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。     

太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究

以C50–8.83/0.294型供热机组为例,利用LS–3型直接蒸汽发电抛物面槽式集热器收集太阳能热量,提出几种不同的太阳能与燃煤机组集成发电方案。在对不同的集成系统进行热力性能建模并对其中的太阳能集热器场设计研究的基础上,利用热经济学结构理论进行不同系统的热经济学分析。结果表明,给出的所有集成方案中,取代1段抽汽方案可用的太阳能热量最大;在太阳能集热器场面积相同的情况下,取代1段抽汽方案的经济性能也最好,但仍低于单纯燃煤机组。如不考虑原小容量燃煤机组发电部分的投资成本,取代1段抽汽方案的单位热经济学成本为43.73×10-6元/kJ,小于单纯燃煤机组的69.50×10-6元/kJ,为太阳能辅助燃煤热发电(solar aided coal-fired electricity generation,SACEG) 系统的应用提供科学依据。     

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。     

槽式集热器布置方式的比较研究

集热器的布置方式是槽式太阳能热发电优化设计中的重要参数.本文采用SAM软件,选取我国四个地区的太阳能资源数据,研究不同纬度条件下集热器的布置方式(水平布置方式、高差布置方式、集热器间距)对槽式太阳能热发电集热系统性能的影响.结果表明集热器水平布置方式下随纬度降低南北布置在年集热量上的优势越来越明显,适当将南北布置的集热器自北向南倾斜有利于进一步提高集热场的年集热量.此外,对于集热器南北布置或东西布置在工程设计过程中均应选择合适的集热器间距.     

槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统火用分析

结合热力学第一定律与热力学第二定律,对槽式太阳能直接产生蒸汽热发电系统进行传热和(火用)分析.以INDITEP项目为例,对该系统进行热平衡计算与(火用)用平衡计算,得到各部件与整个系统的热效率与(火用)效率,并得出集热器的煳效率低于其热效率,水/水蒸气的朗肯循环(火用)效率高于其热效率的结论.     

太阳能辅助加热燃煤机组给水系统单耗分析

为提高燃煤火电机组热经济性,对抛物面槽式太阳能集热器与常规燃煤机组回热系统耦合机理进行了系统的集成与优化,运用单耗理论分析300MW燃煤发电机组热力系统各设备的附加单耗在系统集成前后的变化情况,得出了不同太阳能辐射强度下热力系统各设备附加单耗的变化趋势。结果表明,各级高压加热器及除氧器附加单耗随太阳能辐射强度的增强而降低,凝汽器及中低压缸正好相反,高压缸基本不变,汽轮机组附加单耗总值随辐射强度的增强而增加。集成系统在设计太阳能辐射强度900W/m2时,汽轮机组附加单耗总值增加0.26g/(kW·h),机组节煤11.27g/(kW·h)。     

太阳能辅助加热燃煤机组给水系统单耗分析

为提高燃煤火电机组热经济性,对抛物面槽式太阳能集热器与常规燃煤机组回热系统耦合机理进行了系统的集成与优化,运用单耗理论分析300 MW燃煤发电机组热力系统各设备的附加单耗在系统集成前后的变化情况,得出了不同太阳能辐射强度下热力系统各设备附加单耗的变化趋势。结果表明,各级高压加热器及除氧器附加单耗随太阳能辐射强度的增强而降低,凝汽器及中低压缸正好相反,高压缸基本不变,汽轮机组附加单耗总值随辐射强度的增强而增加。集成系统在设计太阳能辐射强度900 W/m2时,汽轮机组附加单耗总值增加0.26 g/(kW·h),机组节煤11.27 g/(kW·h)。     

燃煤锅炉集成太阳能热发电系统经济性分析

考虑到系统物质流和能量流的匹配,拟定了2种太阳能与燃煤锅炉集成方案:省煤器前方案和省煤器后方案.基于槽式集热器的热力性能与锅炉的变工况理论建立分析模型.以LS-2槽式集热器与某600 MW亚临界锅炉为例,对2种方案进行模拟,总结了太阳能热与锅炉集成时热经济性变化规律,并据此分析2种方案的经济性,结果表明锅炉集成太阳能发电成本低于单纯太阳能热发电方式(solar energy generating systems,SEGS)成本,考虑碳减排效益后,发电成本将进一步降低;省煤器前方案的太阳能发电成本低于省煤器后方案;锅炉集成太阳能发电成本受设计辐射强度、系统寿命、煤价与碳价、集热器成本的影响.     

