Optimization of solar thermal power station LCOE based on NSGA-Ⅱ algorithm

In view of the high cost of solar thermal power generation in China,it is difficult to realize large-scale production in engineering and industrialization.Non-dominated sorting genetic algorithm II(NSGA-II)is applied to optimize the levelling cost of energy(LCOE)of the solar thermal power generation system in this paper.Firstly,the capacity and generation cost of the solar thermal power generation system are modeled according to the data of several sets of solar thermal power stations which have been put into production abroad.Secondly,the NSGA-II genetic algorithm and particle swarm algorithm are applied to the optimization of the solar thermal power station LCOE respectively.Finally,for the linear Fresnel solar thermal power system,the simulation experiments are conducted to analyze the effects of different solar energy generation capacities,different heat transfer mediums and loan interest rates on the generation price.The results show that due to the existence of scale effect,the greater the capacity of the power station,the lower the cost of leveling and electricity,and the influence of the types of heat storage medium and the loan on the cost of leveling electricity are relatively high.

Development and Test of a New Solar-Air Heat Exchanger for the Linear Mirror II System

The Linear Mirror II is an innovative system to concentrate solar energy, developed by Isomorph SRL. In this paper, a solar-air heat exchanger of new conception is presented and tested together with a Linear Mirror II. The heat exchanger surface is selective with respect to direction and position of light absorption and emission and once heated by the Linear Mirror II, can reach an air temperature of up to 230&degC.

基于FCM-LSTM的光热发电出力短期预测

对光热电站的出力进行短期预测,可以有效应对太阳能随机性和波动性带来的影响,为电网调度做好准备.该文以青海某光热电站为例,首先使用模糊C均值聚类算法对预处理后的实验数据进行分类,然后通过分析不同聚类类型下出力和气象数据中各因子间的关联程度,充分挖掘出数据间的关系,确定不同类型预测模型的输入变量,进而构建出不同类别下的长短期记忆神经网络预测模型.结果表明,与传统长短期记忆神经网络模型、BP神经网络模型、支持向量机模型和随机森林模型的预测结果相比,基于模糊C均值聚类的长短期记忆神经网络预测模型效果良好,大幅减少了预测误差,验证了该预测模型的有效性.

计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法

随着源网荷储一体化建设推进和多能互补系统发展,光热发电凭借其发电连续性、灵活性等优点,在多能互补系统中发挥的作用日益增大。准确描述光热电站运行特性并刻画含多能互补系统区域电网功率调节能力,对于实现电力资源优化配置有着十分重要的意义。然而,现有含光热电站经济调度模型,尚未计及储热系统充、放热过程能量损失成本,也缺乏对含光热电站区域电网的功率调节能力研究。为此,提出一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法。首先,考虑光热电站运行过程非线性约束及储热系统能量损失成本,构建计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型。进一步,为解决光热发电非线性运行特性影响电网功率调节能力刻画这一问题,提出含光热电站电力系统经济调度模型线性化转换方法。在此基础上,基于多参数规划理论和K-means聚类算法,提出计及光热发电非线性运行特性的区域电网多时段功率调节能力刻画方法,实现联络线传输功率可行域的解耦计算,进而表征区域电网功率调节能力。最后,选取IEEE 30节点系统以及国内某省实际电力系统作为算例系统进行分析,验证所提方法的准确性及有效性。

基于三端柔性直流的光热储能站与新能源场站功率协同控制策略

新能源基地大多经传统交流方式接入高压交流或直流外送通道,为解决大规模新能源经交流接入方式下并网容量小、损耗大,以及功率波动对电网稳定性影响等问题,构建了一个基于柔性直流输电并网的风电和光伏、光热储能及电网三端柔性直流系统。基于直流电压-有功功率特性,提出一种适用于该系统的站间协调控制策略,根据柔性直流输电系统的直流电压波动情况,调整光热储能机组的出力,以平抑风、光功率波动,降低其对电网的影响。针对光热储能侧换流站,采用直流电压裕度下垂混合控制策略,通过控制器参数配置,抑制控制模式切换过程中的暂态过电压,提高系统响应速度。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流系统仿真模型,验证所提控制策略的有效性。

