聚光型太陽能熱發(fā)電(concentrating solar power，CSP)俗稱光熱發(fā)電，被認為是最具發(fā)展前景的可再生能源利用技術(shù)之一。其在不增加系統(tǒng)不確定性的前提下，利用蓄熱系統(tǒng)(thermal energy storage，TES)使太陽能成為可調(diào)度資源。同時，光熱電站具有靈活的調(diào)節(jié)特性，將其與風(fēng)電相結(jié)合，可以降低系統(tǒng)出力的不確定性并提高可再生能源的消納能力。此外，隨著電力市場的逐漸開放，可再生能源參與市場競價也是其日益發(fā)展趨勢。

因此，在我國西北地區(qū)，特別是風(fēng)電資源與太陽輻照豐富的地方，將光熱與風(fēng)電相結(jié)合的方式將具有良好的應(yīng)用前景。

針對光熱電站優(yōu)化運行模型及如何利用其靈活性與風(fēng)電場聯(lián)合參與電力市場等問題，本文提出光熱電站與風(fēng)電場聯(lián)合優(yōu)化運行及競價策略。首先，對光熱電站各組成部分進行較為詳細的建模。之后，考慮風(fēng)電場參與日前能量市場，光熱電站在參與輔助服務(wù)市場的同時為風(fēng)電場提供平抑出力波動的備用容量。計及可再生能源出力和市場價格不確定性的影響，構(gòu)建聯(lián)合競價模型。最后，通過算例對模型的有效性進行驗證，并分析說明聯(lián)合競價策略相較于單獨競價策略的優(yōu)勢。

1)聚光型太陽能電站運行模型

CSP電站由光場(solar field，SF)、蓄熱系統(tǒng)和功率轉(zhuǎn)換模塊(power block，PB)組成，不同模塊之間由傳熱流體傳遞能量。SF將太陽直接輻射轉(zhuǎn)化為熱能，并將獲得的熱能一部分傳遞至PB轉(zhuǎn)化為電輸出功率，另一部分存儲于TES中。研究CSP電站的前提是建立較為合適的模型，因此，本文首先根據(jù)CSP電站各組成部分構(gòu)建了較為詳細的運行模型。

圖1：聚光型太陽能電站示意圖

2)聚光型太陽能電站與風(fēng)電場聯(lián)合競價策略

風(fēng)電受氣壓、地形和高度等多種自然因素的影響，其出力具有隨機性、波動性和間歇性。本文通過光熱電站來為風(fēng)電場提供平抑出力波動的備用容量，通過調(diào)整CSP電站的出力狀態(tài)，來減小風(fēng)電場競標出力和實際出力之間的偏差。此外，光熱電站作為價格接受者，根據(jù)其光照資源以及輔助市場價格在不同服務(wù)不同時段中優(yōu)化其出力，以獲得更高的利潤。

3)聯(lián)合系統(tǒng)優(yōu)化運行及競價模型

在聯(lián)合系統(tǒng)參與電力市場競價時需要同時考慮市場價格及可再生能源的不確定性。由于這兩種不確定性對于聯(lián)合系統(tǒng)的投標決策來說具有不同的意義，因此本文分別采用場景法和機會約束規(guī)劃來進行描述，并采用解析法將不確定的概率約束轉(zhuǎn)化為確定性的等價形式。以聯(lián)合系統(tǒng)收益最大為目標，建立聯(lián)合競價模型。

4)算例分析

為驗證本文所提模型的有效性，將聯(lián)合競價模式與單獨競價模式進行對比。算例分析可得，光熱電站與風(fēng)電場聯(lián)合參與競價在資源利用方面更具優(yōu)勢，在一定程度上能緩解棄光限電的現(xiàn)象。此外，由于光熱電站能為風(fēng)電場提供備用容量用于平抑出力波動，因此在經(jīng)濟性上也更具有優(yōu)勢。

表1：聯(lián)合競價與單獨競價的經(jīng)濟性對比

可再生能源參與電力市場競價是其日益的發(fā)展趨勢。但可再生能源出力具有不確定性，很大程度上阻礙了其在電力市場中的應(yīng)用。聚光型太陽能熱發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展為解決此問題提供了新的思路。本文提出了將CSP電站與風(fēng)電場聯(lián)合參與電力市場競價的想法。利用CSP電站來平抑風(fēng)電場的出力波動，構(gòu)建了聚光型太陽能電站與風(fēng)電場聯(lián)合優(yōu)化運行及競價模型。通過算例驗證說明了所提模型和方法的可行性與有效性，得出以下結(jié)論：

1)所建立的CSP電站運行模型能較好的反映出其內(nèi)部的能量流動過程及運行狀態(tài)，該模型對聚光型太陽能電站后續(xù)的研究和發(fā)展具有一定的借鑒意義。

2)將CSP電站與風(fēng)電場聯(lián)合運行，通過CSP電站來為風(fēng)電場提供平抑出力波動的備用容量，能夠協(xié)調(diào)太陽能和風(fēng)能兩種可再生能源，減少發(fā)電的不確定性。

3)所構(gòu)建的聚光型太陽能電站與風(fēng)電場聯(lián)合優(yōu)化運行及競價模型，將可再生能源與電力市場結(jié)合起來，達到了促進可再生能源的消納和提升系統(tǒng)經(jīng)濟性的目的。