光伏、光热联合SOC制氢、发电系统设计

第６卷第２期　２０１７年３月　储能科学与技术　、厂ｏ１．６　Ｎ０．２　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｒ．２０ｌ　７　光伏、光热联合ＳＯＣ制氢、发电系统设计　吕泽伟，韩敏芳　（清华大学热能工程系，电力系统国家重点实验室，北京１０００８４）　摘要：为了解决光伏发电和光热发电共同面临的储能困难问题，构建了一种结合光热制汽、光伏发电、固体　氧化物电解池（ＳＯＥＣ）电解水制氢以及固体氧化物燃料电池（ｓ０Ｆｃ）发电互补的可持续发电系统，并进行了　系统参数以及能效优化平衡计算。结果表明，以日光照５　ｈ为基础时，１　Ｍｗ发电量的发电系统由８．４０７Ｍｗ的　光伏系统、加热功率６．７５６　ＭＷ的光热系统、制氢速率０．０６９８　ｋｇ／ｓ的ＳＯＥＣ系统以及ｌ　Ｍｗ的ＳＯＦＣ发电系统　构成。系统全天发电效率可以达到９．４％，考虑到假设条件比较严苛，能够说明系统整体具有可行性。此外，系　统的产出还包括制取的纯氧，可以作为副产品加以存储利用。该系统利用光热系统产生的高温蒸汽进行高温电　解，能够有效降低电能消耗，从而提高储能效率。这种抽取部分过剩电力电解高温蒸汽的储能方式也可以应用　到其它可再生能源发电系统当中，在高效储能的同时起到削峰填谷的作用。　关键词：光伏发电；光热发电；固体氧化物燃料电池；固体氧化物电解池；太阳能制氢　ｄｏｉ：１０，１２０２８／ｊ．ｉｓｓｎ，２０９５—４２３９．２０１６．００６７　中图分类号：ＴＫ　５１９；ＴＫ　９１　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５．４２３９（２０１７）０２．２７５—０５　１一　ＩＬｌｅｓｉ￣ｎ　ｏＩ　ＳＯｌａｒ　Ｃ０２ｅｎｅｒａｔｌ０ｎ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｏｔ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　Ｄ０Ｗｅｒ　●　＾　’　●●　・●’’　’　１　ｗｉｔｈ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｃｅｌｌｓ　ＬＶＺｅｗｅｉ，ＨＡＮＭｉｎｆａｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｆａｃｅｄ　ｂｙ　ｂｏｔｈ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｎｄ　ｓｏｌａｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ．ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｃｅｌｌ（ｓｏｚｃ）ａｎｄ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｅｅｌｌ（ＳＯＦＣ）ａｒｅ　ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃａｌｌｙ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ．Ａ　ｓｉｍｐｌｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ　ｉｎｓｏｌａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ。ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　１　ＭＷ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　８．４０７　ＭＷ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｏｌａｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　６．７５６　Ｍ、　Ｓ０ＥＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　０．０６９８　ｋｇ／ｓ　ａｎｄ　１　ＭＷ　ＳＯＦＣ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　９．