330 MW光煤互补发电系统变辐照变工况性能研究

光煤互补的一种方式是利用太阳热能替代燃煤机组的回热抽汽来加热锅炉给水,能够辅助燃煤机组增大出功或降低燃料使用量、减少温室气体排放。文中以典型330 MW光煤互补系统为例探究了系统在不同汽轮机负荷下变辐照条件的热力性能,以75%汽轮机负荷为互补系统设计点,重点研究了影响互补系统性能的3个主要因素(辐照强度、入射角及汽轮机运行负荷)对系统中关键运行参数及太阳能净发电效率、汽轮机热耗率的影响规律。结果表明,不同辐照强度下太阳能净发电效率存在最大值,75%汽轮机负荷运行,辐照强度区间为200~700 W/m2时,太阳能净发电效率均高于17%;并且互补系统热耗率随着汽轮机负荷的增加而明显下降,汽轮机负荷从50%增加到75%时,互补系统的热耗率降低约4个百分点。     

复合抛物面聚光器–光伏/光热与燃煤发电机组联合供能系统性能分析

设计出独立双层流道式和回路双层流道式结构的水冷式复合抛物面聚光器?光伏/光热(CPC-PV/T)电热联用装置,分析比较2种装置的特征,CPC-PV/T集热单元之间采用蛇形对冲式连接方式;提出将多个CPC-PV/T电热联用装置并联连接组成的CPC-PV/T预热系统辅助加热燃煤机组凝结水,以及作为扩容蒸发式太阳能蒸汽发生系统(VEESG)辅助燃煤机组联合热发电的预热段2种集成方式,针对2种集成方式研究其集成机制。结果表明,联合发电系统机组热经济性随CPC-PV/T进水流量的增加成线性递增趋势;其出水温度可达90℃以上,在一定进水流量范围内,CPC-PV/T热效率随进水流量的增加而降低,随辐射强度的增强而提高;CPC-PV/T电效率随进水流量的增加呈波形递增趋势,其平均电效率、热效率分别在13.4%、42%左右。与独立的光伏或光热系统相比,CPC-PV/T占地面积小、太阳能利用率高。     

煤炭与太阳能互补发电系统变工况热力性能研究

光煤互补发电技术利用太阳能聚光集热器聚集太阳热能用于加热锅炉给水,从而替代燃煤电站的回热抽汽。该技术能够增加燃煤电站发电量或者降低燃料使用量,并能在一定程度上减少温室气体排放。由于全年太阳辐照强度、太阳入射角等气象条件变化剧烈,而且燃煤机组的汽机负荷受到用户侧用电需求的影响,因此光煤互补发电系统总处于偏离设计工况的变辐照变工况运行状态。目前对于光煤互补发电系统的研究主要集中在设计工况,变辐照变工况热力性能的研究刚刚起步。该文以典型330 MW光煤互补示范电站为研究对象,研究聚光集热岛与动力岛之间的相互作用,揭示聚光集热岛与动力岛协同变化对光煤互补发电系统热力性能的作用。结果表明,互补系统的太阳能净发电效率随着太阳辐照强度、汽轮机运行负荷的变化存在最优值,当太阳辐照强度在300~650W/m~2,汽轮机运行负荷为75%时,互补系统的太阳能净发电效率最优。对于不同规模机组,太阳能净发电效率主要受抽汽品位的影响。     

光煤互补发电系统热力学性能分析

建立了纯燃煤发电系统和光煤互补发电系统的物理模型,从系统的能量平衡和平衡方程出发,推导了光煤互补发电系统太阳能净发电效率的解析式,并对该系统的热力学性能进行了分析,研究了集热温度、聚光比、太阳辐照强度对互补系统太阳能净发电效率的影响。结果表明:太阳能聚光集热替代的抽汽级越高,互补发电系统的太阳能净发电效率越高;当太阳能聚光集热替代同一级抽汽时,集热温度越高,互补系统的太阳能净发电效率越低;对于给定的聚光集热温度和太阳辐照强度,互补系统的太阳能净发电效率随着聚光比的增大而升高;对于给定的集热温度和聚光比,互补系统的太阳能净发电效率随着太阳辐照强度的增加而升高。本文的研究结果可为光煤互补发电系统的优化设计提供理论参考。     

