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。     

槽式太阳能集热器的聚光模拟和余弦效应分析

槽式太阳能发电是目前国际上发电规模最大,且已实现商业化的、较为理想的太阳热发电技术。集热器是槽式太阳能热发电的重要部件,由抛物面槽型反射器、圆形柱集热管和附属装置组成,其光学效率直接影响电厂的发电效率。本文推导并验证了抛物面槽型反射器的数学模型,深入研究了影响光学效率的余弦效应。本文的研究工作增进了对槽式太阳能聚光系统的理解,为工程应用和控制系统设计奠定了基础。     

槽式集热器反射镜抛物变形对允许跟踪误差的影响

为了更好地指导太阳能槽式集热系统的设计和高效运维,本文研究了反射镜抛物变形对集热器允许跟踪误差的影响。首先定义了宽焦比、焦偏比、焦点偏离率3个无量纲参数,理论分析了理想状态不同尺寸下槽式集热器允许跟踪误差,进而给出反射镜剖面抛物变形后的允许跟踪误差的变化;同时计算宽焦比、焦偏比、聚光比对允许跟踪误差的影响并作图,给出基于不同几何参数的槽式集热器在不同变形量下的允许跟踪误差变化及其最大变形量尺寸。结果表明:宽焦比为4时槽式聚光集热器理论允许跟踪误差最大;3个无量纲数耦合影响决定允许跟踪误差的大小,且"膨胀"变形更加不利于集热器聚光。基于本文给出的图表,可预测集热器聚光损失并设计适宜跟踪系统,助力槽式太阳能热利用系统的推广。     

基于台达PLC可编程控制器的槽式单轴跟踪太阳能发电系统

本文介绍基于台达PLC可编程控制器的槽式单轴跟踪太阳能发电系统,采用主动式跟踪太阳的日运动轨迹控制策略,以简单的太阳位置计算法实现槽式太阳集热器的精确太阳跟踪。     

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℃。     

双轴跟踪槽式太阳能集热器性能试验

研制了1套聚光比为24的双轴跟踪槽式太阳能集热器装置.利用 TracePro 软件建立了该集热器的光学效率模型,考察了单轴和双轴跟踪以及方位角和高度角跟踪误差对光学效率的影响,并对集热器的集热性能进行了试验.模拟及试验结果表明：双轴跟踪下集热器光学效率达到0．813,年均光学效率比单轴东西和南北跟踪分别高14．3％和40．9％;高度角跟踪误差对光学效率影响较大,应将高度角跟踪误差控制在0．6以内;双轴跟踪可在降低单一跟踪轴精度条件下获得较高的光学效率;实测瞬时集热效率达到0．775,集热效率归一化线性良好,模拟推算集热效率与实测效率归一化曲线趋势一致,最大误差为10．3％.因此,该集热器可用于分布式中小型集热系统.     

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。     

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。     

多曲面槽式聚光太阳电池发电性能研究

提出一种新型多曲面槽式太阳聚光器,用于太阳能聚光光伏发电应用,其结构主要由多块铝板拼接成多个曲面并固定在型材上.聚光接受体为太阳电池.对平板多晶硅太阳电池和槽式聚光多晶硅太阳电池的发电性能进行实验比较,结果表明,无论在晴天或多云天气,槽式聚光太阳电池发电系统均能提高输出电功率,最大输出电功率是其不聚光时的4.4倍.在测试时间,内聚光光伏发电系统总输出电功率最大值是其不聚光时的4.30倍.     

基于能量和?的抛物线槽式太阳能集热器性能分析

基于热力学方程以及实际集热器参数,对抛物线槽式太阳能集热器建立了热模型并进行了热力学分析;然后,从热力学第一定律和第二定律的角度,分析和讨论了集热器的热效率及?效率的影响因素。分析表明:影响槽式集热器性能的主要因素有太阳辐射、换热工质温度和流量、真空条件以及环境条件（如风速）等;光学损失是最主要的能量损失,吸收管的吸热?损失是最主要的?损。     

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。     

碟式太阳能集热器热流密度分布特性

为了研究散射误差对碟式太阳能聚光性能的影响,采用蒙特卡罗光线跟踪法对碟面聚光反射进行了计算;分析反射光聚集到集热器端面的热流密度分布情况;对比了散射误差为1.75、2.50、5.00、10.00 mrad时的热流密度分布差异。结果表明:热流密度在集热器端面分布均匀,中心点密度高且热流密度接近圆形分布;随着碟式抛物面聚光镜散射误差的增大,集热器端面热流密度的分布趋于分散;热流密度与聚光特性成正比,热流密度越小,碟式太阳能聚光器聚光性能越差。     

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。     

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。     

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。     

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)。     

塔槽耦合光热系统镜场效率研究

太阳能光热发电技术能量输出稳定,可用于电网调峰,是太阳能高效利用的重要方式。其中,塔式光热发电技术的集热储热温度高,系统发电效率高,具有很大的发展潜力。但由于余弦效率的影响,当塔式镜场容量超过一定限值时,镜场效率会随着镜场容量增大而降低,而槽式光热发电技术不受余弦效率影响且几乎与容量无关。因此,提出塔槽耦合的集热方案,并利用MATLAB软件对100 MW塔槽耦合光热发电系统进行光学效率仿真研究。结果表明:在总集热量不变的情况下,塔槽耦合光热系统年均光学效率达到50.65%,比单纯塔式镜场提高3.04百分点;当塔高为260 m时镜场效率比180 m时提高2.52百分点,同时塔与槽的镜场面积比从2.35降低至2.22;针对不同纬度和容量的塔槽耦合系统,提出了塔槽耦合镜场的适用范围,以期为新型太阳能光热发电系统的设计提供参考。     

新型塔槽耦合太阳能热发电系统研究

建立了一种新型塔槽耦合太阳能热发电系统,对系统进行了典型年8760 h的模拟计算,得出系统年平均光热效率为40.41%,年平均发电效率为16.34%,年发电量为410GWh。对系统进行单因素分析,结果表明:新型塔槽耦合系统具有稳定性及灵活性,可降低电站非计划停运率,且当纬度低于约36°时,塔槽耦合系统年平均发电效率和发电量均高于塔式与槽式;当电站容量大于100 MWe时,塔槽耦合系统年平均发电效率以及发电量明显高于塔式与槽式,具有技术优势以及开发前景。     

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.