４％ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ　ｔｈｅ　ｄａｙ，ｗｈｉｃｈ　ｐａｒｔｌｙ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ．ｏｘｙｇｅｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅ￣ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｅａｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｗｈｉｃｈ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｐａｔｈｗａｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｔｏｃｋｐｉｌｅ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｈａｒｖｅｓｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｌｆｕｃｔｕａｎｔ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｏｕｒｃｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｓｏｌａｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ；ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｃｅｌｌ；ｓｏｌａｒ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　目前太阳能发电技术主要有光伏发电和光热发　电两类。太阳能光伏发电技术曰趋成熟，达到了商　牧稿日期：２０１６．０９　０５；修改稿日期：２０１６．ｉ２—０９。　基金项目：科技北京百名领军人才培养工程（Ｚｌ５１１０００００３１５０３１），电　力系统国家重点实验室（ＳＫＬＤ１６Ｚ１１）。　第一作者：吕泽伟（１９９６～），男，本科生，研究方向为固体氧化物燃　料电池，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｖｚｗ１３＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯联系人：韩敏芳，　业使用所要求的能级，但也存在着电能难以储存，　对电网冲击较大的缺点，使得单一的光伏发电遭遇　发展瓶颈。太阳能光热发电凭借其可储热、可调峰、　可连续发电的优点，逐渐成为可再生能源领域研发　和投资的热点　Ｊ。从长远来看，光伏发电和光热发　电各具优势，未来将相辅相成，共同发展。　教授，主要研究方向为固体氧化物燃料电池、煤气制氢、新材料开发和　固体废弃物综合利用，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｎｍｉｎｆａｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ。　２７６　储能科学与技术　２０１７年第６卷　但是，无论是光伏发电还是光热发电，都面临　着储能困难的问题。光伏发电一般利用蓄电池储能，　但蓄电池寿命较短且成本很高；光热发电一般利用　熔盐储热，但储热相较于储电而言储能时间短且换　光伏阵列　十］　Ｊ热过程损失较大，同时熔盐储热也面临着易冻堵、　价格波动较大等应用障碍。　一　氢储能方式能量密度高、运行维护成本低、可　长时间存储且可实现过程无污染，是少有的能够大　量储存、且可同时适用于极短或极长时间供电的能　量储备技术方式，被认为是极具潜力的新型大规模　储能技术Ｌ２Ｊ。此外，随着燃料电池以及电解池技术　的发展和应用，氢能和电力的相互转换逐渐受到人　图１光伏、光热联合制氢、发电系统示意图　Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ—ｐｏｗｅｒ　ｅｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　们的关注。氢能代表了与电力系统相结合的新途径，　它们可以共同组成一个具有两种主要能源载体的未　来能量系统　Ｊ。　（ＳＯＥＣ）电解水制氢的系统效率可达到５０％以上，　系统在日间由光伏发电系统发电，多余的电能　用于ＳＯＥＣ系统电解制氢，在夜间则由ＳＯＦＣ发电　系统、光伏系统、ＳＯＥＣ系统和ＳＯＦＣ系统的规模　在现有的制氢方法中，固体氧化物电解池　系统发电。