考虑碳捕集与光热电站的综合能源系统优化调度

为高效处理综合能源系统IES(integrated energy system)中因热电供需矛盾导致的弃风及碳排放问题,构建了考虑碳捕集与封存CCS(carbon capture and storage)技术以及光热CSP(concentrating solar power)电站的优化调度模型。首先,利用CCS技术对热电联产CHP(combined heat and power)机组进行低碳化改造,建立碳捕集热电联产机组的数学模型;然后,在此基础上引入CSP电站,构成CSP-CHP-CCS协同框架,并建立含CSP-CHPCCS的IES低碳经济调度模型;接着,针对系统中的源、荷不确定性,采用信息间隙决策理论进行模拟分析,构建风险规避鲁棒模型;最后,通过算例仿真对比,验证了所提模型在促进新能源消纳和降低碳排放方面的有效性。

二次反射塔式电站运行测试与模拟研究

光热发电中的二次反射塔式技术具有高聚光比、低泵耗和安装维护要求低等优点,依托玉门鑫能第一电力有限公司50 MW二次反射塔式电站建立了定日镜场、二次反射模、吸热器、熔盐储罐和发电循环等关键部件模型,并完成了模型验证。运行测试结果表明:当直射辐射为739.70 W/m^(2)时,熔盐出口温度可以在559℃下维持50 min;12:00定日镜场的余弦效率、阴影与遮挡效率、二次反射阴影效率和大气透射率分别为0.856 8、0.999 7、0.994 1、0.974 6,二次反射镜照度和吸热器照度分别为11.3 kW/m^(2)和400.5 kW/m^(2),同时电站在50 MW的额定发电功率下维持16 h。该研究内容对二次反射塔式电站运行和理论研究具有一定参考意义。

碳交易机制下园区综合能源系统优化调度

为抑制园区综合能源系统的碳排放,优化系统运行成本,提出一种以系统运行总成本最小为目标、平衡经济性和低碳性的园区综合能源系统优化调度策略。首先将阶梯式碳交易机制引入综合能源系统,然后在能源供给侧利用光热电站促进光能实现削峰填谷,在需求侧通过需求响应减少电、热能的使用成本,最后运用CPLEX进行求解,并对多个优化调度方案进行对比分析。结果表明,所提方案在有效控制系统运行成本的同时,碳排放量也得到降低,有助于园区综合能源系统实现“双碳”目标。

光热电站主机直接空冷系统优化探讨

光热发电是一种比较有发展前景的可再生能源发电形式,具有良好的储能和调峰能力。受制于水资源条件,目前我国光热电站的主机冷却系统多采用直接空冷系统。直接空冷系统配置对机组经济性和盈利能力均会产生较大影响。在总结和分析光热电站投资构成及运行特点的前提下,依托某案例工程进行直接空冷系统优化计算和分析。对光热电站直接空冷系统气象数据选取与处理、以及电价敏感性分析进行初步探讨。由于上网电价及成本电价普遍较高,与常规火电厂直接空冷系统相比较,光热电站直接空冷系统配置倾向于初始温差(ITD)值较低、风速较小、空冷凝汽器面积较大的方案。

Comprehensive Review of Line-Focus Concentrating Solar Thermal Technologies: Parabolic Trough Collector (PTC) vs Linear Fresnel Reflector (LFR)

In the present review,parabolic trough collector(PTC)and linear Fresnel reflector(LFR)are comprehensively and comparatively reviewed in terms of historical background,technological features,recent advancement,economic analysis and application areas.It is found that although PTC and LFR are both classified as mainstream line-focus concentrating solar thermal(CST)technologies,they are now standing at different stages of development and facing their individual opportunities and challenges.For PTC,the development is commercially mature with steady and reliable performance;therefore,extension of application is the main future demand.For LFR,the development is still in rapid progress to commercial maturity,yet indicating very promising potentials with high flexibility in novel designs and remarkable reduction in capital and operational costs.The question,which has to be answered in order to estimate the future perspectives of these two line-focus CST technologies,becomes which of these characteristics carries more weight or how to reach an optimal trade-off between them.

