科林洁能鄂尔多斯碟式斯特林示范电站深度解析
发布者：科林洁能 | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 9760查看 | 2014-11-28 12:37:00
CSPPLAZA光热发电网报道：2012年9月，中国第一个碟式斯特林光热示范电站正式投运。该电站位于内蒙古鄂尔多斯乌审旗，毛乌素沙漠边缘。电站主要由10台10kW的碟式斯特林发电单元组成，后经过产品升级，目前为10台11kW的碟式斯特林发电单元，总装机110kW。
该电站业主为内蒙古华原集团，项目总包和设计方为瑞典科林洁能公司（以下简称“科林洁能”），其中碟盘供应商为大连宏海新能源发展有限公司。项目分别由斯特林发电单元、碟盘及其跟踪系统、园区控制及SCADA系统和天气监测系统等构成。
项目各系统概述
斯特林发动机：科林洁能所生产的斯特林发电机型起源于Solo V160发动机，在此基础上研制了V161型发动机并在美国桑迪亚国家实验室、法国科学研究院（CNRS）、西班牙等地测试运行，至2006年，拥有累计超过200万个工作小时的运行经验。
图1：斯特林发动机内部截面图
本项目采用的斯特林发电机采用了C11S型机型，额定输出功率11kW。由于采用了α双缸系统，分开配置单动式的膨胀与压缩活塞，发电效率达到25%，同时保证了长时间免维护运行。
碟盘及跟踪系统：碟盘采用开闭环联合控制方式。在开环跟踪模式中，跟踪系统用其已知位置、已知时间和一种算法，计算出相对于太阳的“应到”角度，并根据该角度定位，迅速使碟盘达到跟踪的基本位置。在闭环跟踪模式中，跟踪系统利用太阳光传感器的输入精确测算出入射光的角度，对碟盘的位置进行微调，从而达到精确的跟踪太阳的目的。
图2：碟式斯特林发电单元
园区控制系统：园区控制系统管理碟式斯特林单元的运行及与其相关的电力电子设备、开关柜和变压器，由一台监测园区控制器（PLC）负责协调园区小区控制器、变压器和高压开关柜以确保对电网的正确配电。在园区配置模式下运行时，碟式斯特林单元作为一种“从动设备”运行，此时园区小区控制器指示单元各个模式之间的转换。
园区小区应当通过其控制器利用Modbus TCP与PSC系统和数据监控和采集系统（SCADA）之间进行信息交流，SCADA （监控和数据采集）系统在这个控制体系当中发挥着顶级系统的作用，这个系统用于设定关键参数，手段干预自动化运行，并用于存储和呈现从所有具备通信接口的系统组成部分接收来的数据。
天气感测系统：公用事业规模的园区将在两个层面上配备天气感测系统：
1、由一个园区小区级的传感器系统来测量风向、风力、环境温度、空气压力、空气湿度和降雨量。来自这些园区小区传感器的数据将得到园区控制器的本地利用，这些数据还将交流至监控园区控制器用于执行模式分析以及园区内部的早期报警。
2、配备一个当地园区级的天气雷达系统或建立与全国性天气雷达系统的接口，目的在于方便接收恶劣天气警报。
园区布置：其中，园区中白色集装箱柜为整个园区的控制中心，其内部包含了：配电系统及并网系统、园区控制及SCADA系统、天气监测系统和园区开关柜等。
该示范园区的配置与50MW商业化园区的配置完全相同，即在此基础上很容易将电站扩展到50MW级规模。
图3：斯特林太阳能发电园区布置图
当地资源分析及发电量计算
目前，太阳能领域对太阳能资源的预估和预测有多种不同的工具和资料来源。我们对当地太阳能资源的评估基于我们内部的分析、对不同数据来源的比较，并听取了专家的意见。
根据研究和调查，在同一地区，不同的资料来源所描述的太阳能资源有很大的不同。仅仅使用当地气象站的太阳辐射仪所给出的数据可能与实际相比较低，因为这些测量设备的实际运维状况我们并不了解，如灰尘覆盖可能造成测量数据出现偏差等。如果我们仅仅使用卫星数据或者是基于统计的计算模型得出的数据则往往会比实际的数据略高，并不足以指导我们进行精确的发电量预估。
我们采用的数据来源在计算和预测太阳能辐照情况时使用完全透明的方式，这些数据不仅仅来源于当地的测量气象站或基站，同时也和区域的卫星测量及统计模型相结合，即Meteonorm数据库。该计算方法在数据层面非常可信，同时也参考了当地气象站的数据，在Meteonorm全球气象参考手册上可以查到详细的相关数据。
Meteonorm是一个综合的气象数据库，其对气象数据的预测是对任何的基于“标准气象年”构建的模型，其数据是基于大量的数据观测点和复杂精密的数学模型得出的结果。
我们分别对当地的两个地点进行了“标准气象年”的分析：
图4：榆林地区的DNI年平均数据
图5：上述三图展示了伊金霍洛旗的DNI和风速及温度年平均数据
图6：斯特林发电单元与DNI关系（考虑外界温度）
发电量计算：对于光热电站而言，实时的发电量除了与此时的日照有关外，同时与外界的风速和温度也有一定的关系，对于斯特林发电单元而言，由于其发电原理是利用温差发电，因此外界温度越低，其发电效率反而越高，参见图8。
我们对园区发电量的预估是基于Meteonorm气象标准年的数据，在电量计算时，每6分钟读取一次DNI数据，同时将外界温度和风速的因素考虑在内，并多次叠加，从而得到对全年发电量的预估，最终得到全年的发电量约21万kWh，升级后可以达到24万kWh左右。
图7：实际的DNI与发电输出的关系采样图（基于37000个采样点）
图8：各月份的实际运行时长百分比
（在达到设备启动的辐照条件下，所有设备每月同时实际运行的时长占总的可运行时长的比例，平均为96.4%）
记者小记：碟式斯特林光热发电技术的推广应用目前面临着诸如技术、成本、运维等多方面的问题，如何解决这些问题是碟式技术从业者
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