为了维持输出功率的稳定，需要对光热　是目前已知的效率最高的制氢系统【ｑＪ。ＳＯＥＣ电解　进行优化组合，使之相互匹配，日问ＳＯＥＣ系统制　ｕ卜＾＝ｖ　黑蒜酶旺瑚　鲫　湖　伽　姗　瑚水制氢实际上是固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）的逆　取的氢气需要能够满足夜间ＳＯＦＣ系统发电的需　　过程，水蒸气在阴极分解为氢气和氧离子，氧离子　求，保证整体系统全天候持续运行。透过电解质在阳极生成氧气。ＳＯＥＣ需要在几百摄　氏度的高温下工作，而光热发电过程中产生高温水　２　系统各单元热力学计算　　日照条件的设定　蒸气，能够降低电解过程中的电能消耗，提高系统　２．１假定系统发电功率为１　Ｍｗ，ＳＯＦＣ和ＳＯＥＣ　效率。　Ｋ。　本文提出并构建了一种结合光热制汽、光伏发　系统的工作温度均为１０００　为了便于计算，对真实的日照条件进行简化　Ｊ，　电、ＳＯＥＣ电解水制氢以及ＳＯＦＣ发电的互补方案，　并进行了能效优化和平衡计算。　假定太阳辐射集中在１０时到１５时之间，并且辐射　强度稳定（可取为平均值），其它时间辐射强度为０，　如图２所示。　，　…．．’　．　１　系统总体方案与组成　光伏、光热联合制氢、发电系统主要由光热制　汽单元、光伏发电单元、固体氧化物电解池（ＳＯＥＣ）　电解制氢单元、固体氧化物电池（ＳＯＦＣ）发电单元、　储氢单元等组成，如图１所示。　由于太阳辐射能具有很强的周期性和不稳定　’・・、　、　化辐射曲线　．　性，每天的辐射能主要集中在中午的几个小时，并　且在夜间没有光照，光伏和光热系统无法工作。因　此，系统在日间或阳光充足时，主要由光伏系统发　电，在保证输出稳定的前提下抽取一部分电用于　ＳＯＥＣ电解水制氢，制氢需要的高温水蒸气由光热　系统提供。在阳光不足和夜间时段，光伏系统无法　满足稳定输出的要求，系统主要由ＳＯＦＣ系统发电。　．．／　Ｊ０　ｌ，　２Ｕ　Ｕ　５　时间／１１　图２日照条件的设定　Ｉ　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｉｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｓｏｌａｒ　ｉｎｓｏｌａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　系统的光伏发电端在１０时到ｌ５时之间稳定工　此外，制取氢气时产生的纯氧可作为附属产品做其　作５　ｈ，其余１９　ｈ则由ＳＯＦＣ发电端供电，由此分　它用途。　别计算需要匹配的光热系统、光伏系统、ＳＯＥＣ电　第２期　吕泽伟等：光伏、光热联合ＳＯＣ制氢、发电系统设计　２７７　７】ｏ　解系统的规模以及系统效率。计算中需要用到的热　９Ｏ％以上［计算中取水蒸气利用率为５０％，电解效率为　力学数据，包括１０００　Ｋ、标准大气压下氢气、氧　气和水蒸气的总焓、熵以及吉布斯生成焓列于表１　９０％，查取相关物性参数，则ＳＯＥＣ系统消耗水蒸　中【６】ｏ　气速率、耗电功率、制氢速率及制氧速率等参数的　　表１计算中使用的热力学数据（１０００　Ｋ，标准大气压条件）［６］　计算结果见表３。Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ（１０００Ｋ．ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）阍　２．２　ＳＯＦＣ发电单元　考虑到未反应的氢气可分离回收，假定燃料利　用率为９５％。　由于热力学第二定律的，ＳＯＦＣ系统的理　论发电效率为　：　×１００％　　’△日　式中，ＡＧ为燃料电池反应的吉布斯自由能变，　为燃料电池反应的焓变。　１０００　Ｋ条件下ＳＯＦＣ系统的理论发电效率可达　７７％，实际中由于存在活化极化、浓差极化和欧姆　极化等各种损失，计算中取发电效率为６０％，则　ＳＯＦＣ系统一天内消耗氢气的速率及总量等参数的　计算结果见表２。　表２　ＳＯＦＣ系统参数　Ｔａｂｌｅ　２　Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ＳＯＦＣ　ｓｙｓｔｅｍ　２．３　ＳＯＥＣ制氢单元及储氢单元　ＳＯＥＣ的工作过程实际上是ＳＯＦＣ的逆过程，　电解水制氢所需的总能量来源由电能和热能构成，　即　ＡＨ：ＡＧ＋ＴＡＳ　（１）　式中，　、ＡＧ、ＡＳ分别为燃料电池反应的　焓变、吉布斯自由能变和熵变。　ＳＯＥＣ电解池的工作温度较高，电解所需电能　ＡＧ随着温度的升高而降低，温度由１００　ｏＣ升至　１０００℃时，电能ＡＧ占电解过程所需的总能量　比重由９３％降至约７０％，从而提高了系统总制氢效　率。