太阳能-煤炭互补的发电系统与互补方式

多能源综合互补利用系统是近年来能源系统的发展方向之一。该文进行了太阳能与煤炭互补的发电系统与互补方式研究。分析了太阳能热量用于不同容量燃煤机组不同受热面的热经济性,得出在大容量机组上利用太阳能满足水的汽化潜热吸热热经济性要优越于其他方式;利用技术成熟的抛物面槽式集热器收集太阳能热量,和国产300 MW机组进行互补发电系统的拟定;分析了在这种互补发电方式太阳能场的设计中,影响设计辐射强度选取的主要因素,并以3个地区的辐射资源为例进行研究,得出太阳能辐射资源与最佳设计太阳能辐射强度的关系。     

用于槽式太阳能热发电系统的热管式集热器开发

综合利用槽式聚焦型聚光器和热管式真空管接收器的优点,开发了一种用于槽式太阳能热发电系统的热管式集热器,介绍了这种新型集热器的聚光镜和接收器的结构设计,以能量守恒方程和槽式聚光器的光学特性为基础对集热器的效率进行了计算,结果表明,此集热器效率高于国外现有大部分集热器效率。     

二氧化碳动力循环在太阳能热利用的应用分析

在太阳能热利用领域,以二氧化碳为工质的动力循环主要有跨临界朗肯循环和超临界布雷顿循环。在太阳能集热器温度为200~1000℃和二氧化碳工质压力在10~40 MPa的范围内,采用MATLAB软件编程,计算和比较这两种循环的热效率。在较高温度下,随工质压力升高,两种循环热效率均增大;但在较低温度下,两种循环热效率的变化却相反;并且在一定温度以上,超临界布雷顿循环热效率总是高于跨临界朗肯循环。通过拟合得到两种循环热效率相等的关联式。结合实际条件,太阳能集热器温度为350℃以上时应采用超临界布雷顿循环;而在350℃以下,宜采用跨临界朗肯循环。     

扩容蒸发式光煤互补发电系统变辐照特性研究

为避免槽式太阳能集热器内变热流量传热和汽液非均匀分布产生,提出了扩容蒸发式太阳能蒸汽发生系统。采用NASA SSE6.0数据库收集的辐照数据,将扩容蒸发式太阳能直接蒸汽发生系统与燃煤机组互补组成复合发电系统,建立复合发电系统的变工况计算模型,并以600 MW机组为例进行了复合发电系统变辐照情况下的日、月、年热力性能分析。研究结果显示：复合发电系统日发电功率与辐照强度曲线变化趋势类似,各月复合发电系统的发电量呈现出夏季较高的趋势,6月份达到峰值2.95×10⁸ kW·h,集热场效率与其趋势相反,机组热功转换率夏季较高,全年为32%~35%;太阳能平均热功转换效率为22.5%,研究结果可为太阳能与燃煤机组互补发电系统的工程应用提供新的方向和思路。     

太阳能光-热-电转换利用系统的分析

在太阳能光-热-电转换利用的"三环节理论"模型的基础上,对太阳能光-热-电转换利用进行了(火用)经济学分析,并与常规火力发电的(火用)经济学作了对比,提出了化石能源的稀缺(火用)价值和环境成本的观点.探讨了聚焦型太阳能集热器的设计参数对太阳能光-热-电转换利用系统中单位输出(火用)价Cu的影响.     

太阳辐射最大转化效率公式的精度分析

在对应用地表太阳辐射的系统进行热力学第二定律分析时,经常采用5个典型的太阳辐射最大转化效率计算公式.在Candau给出的辐射(火用)的定义和Gueymard公布的太阳光谱辐射数据的基础上,该文首先获得了不同大气条件和接收面下地表太阳辐射的最大转化效率(火用)和能间比值),并将其作为基准数据,比较和分析了不同大气条件和接收面下由5个典型公式计算得到的地表太阳辐射最大转化效率的精度.结果表明由Petela、Spanner、Parrot和Jeter提出的公式的计算结果高估了地表太阳辐射的最大转化效率,而由Badescu提出的公式计算得到的结果远远低估了地表太阳辐射的最大转化效率.大气条件对地表太阳辐射最大转化效率的影响很大.在应用热力学第二定律分析太阳能转化系统时,地表太阳辐射最大转化效率的精确计算需要考虑大气条件的影响.     

