中国电建西北院：塔式光热电站性能模型与数字孪生应用

2022.04.15 来自：新能源工程院

背景及挑战

光热发电是集发电与大规模储能为一体的太阳能发电方式，具有良好的可靠性和调节特性，同时可为系统提供转动惯量，是保障高比例可再生能源电力系统安全稳定运行不可或缺的技术手段之一，发展潜力巨大。

与光伏、风电等新能源发电形式相比，光热发电系统环节更多，在设计和建设阶段面临资源精确评估、吸热塔内管道及储换热区优化等新问题，在运行优化阶段存在大规模定日镜场与后端发电系统的协调、基于多工况的长时序运行优化、运行状态诊断和预测等新需求，面向光热电站全生命周期的技术升级成为了光热发电技术在示范与优化阶段需要面临的新挑战。

西北院成果及应用

针对中电建青海共和50MW塔式光热发电项目设计、施工、运行过程中遇到的多专业协同、多系统优化、智能化升级等需求，中国电建西北院持续开展技术攻关，基于可视化、数字化、智能化、移动互联网等前沿技术，通过理论研究、模型搭建、分析预测、测试优化、应用提升等多手段融合，建设光热电站智慧运维管控系统，解决光热电站优化提升难题，取得了理论与实践的突破：

（1）首次在光热电站中以BIM技术为基础，提出了多专业、多软件、多数据的耦合方法，实现项目设计、建设、运行全生命周期的数字化应用。

（2）基于聚光集热、储换热、汽轮发电系统的机理建模，完成了电站系统部件十分钟级精细化动态仿真，可准确给出系统各环节的运行状态参数，实现了熔盐塔式光热电站整体性能模型的自主化。

（3）创新性地提出了DNI的小时级符号化资源预测技术，利用基于人工智能的多模型技术实现了DNI的超短期和短期预测，有力支撑了复杂工况下的聚光集热系统运行性能提升。

（4）基于现场采集数据和整体性能模型，通过双向实时数据交互和后台大数据分析，突破虚拟和现实工程间的数据壁垒，结合传感器更新、运行历史等数据，首次在光热发电领域构建了“数字孪生”系统，为光热电站复杂系统在不确定条件下的性能提升提供指引，为多能互补系统精细化分析提供支撑。

以上系列成果经中国水力发电工程学会鉴定达到国际领先水平，研究成果已成功应用于中电建青海共和50MW光热发电项目等实际工程中，促成了多个新能源多能互补项目的落地，形成了包含数十项专利、论文和软著在内的自主知识产权成果体系，推广应用前景广阔。

结语

光热技术的发展、新型电力系统的建设、“双碳”目标的实现，都要求能源电力行业不断使用各种新技术、新手段，寻求智能化升级，需要充分应用移动互联网、物联网、云平台、大数据、人工智能等现代前沿信息技术，提升能源系统的智慧化水平，持续推动清洁能源利用的不断发展。

第五届光热发电中东北非大会2022（时间待定，阿联酋迪拜）

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