另外，高温条件下电解，使电解池的极化、传　质等能量损失显著降低，可使ＳＯＥＣ电解效率高达　表３　ＳＯＥＣ系统参数　Ｔａｂｌｅ　３　Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ＳＯＥＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ＳＯＥＣ系统产生的氢气输运到储氢单元进行存　储，从目前的发展现状和技术条件来看，高压储氢、　液化储氢及金属氢化物储氢３种方式更适用于商用　要求【趴。　高压储氢通过高压压缩的方式存储气态氢，其　优点是技术比较成熟、成本比较低，但是储氢体积　密度和重量密度都很低，而且安全性不好。液化储　氢是将纯氢冷却到２０　Ｋ使之液化，然后装到“低温　储罐”储存，其优点是吸放氢性能好，但氢气液化　成本很高，并且有泄漏的危险。金属氢化物储氢通　过氢气与某些金属反应后形成金属氢化物来储氢，　金属氢化物在被加热后可释放出氢。相比于高压储　氢和液化储氢，金属氢化物储氢的重量密度和体积　密度很大，并且安全性能好，成本较低，是一种比　较理想的储氢方式　Ｊ。　２．４光伏发电单元及光热制汽单元　光伏发电单元将太阳辐射能直接转换为电能，　其光电效率为　㈥　式中，　为产生的电能，Ｑ。为光伏系统接受的　太阳辐射能。单晶硅电池的实验室最高转换效率可　达２４．７％，商业化电池效率一般为１６％￣２０％。多　晶硅太阳能电池的实验室最高效率也超过了２０％，　商业化电池效率一般为１５％～１８％ｉⅢＪ。　光热制汽单元将水加热为高温蒸汽，其光热效　率为　㈩　式中，Ｑ为水被加热吸收的热量，Ｑ　为光热系　统所接受的太阳辐射能。光热效率与集热的形式有　关，槽式集热管常用的镀银玻璃聚光镜的集热效率　为８０％左右，铝反射板可达８５％。塔式技术的聚光　２７８　储能科学与技术　２０１７年第６卷　７４　ｋｇ。　效率低，但是热损失较小，集热效率高，南京７０　ｋＷ　为１２５５．塔式实验电站的实测聚光集热效率为７６．３％　。　（Ｉ）ＳＯＦＣ系统需要的氢气由ＳＯＥＣ系统在曰　计算中取光热单元的光热效率为７５％，光伏单　间５　ｈ（当天ｌ０时到１５时）内制取，由２．３中的计　元的光电效率为２０％，集热器将２９８　Ｋ的液态水加　算结果，制氢速率为０．０６９８　ｋｇ／ｓ。　热成１０００　Ｋ的高温蒸汽并提供电解过程消耗的热　（２）ＳＯＥＣ系统制氢所需的电能由光伏系统提　晶　：　＇ｘＡＧ　能。查取相关物性参数，则光伏系统、光热系统的　供，制氢消耗的电功率为　规模及工作５　ｈ内接受太阳辐射量等参数的计算结　（果见表４。　表４光伏及光热系统参数　Ｔａｂｌｅ　４　Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　２．５系统效率　系统效率即系统产出与投入之比。投入系统的　能量即光伏系统、光热系统接受的太阳辐射能，系　统的产出包括发出的电能、制取的氢气及氧气。若　制取的氢气全部用于发电，则系统发电效率可按照　式（５）计算　仉　式中，　为全天发电量，　光伏为光伏系统全　天接受的太阳辐射能，　光热为光热系统全天接受的　太阳辐射能。计算结果见表５。　表５系统效率参数　Ｔａｂｌｅ　５　Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　在计算系统的综合效率时，需要考虑到系统的　产出还包括制取的纯氧，可以作为副产品加以存储　利用。　３　系统能效平衡和优化　３．１能效平衡　以全天稳定输出１　ＭＷ电力为目标，首先选定　ＳＯＦＣ发电单元持续１９　ｈ（当天１５时到第二天１Ｏ　时）输出功率１　ＭＷ，确定需要的Ｈ２储备量为　ＱＨ２　ＶＨ２×／ＳＯＦＣ　（６）　式中，　，为ＳＯＦＣ系统的耗氢速率，ｆｓｏ　ｃ为　ＳＯＦＣ系统的工作时间。由２．２中的计算结果，ＱＨ　ｚ　７）　式中，　，为制氢速率，ＡＧ为电解反应中的吉　布斯自由能变，　为电解效率。　由２－３中的计算结果，　，为７．４０７　Ｍｗ。光伏　系统还需要提供日间５小时１　ＭＷ的电力输出，因　此需要光伏系统的规模为８，４０７　Ｍｗ。　（３）ＳＯＥＣ系统电解制氢所需的高温蒸汽及热　能由光热系统提供，由２－３中的计算结果，若取蒸　汽利用率为５０％，则制氢消耗高温蒸汽的速率为　１．２４６９　ｋｇ／ｓ。光热系统的加热功率为　ｗ　ｖＨ　ｏ　。　（１０００Ｋ）一ｈ　Ｈｏ，０ｆｌ）（２９８Ｋ）ｌ＋Ｖ　：×ＴＡＳ（８）　式中，ｖＨ：ｏ为消耗高温蒸汽的速率，　：，。（　（１０００　Ｋ）为１０００　Ｋ高温蒸汽的焓值，ｈ　ｏ，。