jie)的風速(su)和溫度(du)也(ye)有一定(ding)的關系，對于斯特林發(fa)(fa)(fa)電(dian)單元(yuan)而言，由于其發(fa)(fa)(fa)電(dian)原理是利用溫差發(fa)(fa)(fa)電(dian)，因此(ci)外(wai)界(jie)溫度(du)越(yue)(yue)低，其發(fa)(fa)(fa)電(dian)效(xiao)率反而越(yue)(yue)高，參見(jian)圖8。
我們對園區發電量的預估是基于Meteonorm氣象標準年的數據，在電量計算時，每6分鐘讀取一次DNI數據，同時將外界溫度和風速的因素考慮在內，并多次疊加，從而得到對全年發電量的預估，最終得到全年的發電量約21萬kWh，升級后可以達到24萬kWh左右。
圖7：實際的DNI與發電輸出的關系采樣圖（基于37000個采樣點）
圖8：各月份的實際運行時長百分比
（在達到設備啟動的輻照條件下，所有設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：碟式斯特林光熱發電技術的推廣應用目前面臨著諸如技術、成本、運維等多方面的問題，如何解決這些問題是碟式技術從業者
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