Toward Implementing HH the Amir Declaration of 2% Electricity Generation by Solar Energy in 2020

The utility solar power plants were reviewed and classified by two basic groups: direct thermal concentrating solar power (CSP) and photovoltaic (PV). CSP as Parabolic Trough Collector (PTC) of 100 MW solar power plants (SPP) is suggested and suitable to provide solar thermal power for Qatar. Although, LFC had enough experience for small projects, it is still need to work in large scale plant such as 100 MW and couple with multi effect distillation (MED) to confirm costs.

Thermo-Economic Optimization of Solar Thermal Devices by Coherent Integration of Technologies

Radiation is a form of energy where the angular variable of the direction of its photons has a primary importance, particularly for radiation concentration processes, which are essential tools to reach high temperatures from radiation beams (as the solar ones) with moderate intensities. Solar radiation cannot be used directly to feed thermodynamic cycles, and optical concentration must be applied to that goal. In general, reflection from mirrors is preferred to refraction by lenses in this case, because they have less optical aberrations. Concentration conveys very high temperatures in the receiver. However, the higher the temperature, the lower the efficiency of the solar thermal apparatus. Besides that, economy also suffers quite a lot when going to very high concentration factors, which is one of the main burdens in the development of Solar Thermal Energy. A new configuration of solar radiation concentrator is presented. It includes a salient innovation in the way the mirrors are given the right curvature by mechanical forces. Those mirrors are originally flat and do not need any special thermal treatment for this purpose. The whole device concept has been guided by the principle of thermoeconomic coherence, which requires similar efforts in all degrees of freedom that have strong influence in the performance and cost of the system. The paper shows the decision tree that has oriented the project, following the principle of equilibrium in efforts, which leads to a design window of moderate values in the main variables. The prototype of this new configuration has already been built, and the first stage of research is considered to be finished, because the prototype has shown excellent conditions to include selected (fitting) technologies at a very low cost.

计及多重不确定性及光热电站参与的区域综合能源系统配置与运行联合优化

针对含光热电站参与的多能耦合区域综合能源系统,考虑了系统中风光出力、光热电站中的储热装置出力、负荷、购能价格的不确定性,提出了一种基于多元宇宙算法-区间线性规划的双层优化配置方法。上层以运行年限内总收益最大为目标进行设备选型和容量配置,下层以运行净收益最大为目标优化各设备出力,从而获得系统的最佳配置与运行方案。算例结果表明,光热电站的参与可以增加系统的协调优化能力,且与传统算法相比,采用多元宇宙算法对模型进行求解,收敛速度更快,考虑多重不确定因素的优化配置能够使得系统的净收益更加稳定,提高系统的总收益。

考虑氢储供能时序的综合能源系统三阶段调度

为提高可再生能源的消纳水平,分析可调度能源价格对可再生能源消纳的影响,提出从源荷侧双角度结合的方法。源侧将机组分为可调度能源和可再生能源机组两部分,同时考虑光热电站、热电联产机组联合运行;荷侧考虑居民负荷和工业负荷,将工业负荷中氢储参与电能调度。结合电能三阶段调度,建立了考虑氢储供能时序的综合能源系统三阶段调度模型。模型以运行成本最低为目标函数,调用Matlab中SCIP求解器求解,结果表明,模型能够有效提升系统灵活性,促进可再生能源消纳,同时显著提高系统运行经济性。

不同瞄准策略的线性菲涅耳式聚光器光学性能

吸热管表面能流密度分布的均匀性对线性菲涅耳式聚光器的光热性能及安全运行有着重要影响。基于Tonatiuh光学仿真软件构建了线性菲涅耳式聚光器模型,研究了圆柱面形反射镜焦距及瞄准点位置与光斑宽度之间的关系,在此基础上探讨了不同瞄准策略下线性菲涅耳式聚光器的光学效率及能流分布的均匀性。结果表明:采用瞄准点均匀分布的瞄准策略,聚光器在保持较高光学效率的同时能够提升集热管表面能流分布的均匀性。采用优化后的瞄准策略,线性菲涅耳式聚光器光学效率可达到87.4%,集热管表面能流密度标准差由45.3%降低到30.7%,集热管顶部能流密度提升了10.2%。集热管空管预热采用该优化瞄准策略,在变占空比跟踪模式下,集热管弯曲变形程度远小于现有瞄准策略。该结果可为线性菲涅耳式聚光集热系统的优化设计提供理论支撑。