ｍ（２９８　Ｋ）为常温　液态水的焓值，　，×ＴＡＳ为电解过程的热能消耗。　计算可得到光热系统的加热功率　为６．７５６　Ｍｗ。　（４）１　ＭＷ发电规模的整体系统由８，４０７ＭＷ的　光伏系统、加热功率６．７５６　ＭＷ的光热系统、制氢速　率０．０６９８　ｋｇ／ｓ的ＳＯＥＣ系统、储氢量１２５５．７４ｋｇ的储　氢系统以及１　Ｍｗ的ＳＯＦＣ系统构成，如表６所示。　由２．５中的计算结果，系统全天发电效率为９．４％。　表６　１ＭＷ整体系统参数表　Ｔａｂｌｅ　６　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　１　ＭＷ　ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　３．２可行性分析　（１）系统全天发电效率能达到９．４％，考虑到光　伏系统、光热系统、ＳＯＥＣ系统目间工作５　ｈ的条　件比较保守，日间ＳＯＥＣ系统５　ｈ的制氢量需要满　足其余１９　ｈ　ＳＯＦＣ系统发电的需求，而实际中ＳＯＥＣ　系统每天工作的时问会大于５　ｈ，因此计算结果中光　伏系统、光热系统和ＳＯＥＣ系统的规模都会偏大，　而系统发电效率则会偏低。　第２期　吕泽伟等：光伏、光热联合ＳＯＣ制氢、发电系统设计　２７９　（２）实际工作时可以对系统的发电量及制氢量　进行。若日间用电负荷较大，光伏系统无法满　足，则可以利用ＳＯＦＣ系统发电进行补充。若日间　光伏系统发电能够满足用电需求，在储氢设备允许　ＹＵＡＮ　Ｗｅｉｄｏｎｇ．Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ－ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｈｉｎａ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ＆Ｅｎｅｒｇｙ，２０１５．　３６（４）：４８７－４９０．　［２］荆平，徐桂芝，赵波，等．面向全球能源互联网的大容量储能技　术［Ｊ］ｌ智能电网，２０１５，３（６）：４８６—４９２．　ＪＩＮＧ　Ｐｉｎｇ，ＸＵ　Ｇｕｉｚｈｉ，ＺＨＡＯ，Ｂｏ，ｅｔ　ａ１．Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　的前提下，阳光充足时多制氢，阳光不足时少制氢。　发电量及制氢量也需要根据天气情况进行调整，若　预计会出现连续的阴雨天气，则需要减少光伏系统　电力输出以增加制氢量，因此储氢系统的容量需要　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｇｌｏｂａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｉｎｔｅｒｎｅｔ［Ｊ］．Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ，２０１５，３（６）：　４８６　４９２．　［３］霍现旭，王靖，蒋菱，等．氢储能系统关键技术及应用综述［Ｊ］．储　有较大的波动。　（３）系统的最大发电功率为光伏系统规模与　ＳＯＦＣ系统规模之和，１　Ｍｗ系统的最大发电功率　即为８．４０７　Ｍｗ，但此时ＳＯＥＣ系统不再制取氢气，　系统在最大功率下连续工作的时间由储氢系统的容　量决定。当没有用电需求时系统也可以完全作为制　氢站，生产氢气和纯氧作为化工产品。　（４）将光伏系统和光热系统联合进行建造，可　以提高土地利用率，有效降低成本。光伏电站和光　热电站的建设需要占用大量土地，随着发电规模的　扩大，土地问题和用地矛盾日益突出，而光伏与光　热系统的联合建设提供了一种有效的解决办法。　４　结　论　本工作提出并构建了一种结合光热制汽、光伏　发电、ＳＯＥＣ电解水制氢以及ＳＯＦＣ发电的互补方　案，系统在日间或阳光充足时由光伏发电系统发电，　同时抽取一部分电力电解光热系统产生的高温水蒸　汽制取氢气，夜间或阳光不足时则由ＳＯＦＣ系统利　用存储的氢气发电，以保证全天输出电力的稳定性。　系统充分利用光伏发电成本低、光热转换效率　高并产生高温蒸汽易与ＳＯＥＣ系统配合的优势，在　日间由光伏系统发电并由ＳＯＥＣ系统电解水制氢储　能，夜间则由ＳＯＦＣ系统发电，储能和发电效率较　高。此外，系统的光伏发电端可与风电、核电等多　种能源相结合，起到削峰填谷的作用。　关于此类互补发电系统的研究文献还比较少，　此处只是做一个方案设计和能效平衡探讨。在今后　的研究中，将陆续开展模型模拟计算、经济成本分　析，并建立示范工程予以验证，相关结果将陆续　发布。　参考文献　［１］袁炜东．国内外太阳能光热发电发展现状及前景［Ｊ］．