太阳能辅助燃煤发电技术经济分析

太阳能与燃煤互补发电方式是近年来大规模太阳能热利用的发展方向之一。以槽式太阳能集热系统辅助某330MW燃煤机组替代高加回热抽汽加热给水的互补发电系统为例,对功率不变型互补发电系统的设计点热力性能及年热力性能进行了分析。结果表明,太阳能辅助发电系统的年光电转换效率可达到20.41%,高于单纯槽式太阳能热发电方式。在此基础上,以内部收益率(internal rate of return,IRR)作为评价指标,运用技术经济的基本原理对太阳能辅助燃煤机组互补发电系统的经济性能及其主要影响因素进行了定量的分析评价,得到了太阳能上网电价、集热器造价、燃料成本等关键因素对内部收益率的影响。     

太阳能辅助燃煤电站一体化发电技术研究

在分析太阳能低品位热利用技术和常规燃煤发电技术优点的基础上,将槽式太阳能热发电技术应用于常规燃煤电厂,寻求太阳能大规模利用的新途径。对太阳能与燃煤电站一体化发电进行可行性探讨和研究,以某典型300 MW机组为例,利用并联电算法对太阳能与燃煤机组复合系统的热经济性指标进行计算分析,得到了太阳能热利用系统与火电机组的最佳耦合方案。     

塔式太阳能辅助1000MW燃煤发电机组锅炉的热力性能分析

以某1000MW超临界机组为参考,提出一种塔式太阳能辅助燃煤发电的系统,从锅炉屏式过热器后抽出一部分高温蒸汽送入塔式太阳集热器吸热,为平衡抽汽后受热面能量匹配,锅炉加设烟气再循环系统,保证受热面的安全运行。利用电站仿真软件Ebsilon professional进行热力性能模拟,模拟结果表明烟气再循环系统投入运行后能保障该互补发电系统锅炉侧安全,在变工况运行下锅炉效率并未有大幅下降;该太阳能辅助燃煤发电系统最大能有效降低了发电煤耗约7.2g/(k W?h)。     

塔式太阳能辅助燃煤发电系统设计与运行特性仿真研究

针对某350MW国产亚临界燃煤机组,设计了塔式太阳能辅助燃煤发电系统。塔式太阳能光热系统(太阳能锅炉)自高压加热器出口引出5%左右的给水将其加热至与燃煤锅炉相同的出口蒸汽参数后,与燃煤锅炉产生的蒸汽一同送入汽轮机做功。采用模块化建模方法,构建塔式太阳能辅助燃煤发电系统实时动态仿真模型,根据某地春分日的太阳能数据,模拟了该系统从第1天太阳能锅炉冷态启动开始的全天运行工况,以及太阳能锅炉在停炉后经过1夜的自然冷却在第2天早晨开始的热态启动工况。结果表明,在太阳能锅炉的启动初期会对燃煤机组的运行产生扰动,但在燃煤机组控制系统的自动调节下可以保证机组的稳定运行。为了保证太阳能辅助燃煤发电系统出口蒸汽参数与燃煤锅炉出口蒸汽参数匹配,太阳能的蒸汽流量随太阳能辐射强度变化,在正午达到最大值。太阳能锅炉热态启动时间与冷态启动相比大幅缩短,若能保证该系统连续运行,可为燃煤机组带来显著的经济效益。但由太阳能的间歇性决定的太阳能锅炉的频繁启停,会加剧太阳能锅炉金属材料的低周疲劳寿命损耗。     

太阳能辅助燃煤机组发电系统集热温度优化

为研究集热器工作温度对太阳能辅助燃煤机组发电系统中太阳能发电效率、成本的影响,从热力学第二定律出发,对用于太阳能辅助燃煤机组回热系统不同集成方式下太阳能热发电的火用效率进行分析,得出系统中太阳能发电的火用效率与集热器瞬时热效率及汽轮机抽汽效率之间的关系表达式,并结合LS-2槽式集热器(一种典型槽式集热器)的测试结果,对不同辐照条件下不同替代方式的热性能进行了比较。在此基础上,以太阳集热场辅助300MW燃煤机组发电系统为例对太阳能子系统的火用效率和发电成本(levelizedelectricity costs,LEC)进行分析,结果表明,当太阳直射辐射(direct normal irradiance,DNI)从300变化到1 000 W/m2时,对应的集热器最佳工作温度从277变化到317℃。     

