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。     

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。     

煤炭与太阳能互补发电系统四季典型日变辐照聚光集热性能研究

光煤互补发电系统能将300℃以下的中低温太阳热能与传统燃煤电站相结合,用以替代回热抽汽加热给水,从而增加汽轮机出功。对传统的单轴跟踪槽式太阳能集热器用于光煤互补电站的热力性能进行了分析,并对其损失分布进行了研究。针对损失分布特性,提出了一种倾斜跟踪轴的槽式太阳能聚光集热器,并对该聚光集热器用于光煤互补电站后四季典型日的余弦损失、集热效率、太阳能瞬时功率、年均性能等进行了分析。结果表明,当跟踪轴倾斜角为15°时,年均余弦损失将从17.0%下降到9.8%,从而使年均集热效率从52.3%提升到59.5%,年均太阳能净发电效率从19.1%提升到21.7%,太阳能年发电量从17.2GW?h增加到19.6GW?h。     

槽式太阳能聚光集热系统模拟研究

针对抛物槽式太阳能聚光集热系统光学及几何特性随季节和时间不断变化,需要实时反映单位聚光集热量和集热效率使换热系统精确地蓄、放热,以提高太阳能热发电效率,建立了集热系统数学模型,利用酒泉地区春分、夏至、冬至的实测气象数据对抛物槽式太阳能聚光集热系统进行模拟研究。结果表明,在太阳直射辐照度相同的情况下,太阳入射角越小,集热效率越高。模拟结果将为槽式太阳能电站换热储热系统提供理论依据。     

太阳能塔式聚光集热系统与燃煤发电耦合设计

选取塔式水工质太阳能聚光集热系统,与常规火电机组锅炉给水和凝结水系统相耦合,替代高、低压加热器部分功能,构建太阳能光煤互补协同发电系统,该耦合方式是基于提效不增容的前提对系统进行优化设计及经济性分析,即减少汽水系统回热蒸汽量,降低主蒸汽流量,减少燃煤量,以提高机组运行效率,减少污染物排放,实现清洁能源综合利用的目的。该系统为其他光煤耦合系统负荷的选取以及系统设计提供了依据。     

基于太阳能全光谱利用的制氢发电系统性能研究

针对目前光伏光热系统中存在的太阳能全光谱分束技术与甲醇蒸汽重整等问题,基于太阳能全光谱分束技术提出了太阳能光伏-甲醇重整综合发电系统。以线性菲涅耳聚光器为原型,在光伏组件表面喷镀光谱分束薄膜用于光谱的拆分利用。其中可见光部分被光伏电池利用发电,紫外和红外部分被反射至热反应器分解甲醇制备合成气,后通入固体氧化物燃料电池发电。光学分析表明,给定理想分束薄膜光谱特性后,系统光学效率可达90.2%。热力学分析结果表明,该系统具备一定的甲醇热化学分解以及合成气的制备作用,光谱分束薄膜匹配单晶硅光伏组件后系统最高净太阳发电效率可达27.71%,高于传统太阳能聚光集热甲醇重整系统的净发电效率（26.5%）。此外,经济性分析表明,太阳辐照接收面积为100 m2时平准化电力成本为1.4元/(kW·h)。     

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℃。     

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。     

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。     

塔式太阳能热发电吸热器热效率影响因素分析

对塔式太阳能热发电吸热器表面的热流特性进行分析,并通过热流平衡关系式得出吸热器热效率的公式,研究了吸热器的发射率、吸收率、风速、环境温度等因素对吸热器热效率的影响;同时对不同聚光比、不同吸热器温度条件下系统的热电综合效率进行了研究分析。结果表明:环境温度对吸热器热效率的影响很小,而风速对吸热器热效率的影响不容忽略,当风速高于12 m/s时,对流散热损失超过了辐射散热损失;选择性涂层可以提高吸热器的热效率,对于高聚光比的塔式太阳能热发电技术,可提高吸热器热效率约5.0百分点;系统的热电综合效率在给定聚光比条件下存在最大值。研究结果可为吸热器的设计及整体系统的优化提供参考。     

太阳能光伏/温差复合发电系统效率分析

介绍了分频型和联合型集成太阳能光伏发电和温差发电的复合系统的原理,分别建立了聚光光伏和温差发电系统的数学模型,对不同聚光比和换热系数下的发电系统效率进行了计算和比较.结果表明:分频型复合发电系统效率优于联合型复合发电系统.随着聚光比增大,在冷却良好条件下分频型复合发电系统总效率随之增大,而联合型复合发电系统的总效率随聚光比增大而降低;同时换热系数越高,发电系统的性能越好,但存在一限值.     

