我国聚光型太阳能热发电技术发展现状

介绍了聚光型太阳能热发电技术的特点及国内太阳能热发电技术的发展现状,分析了太阳能热发电技术发展面临的难点,提出了将塔式和槽式太阳能热发电系统的优点相结合,发展辅助燃煤/燃气一体化的发电系统,以及发展太阳能光伏发电和光热发电的联合系统的建议。     

多能互补集成系统的研究

采用多能互补是促进风能、太阳能等可再生能源消纳的重要途径,文章以某300 MW燃煤发电机组为基础,开展多能互补集成发电系统技术改造设计,围绕多能互补集成发电系统的熔盐储能系统、光热采集系统、弃电加热系统、光伏发电系统等四个子系统进行技术及经济性分析并给出推荐方案。     

光伏光热联合发电基地并网优化调度模型

太阳能能源基地建设正在从单一光伏发电向光伏光热等多种太阳能能源利用形式方向发展。借助光热电站的大容量储热装置和具备快速爬坡速率的汽轮机组,光伏光热联合发电基地的并网运行的可调度性和可控性大大提升。从光伏光热联合发电基地的运行机理出发,建立了基于改进粒子群算法的光伏光热两阶段优化调度模型,第一阶段以削减等效负荷峰谷差、改善负荷曲线为优化目标,第二阶段以发电总成本最小为优化目标。该模型满足光伏光热电站的主要运行约束和传统机组组合安全约束,适用于光伏光热联合发电基地并网调度运行。对10机系统的仿真表明,在完全接纳太阳能发电的前提下,光伏光热发电基地在削减等效峰谷差、提高新能源消纳和降低发电总煤耗效益显著,同时对于光热电站的灵敏度分析表明,在规划建设光热电站时可根据单位峰谷差削减量以及建设成本来选择合适的装机容量和储热装置容量。     

熔盐储热型塔式太阳能与燃煤机组耦合方式及热力性能分析

为提高塔式太阳能电站发电效率,同时降低火电机组煤耗,将配置熔盐储热装置的塔式太阳能光热系统耦合到常规燃煤机组中,并对耦合系统进行模拟仿真。研究表明:在锅炉75%THA工况基准下,太阳能光热系统可以承担5%～15%换热负荷,使燃煤机组在80%THA～90%THA负荷下运行,煤耗降低率由5.76%提高到15.54%;利用熔盐储热装置的耦合机组在85%THA负荷下,稳定运行时间可延长约33%,整个耦合系统能够消纳更多的太阳能。该结论对塔式太阳能补偿燃煤火电机组性能研究具有一定参考作用。     

基于C-PV/T技术水电联产系统的实验研究

为解决海岛地区水电资源短缺的问题,基于C-PV/T光伏光热技术,设计了一种适用于海岛,且可产水、发电的水电联产系统。详细介绍了该系统的组成及实验装置,并在实际天气下对实验装置的产水、产电进行了实验研究,探究影响系统水电产量的影响因素。结果表明:在晴朗天气下,C-PV/T组件的发电效率主要受到冷却换热流道的影响,冷却效果强的组件发电效率高;采用铝制换热流道可使系统发电量增多,而玻璃换热流道的使用增强了系统对海水的预热效果,更适用于作为海水蒸馏装置的加热前端。在冷却流道内,工质流量小,预热海水水温高,玻璃盖板斜度为45°的蒸馏装置产水量更多;工质流量较小时,预热海水水温较低,则需要采用玻璃盖板斜度为35°、散热较少的蒸馏器,来提高产水量。该系统可同时利用光伏光热组件的低品质太阳能和蒸馏器直接接收的太阳能,其性能系数高于单一接收太阳能的蒸馏装置,并能同时输出淡水和电能,系统构成简单,具有广阔的发展前景。     

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。     

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。     

太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究进展

介绍了4种模式的太阳能光伏光热(PV/T)系统:空气冷却型PV/T系统、水冷PV/T系统、热管PV/T系统和光伏—太阳能辅助热泵(PV-SAHP)系统的构造及应用,分析了各自的优势与不足,并预测了PV/T系统的发展趋势。研究表明太阳能光伏光热建筑一体化,可以真正实现建筑的节能。     