基于EBSILON的中低温槽式光热发电系统运行仿真与性能分析

槽式聚光太阳能热发电系统适合气象资源较差的中低温热源能量回收。本文以中低温槽式聚光太阳能热发电全系统为研究对象,采用北京某地区典型年气象数据,对相互耦合的3个关键环节槽式聚光集热系统、储热系统、热功转换系统分别建立独立的数学模型,最终基于EBSILON仿真软件开展了“春分”、“夏至”、“秋分”、“冬至”4个节气日下系统的变工况运行特性研究,分析了机组发电输出功率、槽式聚光器光学转换效率、基本循环热功转换系统逐时效率和全系统光热转换效率等4项指标。结果表明:中低温槽式聚光太阳能热发电全系统在该典型年下,春分日的发电输出功率和基本循环热功转换系统逐时效率都较高;而秋分日槽式聚光器的光学效率和全系统的光热转换效率则表现较优。该研究结果可为中低温槽式光热发电机组的运行提供参考。     

太阳能辅助燃煤热发电系统的探讨

由于太阳能供给的间歇性,单独投资建造的太阳能热发电系统经常会出现设备成本高、利用率低、收益低等问题。因此,利用太阳能热发电系统与常规燃煤发电系统都有汽轮机部分这一特点,将槽式抛物太阳能集热器集成到常规燃煤发电系统中,寻求改造现有燃煤发电系统的新途径。以某300 MW机组为例,利用弗留格尔公式进行变工况计算,然后进行热经济性分析,为太阳能辅助燃煤热发电混合系统的建立提供理论参考。     

太阳能辅助燃煤发电系统变工况动态特性分析

针对某600 MW亚临界机组太阳能辅助燃煤发电系统,选择夏至日全天100%THA、75%THA、50%THA3个运行工况,使用TRNSYS瞬态模拟软件,在太阳辐射日变化的条件下,对接入太阳能辅助燃煤发电系统后机组运行的动态特性进行了模拟。结果显示,不同工况下太阳能辅助燃煤发电系统的运行受到太阳能辐照波动的影响,变工况下的系统主要参数变化与流量变化密切相关,太阳能系统运行时锅炉主蒸汽温度升高,烟温降低,压力降低,负荷越低光电转化效率越低。在变工况过程中太阳能接入锅炉会造成主汽温度的升高,必须采取动态喷水减温措施控制主蒸汽温度,维持太阳能侧和锅炉侧的换热平衡。     

太阳能与燃煤耦合发电集成方式研究

太阳能和常规的燃煤电厂耦合,可以提高燃煤电厂的效率,减少化石燃料的使用,达到保护环境的效果;同时,可以弥补太阳能热发电的不足。通过对太阳能集热场替换回热抽汽的分析,得到其对原燃煤机组效率、汽耗率等的影响;并探讨了太阳能与燃煤耦合发电的不同集成方式对于燃煤机组的影响。研究结果表明：太阳能集热场与H1高压加热器并联为最佳方案,对原燃煤机组增益最大,效率由原来的42.90%提高为44.78%,提高了1.88%;标准煤耗率由原机组的0.286 7 t/h降低为0.274 6 t/h,降低了0.012 1 kg/k Wh。     

槽塔结合太阳能辅助燃煤发电机组性能分析

目前化石能源短缺,环境污染日益严重,太阳能作为一种清洁可再生的能源,以其储量巨大、便于获取、无污染的优势,获得广泛的关注和发展。以国内某1 000 MW 超超临界机组作为基准系统,提出了一种同时集成槽式、塔式太阳能集热子系统的新型太阳能辅助燃煤发电系统,分析了系统的节煤量、光电效率、锅炉热效率,同时对集成系统的经济成本进行了分析。结果表明：该新型集成系统比传统燃煤电站具有更好的热力学性能,可以最大限度地利用太阳能,THA工况下集成系统的节煤量约9 g/（kW·h）。随太阳能取代比例的增大,集成系统的光电效率最大为25.55%,太阳能侧平准化度电成本为0.81 元/（kW·h）,低于目前的纯光热电站上网电价1.15 元/（kW·h）,具有明显的经济优势。     

带储热的太阳能光煤互补示范电站运行模式研究

太阳能光煤互补电站将太阳能热电站与常规燃煤电站相结合,可以实现太阳能规模化、产业化应用。光煤互补电站由于省去了太阳能直接热发电站中必备的汽轮机、发电机系统,克服了太阳能直接热发电站具有的投资高、负荷不稳定等劣势,使得太阳能热量在常规燃煤火电热力系统中以补充的方式发挥作用,同时依靠火电热力系统的强大热源,规避了太阳能直接热发电系统频繁起停等可能引起运行稳定、安全的不足。基于所建立的太阳能光煤互补示范电站分析模型,研究配建储能系统的示范电站在典型气象条件与负荷工况下,电站光场与储能部分运行模式,并定量分析系统调节阀门组的流量分配特性,为实际电站运行规程确定及运行优化研究提供参考。     