太阳能辅助加热系统对蒸汽动力机组运行性能的扰动研究

光煤互补热发电系统的设计过程中通常都要进行变工况计算,由小扰动理论可知,当系统变动不足以引起汽水重新分布时,省去繁杂的变工况计算也可得到精度合乎要求的结果。该文针对太阳能辅助加热系统对热力系统影响进行了定量分析,结果表明太阳能辅助加热系统只在某小范围内对热力系统的扰动可视为小扰动,在通常的取代范围内(30%~100%)虽然不能将其视为小扰动,但在节煤型和功率增大型两种运行模式下,进汽量和发电量的计算都可简化。此外当取代一段抽汽的百分数在60%以内,系统的热工转换率、发电热耗率、发电煤耗率的计算可以简化,将太阳能当余热处理时系统的热工转换率、发电热耗率、发电煤耗率的计算在全部取代范围内都可以简化,当取代一段抽汽的百分数在55%以内,集热场面积和初始投资的计算也可以简化,即以上这些参数利用小扰动法计算也可以得到符合工程精度要求的结果。研究结果为光煤互补复合发电系统的优化设计以及热经济性的分析计算提供了理论参考。     

太阳能辅助热电联产机组供热、发电及调峰性能分析

针对新能源存在不稳定性导致电网调峰问题日益严重的现状,结合较为成熟的光煤互补发电技术及多热源联合供热调峰系统,设计光煤混合供热发电系统,使热电联产机组具有一定的调峰能力。以某300 MW热电联产机组为研究对象,利用Ebsilon Professional软件搭建发电、供热可灵活调节的太阳能辅助热电联产系统,基于供热机组实际双机运行工况,在保证供热负荷前提下,分析太阳能辅助双机热电联产机组耦合方式,比较耦合前后双机调峰性能。结果表明：凝汽器出口与太阳能集热系统换热器间的管道上设置动态节流阀,改变太阳能集热系统辅助供热机组的运行模式,能够实现发电、供热、调峰一体系统的灵活运行;其中,以太阳能集热系统仅用于补充供暖的运行方式调峰能力最强,太阳能辅助单机供热前后调峰容量比值为0.76,太阳能辅助双机供热前后调峰容量比值为0.55,太阳能辅助承担最大供热负荷的1号机组在调峰容量及调峰补偿上效果最佳。     

三北地区光煤互补发电机组变工况性能研究

在构建系统集成模型基础上,阐述光煤混合发电系统变工况性能计算方法.以3个地区、4种容量机组为例,研究地域和容量对光煤互补发电机组的性能变化、节能减排效果和投资回收期的影响规律.结果 表明:300 MW机组在不同地区开展光煤互补发电时,太阳能资源丰富地区的机组标准煤节省量最大,污染物减排量最大,投资回收期最短;4种容量的机组在同一个地区开展光煤互补发电时,容量大的机组标准煤节省量最大,污染物减排量最大,投资回收期最短;光煤互补发电机组可以降低发电煤耗、提高太阳能发电效率.计算方法为燃煤发电机组引入太阳能的技术改造提供技术支持,降低三北地区燃煤机组煤耗和污染物排放,同时解决常规太阳能发电成本高、不稳定等问题.     

太阳能光热发电技术

正太阳能光热发电利用大规模阵列镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺实现发电。根据集热镜面排布形式,光热发电系统主要分为槽式、塔式、碟式三类。光热发电避免了昂贵的硅晶光电转换工艺,可大大降低太阳能发电成本。同时,光热发电输出电力连续、稳定,具备成为基础负荷电源的潜力。青海德令哈50 MW塔式太阳能热发电项目,依靠镜场"精确追日—大规模聚光集热系统",     

太阳能热发电系统的研究现状综述

介绍塔式、槽式、碟式、太阳能热气流和太阳能池热发电等5种主要类型的太阳能热发电系统的工作原理及研究现状,并对各类太阳能热发电技术的优缺点进行了比较。结果表明,塔式太阳能热发电系统聚光比高,系统容量大、效率高,但费用昂贵;槽式太阳能热发电系统结构简单,但聚光比小,系统工作温度较低;碟式太阳能热发电系统聚光比大,系统效率高,结构紧凑,安装方便,但其核心部件斯特林发动机技术难度较大;太阳能热气流发电、太阳能池热发电及向下反射式太阳能热发电等在技术上各有优势。     

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)。     

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。     

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。     

不同容量机组生光耦合发电系统分析

建设多能互补集成优化示范工程是构建"互联网+"智慧能源系统的重要任务之一,有利于提高能源供需协调能力,推动能源清洁生产和就近消纳,是提高能源系统综合效率的重要抓手。通过模拟太阳能集热系统置于高压加热器后的太阳能与生物质能发电系统联合形式,获得了在保证12 MW的输出功率前提下,太阳能与生物质能的互补规律,同时获得不同资源变化时太阳能集热系统的贡献率,太阳能集热系统负荷为6 MW时贡献率达到13%,而太阳能集热系统负荷为1.25 MW时贡献率只有1.9%。