太阳能热发电集热器接收面辐射分布研究

为分析太阳集热器接收面太阳辐射的接收情况, 根据太阳高度角、太阳方位角、晴天模型和集热器进口的几何设计, 采用蒙特卡洛法建立了太阳辐射能束的方向、大小、位置以及抛物反射面镜面反射的关键算法。以西安地区( 纬度) 为例, 分别对夏至、冬至与春分太阳时12 点, 8 点和16 点时进行了计算。结果显示了不同时刻接收面的太阳辐射接收分布情况; 并由面积分求解接收面上的平均辐射强度, 反演了常规设计方法确定的聚光比。研究表明, 该方法可模拟一年中任意时间接收面的太阳辐射情况, 为太阳能热发电系统用集热器辐射分布研究提供了方法。     

槽式太阳能集热场温度控制研究

为了将槽式太阳能集热回路的导热工质出口温度控制在合理范围内,需要研究调节迅速、控制效果良好的集热场出口温度控制系统。以1 MW槽式太阳能热发电实验系统为研究对象,建立了槽式集热回路动态数学模型,并基于模型开发了集热场导热工质出口温度内模控制器,并基于Simulink仿真平台搭建了集热回路工质出口温度PID控制系统和内模控制系统,对比分析了多扰动情况下2种系统的控制效果。结果表明：在太阳辐照、导热工质入口温度和环境温度的共同作用下,相较于PID控制系统,内模控制系统调节时间更短,超调量更小,控制效果更优。     

集成太阳能对燃煤锅炉热力性能影响研究

以某600MW亚临界锅炉为例,采用抛物面槽式集热器收集太阳能热量,提出了2种锅炉集成太阳能热量的方案:省煤器前方案和省煤器后方案。根据太阳能集热器的集热性能,在锅炉变工况的基础上对集成系统进行热力性能建模,分析太阳能集成方案中锅炉热力性能。结果表明:在锅炉出口蒸汽流量不变时,随着太阳能集成规模增大,2种集成方案,锅炉效率均提高,节煤量均增大;省煤器后方案中锅炉效率和节煤量高于省煤器前方案;省煤器后方案蒸汽温度的稳定性优于省煤器前方案;调温措施是锅炉集成太阳能热量并维持额定蒸汽温度的主要因素;增大调温措施对汽温的调节能力,可集成更多的太阳能热量,为锅炉集成太阳能热量进行改造提供科学依据。     

太阳直射光谱辐射火用分析

利用Gueymard给出的太阳光谱数据和Candau提出的光谱辐射火用强度的定义计算地表直射太阳辐射的积分辐射火用流,分析地表直射太阳辐射的光谱辐射温度、光谱辐射火用和光谱能质因子随波长的分布,讨论大气条件如可凝结水量和空气质量对地表直射太阳积分辐射火用流的影响。结果表明,在近紫外线、可见光以及近红外区域,0.76~1.343 mm波长范围内的地表直射太阳光谱能质因子和积分辐射火用流的增量比在其他波长范围内的大。对于地表直射太阳辐射的多光谱利用,需要着重考虑近紫外线、可见光以及0.76~1.343 mm波长范围内的太阳辐射。地表直射太阳积分辐射火用流分别随着可凝结水量和空气质量的增加而减小。空气质量对地表直射太阳积分辐射火用流的影响较大。     

太阳能塔式集热与余热锅炉结合的能源系统

太阳能塔式集热具有参数高、容量大、转换效率高等显著优点.为降低能源系统的初投资成本,提出将太阳能塔式集热与联合循环的余热锅炉（HRSG）进行有机结合,形成太阳能与联合循环（ISCC）能源系统.探讨了两者结合的典型方式,用热力计算软件对四种流程进行了建模分析,研究了不同的流程方式对联合循环HRSG性能产生的影响;找出当量发电效率高的结合方式,为该技术的产业化应用提供支持.