聚光太陽能熱發電裝置（CSP）可以在沒有任何污染物排放的情況下發電，這是最具吸引力的化石燃料替代品之一。然而，CSP裝置的主要缺點是投資成本高，為了提高經濟可行性，有必要適當地設計CSP裝置，使其在經濟收益上達到最優。在本文的研究中，首先建立了太陽能場和TES裝置的數學模型，然后在考慮系統實際運行的約束條件、太陽能輻射和風能不確定性的基礎上，構建光場SF和儲能TES最優協同分配模型，最終通過算例驗證了所提模型的有效性。

為實現可持續發展，許多國家在減少二氧化碳排放、提高能源綜合利用效率方面做出了顯著努力。在此背景下，綜合能源系統應運而生。為了緩解能源短缺和全球變暖的問題，可再生能源發電被廣泛用于為消費者提供能源。太陽能是化石燃料最具吸引力的替代品之一，是最大的可再生能源。為了便于能量傳輸和利用，有必要將太陽能轉換為電能。近年來，CSP裝置引起了研究人員的關注。儲能裝置TES可以顯著提高CSP裝置的能源價值，輔助服務價值和產能價值。CSP裝置與風電場相結合，可減少基于自適應穩健優化的聯合功率輸出的總體不確定性。然而在當前的研究中，CSP裝置中的光場容量SF和TES的部署分配尚未得到深入的研究。相關文獻僅考慮單個CSP設備的生產，忽略了對整個電力系統的影響。由于風力發電的可變性和不確定性，安裝風能的增加導致火電裝置面臨重大的運營挑戰，需要頻繁的循環，包括斜坡和啟動/停機。CSP設備的靈活性具有很大的潛在優勢，可以減少傳統設備的啟動/關閉，并減少風電的削減，特別是在以煤為主的電力系統中。因此，應考慮CSP裝置的能量流量和對整個電力系統的影響來管理SF和TES的使用。在本文中，基于風電集成模型，為電力系統中的CSP電站構建光場SF和儲能TES最優協同分配模型，以處理投資成本和收益之間的權衡。為電網的綠色經濟運行提供理論基礎和技術儲備。

1光熱電站CSP的數學模型

1.1CSP的數學模型

在CSP裝置中，SF，TES和PB子系統與熱能流相結合。CSP設備的詳細數學模型由以下等式描述：

CSP裝置的輸入，輸出和存儲之間的熱功率平衡如等式（1）所示。SF的總熱功率應等于PB的熱功率加上TES的凈充電熱功率。

每單位面積的太陽能被定義為直接法向輻射（DNI）。相應地，SF上的總太陽能是DNI值和鏡像區域的乘積。如（2）中所述，SF的熱功率輸出受到太陽能的限制。另一方面，SF子系統的大小通常由太陽能倍數（SM）測量。如（3）中所定義的，1.0SM表示具有設計的DNI值的SF子系統能夠提供精確的熱功率以驅動以其額定容量運行的PB子系統。約束（4）陳述了縮減太陽能的上限和下限。

1.2 TES的數學模型 

國內目前常用的儲熱裝置是短期存儲熱量的大型蓄熱罐，利用熔鹽作為存儲介質，依據不同溫度的熔鹽密度有差異進行蓄熱。對于儲熱裝置的運行成本，主要考慮其散熱損失，為此，對于儲熱裝置的儲熱量變換可以得到以下表達式：

2 優化模型

大型SF對電力系統的好處是提供更多的太陽能，大規模TES的好處是提高了降低太陽能和風能削減的靈活性。然而，較大規模的SF和TES意味著更高的投資。因此需要在利益和投資之間進行權衡。本文考慮風電消耗的綜合能源系統優化調度通常以系統煤耗總成本最低為調度目標。為了檢驗儲能設備對棄風吸收量的影響，將棄風成本加到成本上，則最優調度模型的目標函數可表示為：

3 案例研究

3.1 測試算例的基礎數據

為驗證本文模型的有效性以及能量存儲設備對消納棄風的影響，本算例基于IEEE30節點模型，根據當前我國“三北”電網實際電源結構比例，取某一地區電網的裝機結構如表1所示。通過仿真分析加入儲能裝置前后系統消納棄風能力以及運行成本的變化，驗證已建立的優化調度模型具有拓展電網棄風消納空間、節約調度成本的效果。

該算例中，包含2臺CSP機組，1號機組，對區域1進行供能，并且建有一個儲熱容量為120MW·h的蓄熱罐，最大蓄熱功率為50MW；2號機組屬于熱電廠B，對區域2進行供能，并且建有一個儲熱容量為60MW·h的蓄熱罐；3-6號機組為火電機組。為考慮風電消納，系統中還有1個風電場。 

3.2仿真結果分析

從實驗結果來看，燃料成本隨著TES容量的增加而降低。TES使CSP裝置可以在夜間發電，這在峰值負荷調節中起著重要作用。因此，燃煤機組可以在基本負荷下工作，這將大大減小昂貴的啟動成本。隨著TES容量的增加，可再生能源削減正在減少。足夠的太陽能可以存儲在TES中以避免被縮減，并且儲存的能量能夠在夜間使用以減少化石燃料的消耗。TES對太陽能的利用具有重大影響。為了提高CSP裝置的成本效益，SF規模和TES容量應該很好地匹配。不同設置下的每小時功率輸出見圖1和圖2。在無儲能情況下，風電與常規火電及熱電聯產機組的輸出曲線如圖1所示，系統將會出現棄風現象。廢棄的風能為395MWh。CSP機組安裝蓄熱裝置后，風電出力與常規熱電聯產機組曲線如圖2所示，棄風功率降至113MWh。從圖中可以看到，當風太大，輸出功率的電力負荷會減少棄風，此時，CSP單位使用加熱蓄熱裝置，可減少單位產出(包括輸出電能和熱能輸出)，從而增加風力發電消耗的空間。當風電出力小、負荷大時，CSP機組增加出力，除滿足熱負荷需求外，余熱可儲存在蓄熱罐中。即蓄熱裝置有棄風時釋放熱量，無棄風時儲存熱量。

   結論：綜合能源系統是一個復雜和多樣化的系統，可實現多種能源的綜合利用。CSP裝置可以將太陽能轉化為不產生任何污染物排放的電能。同時，具有TES子系統的CSP裝置可以存儲熱能。然而，CSP裝置的主要缺點是投資成本高。為了提高經濟可行性，有必要設計適當SF規模和TES容量的CSP設備，使其在經濟收益上達到最優。在本文的研究中，首先建立了太陽能場和TES裝置的數學模型，然后在考慮系統實際運行的約束條件、太陽能輻射和風能不確定性的基礎上，構建光場SF和儲能TES最優協同分配模型，最終通過算例驗證了所提模型的有效性。

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