碳交易机制下光热电站参与的综合能源系统配置与优化运行研究

对于“双碳”背景下光热电站参与的综合能源系统,建立了碳交易机制下考虑源侧出力和荷侧需求不确定性的多能耦合区域综合能源系统两阶段鲁棒优化配置与优化运行模型。模型中针对不确定性调节参数的设定,使运行方案更具灵活性。然后,基于列与约束生成算法和拉格朗日对偶法,将原问题分解为主问题和子问题迭代求解。最后,通过仿真算例验证了所提方法。结果表明本方法能有效减少不确定性因素导致系统容量配置波动大的问题,并能够降低综合调度成本;同时光热电站的参与运行使得系统能够兼顾低碳性和经济性。

考虑光热光伏混合电站内外双重电压安全的两阶段无功优化控制

针对实际运行的大规模光热光伏混合电站并网后面临的“内忧外患”电压问题,既受电站内部节点电压状态的影响,也受外部电网系统静态电压稳定状态的影响,提出一种考虑光热光伏混合电站内外双重电压安全的两阶段无功优化控制方法。首先,通过静态电压稳定裕度、节点电压均衡度和无功储备裕度3种指标表征混合电站电压安全状态。然后,结合小时级长时间尺度的光伏出力预测信息,在第I阶段实施有载变压器和电容器慢速调整。针对分钟级短时间尺度内的光伏出力波动,以混合电站内的光伏发电单元、光热发电单元和静止同步补偿器为第II阶段的优化控制对象,实现快速精细化电压调节。所提方法能有效避免全站设备频繁参与优化调整,从而提高控制效率。最后,通过测试系统验证分析结果表明:通过两阶段无功控制协调,所提方法能够抑制光伏出力的波动冲击,有效降低站内电压安全越限和失稳风险。

超弹性形变线聚焦菲涅尔透镜的变焦性能研究

该文基于棱镜折射理论分析倾斜入射角对菲涅尔透镜焦距变化的影响规律,指明焦距变化的光学原因,提出采用超弹性变形调整焦距的方法,并基于小变形下的线性假设展开理论分析,通过仿真进行验证。结果表明,变形率达到15%时,焦距的伸长率约46.7%,与理论结果相较小于10%,验证了理论模型的正确性。研究结果为超弹性菲涅尔透镜的变形变焦提供了理论依据。

计及阶梯式碳交易机制的海岛综合能源优化调度

针对以柴油发电为主的传统海岛供电模式,存在污染环境、成本高且不易运输等问题,提出一种含碳交易机制的海岛综合能源优化运行策略。在以净收益最大为目标的同时,考虑阶梯式碳交易机制、新能源消纳、系统运行约束,构建了一种含阶梯式碳交易的光热储能配合风电制氢的日前综合能源优化调度模型。最后,通过cplex求解模型并对各类优化调度方案进行对比。结果表明,本文所提方案能有效提高系统收益及新能源消纳率,具有有效性和经济性。

太阳能热发电系统多模型加权预测控制研究

针对太阳能热发电过程中广泛存在的随机性和不确定性问题,文中采集实测的数据进行聚类后建立多模型,设计了多模型加权预测控制器.首先,采用模糊聚类算法对实测的太阳能热发电数据进行分类,再用递推最小二乘法建立系统的多模型作为预测模型;其次,取集热器入口温度、太阳辐照强度以及环境温度为扰动信号,以导热熔盐的流速为控制量控制集热器的出口温度,并针对不同的子模型设计预测控制器;第三,按照子控制器的加权策略得到最小的控制增量并对系统进行稳定性分析;最后,进行试验仿真分析,和目前多采用的单模型预测控制结果比较,加权多模型预测控制精度更高,滞后时间更短.