槽式太陽能集熱與燃煤熱發(fā)電的高效集成模式研究.pdf

1、能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前，世界各國普遍以石油、天然氣和煤炭等化石燃料為基礎(chǔ)能源。隨著世界化石能源的日益枯竭和化石能源造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題的凸顯，世界各國日益重視太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等可再生能源的開發(fā)利用。
　　 太陽能熱發(fā)電技術(shù)是規(guī)?；_發(fā)利用太陽能的一種方式，具有廣闊的發(fā)展前景。作為目前唯一商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，槽式太陽能熱發(fā)電已經(jīng)有了一定的推廣應(yīng)用。然而，由于太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性，槽式太

2、陽能熱發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用受到了嚴(yán)重束縛。太陽能與化石能源互補(bǔ)發(fā)電是克服這種束縛的一種有效方法。在國內(nèi)外關(guān)于槽式太陽能熱發(fā)電和燃煤電廠集成發(fā)電研究的基礎(chǔ)上，本課題遵循“溫度對口，能量梯級利用”原則，結(jié)合槽式太陽能集熱特點(diǎn)和火力發(fā)電特點(diǎn)，提出了基于槽式太陽能集熱器最佳工作溫度的槽式太陽能集熱與燃煤熱發(fā)電的高效集成模式，構(gòu)建了槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)模型，分析了系統(tǒng)的熱力性能和熱經(jīng)濟(jì)性。
　　 本課題的主要研究內(nèi)容和成果如

3、下：
　　 1．基于槽式太陽能集熱器最佳工作溫度的槽式太陽能集熱與燃煤熱發(fā)電的高效集成模式的提出及在300MW槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。在槽式太陽能集熱器和燃煤機(jī)組集成的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能集熱器的集熱效率隨工質(zhì)工作溫度的升高先升高而后降低，而熱動力循環(huán)的效率隨工質(zhì)工作溫度的升高而升高。因此，槽式太陽能集熱器必然存在最佳工作溫度。為此，本課題提出了基于槽式太陽能集熱器最佳工作溫度的槽式太陽能集熱與燃煤熱發(fā)

4、電的高效集成模式，構(gòu)建了300MW槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)模型。研究結(jié)果表明：太陽輻射強(qiáng)度為600W/m2時，集熱器最佳工作溫度為306.55℃，此時槽式太陽能集熱取代鍋爐受熱面時，混合熱發(fā)電系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性能遠(yuǎn)好于取代各段抽汽集成模式，太陽能熱發(fā)電效率為44.7％，節(jié)省煤耗17.49g/kWh；對于利用直接換熱型集熱器的混合發(fā)電系統(tǒng)，集熱器出口參數(shù)相同時，給水泵引出至集熱器場加熱的熱經(jīng)濟(jì)性要高于凝結(jié)水泉出口引出；無論是采用直

5、接型或間接換熱型集熱器，太陽能熱量用于取代高參數(shù)的抽汽加熱高溫水的吸熱時，其熱經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)越于取代低參數(shù)抽汽的吸熱。
　　 2．在熱力學(xué)建模的基礎(chǔ)上，利用熱力學(xué)第二定律及熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論構(gòu)建了300MW槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)模型。以兩種集成模式為例，對槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明，不同集成模式，隨著太陽能集熱器場加熱工質(zhì)溫度的提高，不同于集熱器熱效率先升高后降低的趨勢

6、，其火用效率呈逐漸提高的趨勢，熱經(jīng)濟(jì)性能越好，然而，單位非能量成本和單位熱經(jīng)濟(jì)學(xué)成本卻越高。與單純?nèi)济簷C(jī)組中的各組元相比，太陽能集熱器場的單位熱經(jīng)濟(jì)成本較高；太陽能輔助燃煤混合發(fā)電系統(tǒng)的單位熱經(jīng)濟(jì)學(xué)成本要高于單純?nèi)济簷C(jī)組。這說明降低太陽能場的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)成本對提高太陽能輔助燃煤熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。
　　 3．針對我國典型的200MW和600MW燃煤機(jī)組，進(jìn)行了槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組混合發(fā)電系統(tǒng)的熱力性能分析與計(jì)算

7、。以單位發(fā)電成本作為經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)，對太陽能輔助燃煤熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。結(jié)果表明，在相同的太陽能輻射強(qiáng)度下，與大容量等級燃煤機(jī)組集成時，太陽能熱電轉(zhuǎn)換效率高，當(dāng)槽式太陽能集熱與600MW燃煤機(jī)組集成為混合發(fā)電系統(tǒng)時，太陽能熱發(fā)電效率為38.4％；當(dāng)與相同容量的燃煤機(jī)組集成時，在文中設(shè)定的條件下，取代全部高加抽汽集成模式的熱發(fā)電效率要略高于取代1段抽汽集成模式，然而取代1段抽汽的單位發(fā)電成本低于取代全部高加抽汽系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性能較

8、好，單位發(fā)電成本為0.69元/kWh，仍略高于單純?nèi)济喊l(fā)電成本0.58元/kWh。
　　 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)有：
　　 1．基于槽式太陽能集熱器最佳工作溫度的槽式太陽能集熱與燃煤熱發(fā)電的高效集成模式的提出。
　　 2．揭示了200MW、300MW和600MW槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組的高效集成模式。
　　 槽式太陽能集熱與燃煤機(jī)組的高效集成有效克服了太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性對槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)推廣應(yīng)用的束縛。