太阳能光伏光热一体化技术的研究及应用

太阳能光伏光热一体化系统既可以产生电能又可以回收热能。介绍了传统太阳能光伏电池热利用(PV/T)系统及新型PV/T系统的基本形式,分析了不同PV/T系统的特征。指出了太阳能光伏光热建筑一体化技术不仅能获取电能和热能,还可以有效利用所获取的能量,具有良好的应用前景。     

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)。     

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)。     

新型PV/T太阳能利用复合系统的实验研究

为提高PV/T系统太阳能利用率,同时获得可利用的热水和电力,将铝合金背板型单晶硅光伏组件和自行设计制作的不锈钢扁盒式集热板相结合,用导热硅胶加以粘接制成新型光伏光热一体化(PV/T)复合系统,该系统实现了光伏组件与集热板之间良好的粘接性、绝缘性和热传导,并在昆明地区对系统进行测试,分析了系统在不同水箱水容量及不同天气工况下运行的光电光热性能。结果表明,系统在75kg水箱水容量(m)晴天工况下运行效率更高,系统的平均电效率、热效率、综合效率及综合性能效率分别在14%、37%、51%、70.72%左右,与系统在50kg水箱水容量晴天或75kg水箱水容量多云工况下运行相比,综合性能效率约提高了11.86%或2.09%。与独立的光热或光伏系统相比,具有占地面积小、太阳能利用率高、更经济等优势。     

集成有机朗肯循环与碳捕集的太阳能–燃煤发电系统的变工况热力性能研究

构建了集成有机朗肯循环(organicRankinecycle,ORC)与碳捕获和封存(carboncaptureandstorage,CCS)的660MW太阳能-燃煤发电系统,利用凝结水回收CO₂压缩过程的余热、后经太阳能集热场气化、为再沸器提供能量,同时利用中压缸抽汽作为再沸器热源,再沸器冷凝水的经ORC回收余热后返回至H9低压加热器出口。分析了该系统的经济指标及变工况时热力性能、?性能,研究了ORC和CCS中参数变化和太阳能系统运行特性对集成系统热力性能的影响。研究表明:该系统的热力性能及经济性均优于目前常见的抽汽式燃煤碳捕集机组。随λ(中压缸抽汽热量占再沸器所需热量之比)增大,机组热力性能有所下降,汽轮机?效率增加。随负荷降低,汽轮机?效率有所升高。再沸器冷凝水经ORC回收余热后,可以在变工况时更好的匹配凝结水的温度,减少能量损失,且返回H9低压加热器出口时,ORC循环热效率最高,机组热力性能也较好。在春分、夏至、秋分时,太阳辐射强度(directnormalirradiance,DNI)稳定后系统能以较低λ运行,机组热力性能有较大提升;在冬至,DNI波动...     

直膨式太阳能PVT热泵热水系统运行性能仿真与分析

直膨式太阳能光伏光热（photovoltaic-thermal,PVT）热泵是一种综合利用太阳能资源的新型高效技术。为探究不同环境条件以及系统配置方式对直膨式太阳能PVT热泵热水系统运行性能的影响，基于能量平衡原理在Matlab平台上建立了系统的仿真模型，基于临港地区的环境数据，分析了各季节典型日下不同配置系统的热水供应性能以及发电增益的全年波动情况。结果表明，随压缩机理论输气量的减小，热水系统的性能系数（coefficient of performance,COP）有所提高，但所需的加热时间增加，系统的全年发电增益随理论输气量的减小而减小。     

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。     

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。     

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。     

低倍聚光光伏/光热热电联供系统性能分析

低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)综合利用技术不仅可以提高发电系统经济性(聚光器成本低于晶硅电池片),还可以提升供热系统热水品质。本文设计了一种新型的低倍聚光光伏/光热组件,采用1/4切片形式的双面发电N型晶硅电池,并搭建双轴跟踪实验台验证不同辐照强度、流量条件下系统的热电性能,得到各参数之间的变化规律。研究结果表明:LCPV/T性能评价理论分析值与实验验证值存在一定差异;在流量为100 L/h的实际运行工况下,LCPV/T系统总效率最高值为70.53%,且LCPV/T系统的最大热效率可达59.84%,电效率17.28%,热功率1 916 W,电功率470 W。