Proposal and characteristics evaluation of a CO2-recovering hybrid power generation system utilizing solar thermal energy

A CO₂-recovering hybrid power generation system utilizing solar thermal energy is proposed. In the system, relatively low temperature saturated steam around 220°C is produced by using solar thermal energy and is utilized as the working fluid of a gas turbine in which generated CO₂ is recovered based on the oxygen combustion method. Hence, solar thermal utilization efficiency is considerably higher as compared with that of conventional solar thermal power plants in which superheated steam near 400°C must be produced for use as the working fluid of steam turbines; the requirement for solar radiation in the location in which the system is constructed can be significantly relaxed. The proposed system is a hybrid energy system using both the fossil fuel and solar thermal energy, thus the capacity factor of the system becomes very high. The fuel can be used exergetically in the system; i.e., it can be utilized for raising the temperature of the steam heated by utilizing the turbine exhaust gas more than 1000°C. The generated CO₂ can be recovered by using an oxygen combustion method, so that a high CO₂ capturing ratio of near 100 percent as well as no thermal NO_x emission characteristics can be attained. It has been shown through simulation study that the proposed system has a net power generation efficiency of 63.4 percent, which is higher than 45.7 percent as compared with that of the conventional power plant with 43.5 percent efficiency, when the amount of utilized solar energy is neglected and the temperature of the saturated steam is 220°C.     

燃煤CO2发电系统两级压缩优化

相对于燃煤水蒸汽发电机组,高参数燃煤CO₂发电系统在效率、体积及选材方面都是具有潜在优势的新型发电系统。对燃煤CO₂发电系统中压缩冷却流程进行优化研究,以压缩机总耗功和系统效率为评价指标,采用EES软件模拟分析。首先分析常规燃煤CO₂发电系统中压缩机部分耗功及压缩机出口温度的变化规律,在此基础上依据能量梯级利用原理,提出优化系统。结果表明:压缩机总耗功随着低压压比增大先减小后增大,即低压压缩机存在最佳低压压比,当主蒸汽参数为30MPa/600 ℃时,最佳低压压比为1.66,系统效率为44.1%;低压压缩机出口温度随低压压比增加而增大,而高压压缩机出口温度变化趋势相反;优化压缩冷却流程,得到系统效率提高且随低压压缩机入口温度和压比增大而增加,当低压压缩机入口温度为160 ℃时,系统效率为46.2%,最佳压比为1.325。     

采用蒸发式冷却器的间接空冷系统的热经济性分析

间接空冷系统在中国的应用越来越广泛,但是高温天气影响空冷塔散热,导致汽轮机背压升高。采用蒸发式冷却器与闭式空冷塔并联运行,可以降低循环水温度,进而降低汽轮机的排汽压力,提高机组的热经济性。针对某600 MW汽轮机组,设计了一种采用蒸发式冷却器的间接空冷系统,构建了数学模型,分析了蒸发式冷却器与闭式空冷塔的热负荷匹配特性,探讨了额定工况下蒸发式冷却器热负荷改变时,汽轮机背压、系统耗水量和冷却系统功耗的变化规律。计算结果表明,额定工况下,分流比为0.21~0.31时,发电标准煤耗率可降低7.4 g/(kW·h)。     

二次再热机组高效灵活发电创新理论与方法

为解决二次再热机组在频繁变负荷情况下经济性能偏低、灵活性较差等问题,研究了二次再热高效灵活发电创新理论和方法。基于单耗分析方法揭示了传统二次再热机组全工况能耗分布规律,并提出5种适应电网调峰要求的典型600 ℃等级及以上的先进二次再热超超临界燃煤发电系统,分别为集成回热式小汽机新型循环、机炉深度耦合集成新循环、采用新型CO₂工质的循环、带储能的二次再热循环系统以及太阳能热互补二次再热循环系统,阐述了各循环系统的集成思路、系统特点以及对提高机组经济性和灵活性的优势。结果表明：锅炉、汽轮机、回热加热器具有较大的节能潜力;优选的集成回热式汽轮机的二次再热循环系统发电效率比基准系统煤耗降低了2.15 g/（kW·h）;提出的采用机炉耦合技术的二次再热机组在THA工况下煤耗降低高达3.6 g/（kW·h）;采用CO₂工质的火电系统在变工况下依然具有较高的效率;带储能的二次再热循环系统具有较好的灵活性;太阳能热互补二次再热循环系统节能潜力显著,达到14.73 g/（kW·h）。