电力与能源　２０１５，３６（４）：４８７—４９０．　能科学与技术，２０１６，５（２）：１９７・２０３．　ＨＵＯ　Ｘｉｎａｘｕ，ＷＡＮＧ　Ｊｉｎｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｌｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，５（２）：１９７—２０３．　［４］徐晔，陈晓宁．风氢互补发电系统构建初探［Ｊ］．中国工程科学，　２０１０，１２（１１）：８３＿８８．　ＸＵ　Ｙｅ，ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏｎｉｎｇ．Ａ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１０，１２（１１）：８３－８８．　［５］卢奇，周建伟．全国主要城市晴天逐时太阳辐射强度与太阳能集　热器最佳倾斜角度的模拟计算［Ｊ］．建筑科学，２０１２，２８（增刊２）：　２２—２６．　［６］特纳斯．燃烧学导论：概念与应用［Ｍ］姚强，李水清，王宇译．　第３版．北京：清华大学出版社，２０１５：５６０—５７７．　ＴＵＲＮＳ　Ｓ　Ｒ．Ａｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ：Ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．ＹＡＯ　Ｑｉｎａｇ，ＬＩ　Ｓｈｎｉｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｕ，ｔｒａｎｓ．３ｎｄ　Ｅｄ．　Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，２０１５：５６０－５７７．　［７］张，于波，陈靖，等．高温固体氧化物电解水制氢技术［Ｊ］．化　学进展，２００８，２０（５）：７７８—７８７．　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎｑｉａｎｇ，ＹＵ　Ｂｏ，ＣＨＥＮ　Ｊｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ａｔ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００８，２０（５）：７７８－７８７．　［８］ＥＢＥＲＬＥ　Ｕ，ＦＥＬＤＥＲＨＯＦＦ　Ｍ，ＳＣＨＵＥＴＨ　Ｆ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｈｅｄｒｏｇｅｎ　ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ　Ｃｈｅｍｉｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００９，４８（３６）：６６０８—６６３０．　［９］徐丽，马光，盛鹏，等．储氢技术综述及在氢储能中的应用展望　［Ｊ］．智能电网，２０１６，４（２）：１６６—１７１．　ＸＵ　Ｌｉ，ＭＡ　Ｇｕａｎｇ，ＳＨＥＮＧ　Ｐｅｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｉｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ—ｂａｓｅｄ　ｅｎｅｒｙｇ　ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１６，４（２）：　ｌ６６　１７１　［１０］　吕贝，邱河梅，张宇．太阳能光伏发电产业现状及发展［Ｊ］．华电　技术，２０１０，３２（１）：７３－７６．　ＬＶ　Ｂｅｉ，ＱＩＵ　Ｈｅｍｅｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ　Ｓｉｕｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｈｕａｄｉａｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２０１０，３２（１）：７３－７６．　［１１】陈愚，易经纬，刘清辉．聚光热发电技术的分析和简评［Ｊ］．能源　与环境，２０１　１（３）：２０—３７．　ＣＨＥＮ　Ｙｕ，ＹＩ　Ｊｉｎｇｗｅｉ，ＬＩＵ　Ｑｉｎｇｈｕｉ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，　２０１　１（３）：２０—３７