国外某CSP 光热电站光伏接入厂用电系统方案探究

刘方江 赵富强

山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100

太阳能光热发电是一种新能源发电技术，它是利用大规模阵列抛物形或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供合格蒸汽，推动汽轮机做功，从而达到发电的目的。目前比较成熟的技术路线包括塔式、槽式、碟式等。由于光热发电具有电源质量高，能量可储存，无污染，并能实现全天不间断连续发电等优点，因此全球光热发电的装机容量快速增长。但是光热发电存在如下缺点：工艺路线较长，一次性投资大，辅机电耗高，操作量大等。据统计光热塔式机组厂用电率高达10%，怎样降低光热发电的厂用电量是目前的设计挑战[1]。

论文正文：

太阳能光热发电厂的占地面积普遍比较大，为了更加充分的利用土地，提高光能的综合利用效率，可以把附属建筑物楼顶、镜场边缘区域布置上光伏组件，供给光热发电机组附属设施，这样就降低了厂用电消耗量，增加了净上网电量。假如光热电站的厂用电是12MW，我们只需要布置12MW 的光伏组件，基本满足了厂用电所需。这只是数学推理，真正把光伏接入厂用电系统落实到工程实处并且稳定运行，达到降低厂用电的设计目的还有很多技术问题需要克服。

光伏发电受光照资源制约，电源质量较差，主要表现为谐波多，波动大，稳定性差。若要把光伏发电接入厂用电系统，还面临着厂用电频繁操作对光伏系统的冲击，设备的耐受能力是否过关等一系列技术问题。目前主要有两个方案：方案一，直接接入法，即把光伏逆变升压后，接入光热发电机组厂用电系统中压段。方案二，间接接入法，即光伏逆变升压后直接上网销售，抵消外网购电量。两种方案各有优劣，现在我们分别阐述对比一下。

方案一：光热发电机组厂用电中压分两段，两段之间设置母联断路器，分别将高厂变进线与光伏进线接至两段母线。

所有低压变压器容量按照明备用确定，当光伏接入厂用电运行时，母联断路器断开，依据光伏发电量决定光伏所带厂用负荷的大小[2]。

当光伏发电量大于全厂用电负荷时，母联断路器闭合，高厂变进线断路器断开，厂内用电负荷完全由光伏发电提供。

当光伏发电低于厂用负荷时，光伏带部分负荷，根据发电量多少进行匹配，相应投入光伏段的低压变压器数量；发电功率越大，投入光伏段的低压变就越多。

本方案厂用电接线原理简单，光伏发电和外网来电分段供电，会造成光伏和电网倒送之间来回切换，电气设备投切操作频繁，电气设备寿命也将受影响。而且当光伏输出大于厂用电需求时，光伏电也会流入到外网。光热机组辅机启停操作会对逆变器等电气设备形成操作过电压冲击。当然，我们可以做针对性的设计，如引入微机控制系统进行主动调节，通过调节逆变器实现主动弃光，避免光伏发电馈送至电网情况的发生。在光伏侧增加无功补偿装置，能有效的预防机组操作带来的冲击。

方案二：设置132kV 升压站，光热和光伏发电接入该升压站，出线通过132/400kV 升压变接入电网。注：由于本项目业主要求接入系统是400KV，其它项目可以考虑35KV 等低电压等级电网，以降低项目投资。

（1）设置厂用高压变压器和启动备用变压器，两台变压器2＊100%配置。光伏发电直接输入到电网。

（2）中压母线分两段并设置母联开关。两段母线分别连接厂用高压变压器和启备变。

（3）当汽轮发电机发电时，厂内负荷由发电机经过高厂变馈电；当汽轮发电机停止发电时，厂内用电负荷由电网通过启动备用变压器倒送，也可以经过主变、高厂变给厂内馈电。

电气单线图示意如下图所示。

本方案的最大特点在于光伏发电能直接上网，只要外网能够接纳，光伏发电都是毫无损失的传输出去，不存在人为的弃光。但是这种方案必须得到电网公司的许可，如果业主可以消纳光伏电，此方案完全可以适用[3]。

以上两种方案优缺点比较：

方案一

优点：母线分段即可，不需要额外添加高压设备；可以根据光伏发电量决定所带的负荷大小，当光伏发电少时可带部分负荷，投切灵活；光伏不上网，自产自销。

缺点：电气设备投切频繁，容易造成设备寿命减少，增加维护检修成本；光伏发电不稳定，供电可靠性低；引入自动控制系统，增加线缆，增加成本。

方案二

优点：光伏系统独立上网，单独控制调度，可控性强；厂用电从发电机或外网获得，厂用电稳定；光伏发电和光热机组分开运行，相互不干扰。

缺点：需要增加132KV 升压站设备和电缆设施，增加土地占用面积；光伏接入电网，需要获得电网部门许可；业主要考虑两套计费系统，业主电价补贴会存在一定的复杂性。

综上，将光伏电源接入光热电站的厂用电系统方案是可行的，可结合项目特点做有针对性的设计。优先推荐光伏独立上网方案，这种方案稳定性好，可靠性高，对厂用电系统的影响较小。但如果项目所在国无法接纳光伏电，可以推荐光伏直接接入厂用电方案，尽管该方案对自动化水平依赖度大，频繁操作会降低供电可靠性，但能在一定程度上能减少外网购电量，增加净上网电量，实现为业主增收的目的。