光热发电储能技术及系统分析

介绍了储能材料、储能技术以及储能技术在太阳能热发电中的应用,分析了熔盐储能技术应用在光热发电领域的优势。通过对槽式和塔式光热电站的储能容量进行分析,得出结论:对相同储热容量而言,槽式光热电站的熔盐使用量远远大于塔式光热电站,其熔盐储热成本是塔式电站的3倍。     

50MW等级塔式熔盐光热电站汽轮机热力系统研究

结合国内外光热发电的发展状况,介绍了我国第一批50MW塔式熔盐光热示范电站的进展动态。介绍了50MW等级塔式熔盐光热电站的工作原理,并介绍了玉门鑫能项目的汽轮机热力系统方案及总体布置方案。为了进一步提高机组性能,降低光热电厂热耗,从进汽压力、进汽温度、排汽压力、回热级数4个方面进行了汽轮机热力系统优化分析。研究成果可为国内50MW等级塔式熔盐光热电站的汽轮机选型提供参考。     

塔式太阳能光热电站经济效益分析

塔式太阳能光热发电技术因其聚光效果好、太阳能转化率高、发电效率提升空间大,广泛应用于发电容量较大的电站。二次反射光热发电是一种基于塔式光热技术的新兴技术,与传统的塔式光热发电相比具有经济效益好、安全性高、施工周期短、运维便利等优势,是极具发展潜力的光热发电技术。     

《塔式太阳能光热发电站设计标准》结构设计内容解析

  目的  《塔式太阳能光热发电站设计标准》GB 51307是塔式光热电站的综合性标准,标准对相关特种结构设计给出了原则性的规定。为使大家在应用《塔式太阳能光热发电站设计标准》进行相关结构设计时能够正确理解条文和条文说明,本文对该标准结构设计部分的相关规定进行了详细的解释和解析。  方法  结合标准规定从一般规定、抗震设计、地基与基础、吸热塔结构和熔盐泵支架等几个方面阐述了标准制定背景,介绍了国内外常见的吸热塔结构型式、熔盐泵基础型式、定日镜基础型式等,对结构控制指标、吸热塔阻尼比等特殊问题进行了分析和讨论。  结果  通过标准制定背景和特种结构型式的介绍,以及特殊问题的分析和讨论,对塔式太阳能电站中特种结构的设计、原则性规定有了更进一步的认识。  结论  为《塔式太阳能光热发电站设计标准》的工程应用奠定了基础,并给出了进一步研究的建议。     

塔式熔盐太阳能光热发电技术

我国太阳能光热资源丰富,市场潜力巨大。通过对各种光热发电技术的特点及其在国内外发展现状的介绍,指出了塔式熔盐吸热加储热系统是未来国内最具发展前景的光热发电技术,并分析了该技术的特点和潜在运行风险。最后,通过对比国际光热电价,指出未来国内光热发电成本下降空间很大。     

周向非均匀热流下吸热管熔盐传热数值研究

在塔式太阳能光热发电技术中,非均匀受热吸热管内熔盐流动与传热过程是光-热能量转换的关键环节。建立了周向非均匀加热的吸热管物理模型,通过Fluent软件开展数值计算。采用标准的k-ε,RNG湍流模型求解三维流动N-S方程及能量方程,获取吸热管内熔盐传热特性。结果表明,吸热管周向壁温和努赛尔数呈现明显的非均匀分布特性。对比了数值结果与经验公式计算结果,建议采用Gnielinski公式计算周向非均匀加热条件下吸热管内熔盐对流传热。     

线聚焦光热发电传热流体的优化选择

基于12 MW熔盐菲涅尔光热发电工程,比较了二元熔盐相对导热油作为吸热介质的优势,重点分析了低熔点熔盐相对二元熔盐在线聚焦光热发电中电站防凝运行方面的优势。指出采用熔盐作为吸热介质,因提升了汽轮机主蒸汽的温度,较导热油可获得更高的热电转换效率,同时简化了发电工艺流程;采用低熔点盐作为吸热和储热介质,可降低系统防凝成本、减小储热系统设备投资,同时可减小系统运维风险。     

塔式熔盐太阳能光热电站蒸汽发生器传热数值模拟设计计算

采用数值模拟的方式研究了50 MW塔式熔盐太阳能光热发电蒸汽发生系统蒸发器传热计算过程,利用Fluent软件建立三维模拟,通过合理的假设对蒸发器传热过程进行求解.计算结果表明:计算机数值模拟计算方法能够较好地反应蒸发器的真实传热过程,与传统理论计算、商业软件和实验数据有较好的契合度,表明数值模拟计算方法能够作为一种太阳...     

熔盐塔式太阳能热发电站中蒸汽发生系统水循环方式的对比分析

蒸汽发生系统水循环方式的选择对熔盐塔式太阳能热发电站的投资经济性及安全稳定运行至关重要。对熔盐塔式太阳能热发电站的蒸汽发生系统进行了介绍，对蒸汽发生系统的两种水循环方式——自然循环方式和强制循环方式进行了技术性和经济性对比分析。分析结果表明：在目前熔盐塔式太阳能热发电站采用高温、超高压参数下，自然循环方式及强制循环方式技术路线均能满足熔盐塔式太阳能热发电站蒸发换热的需求；若选择强制循环方式，在设备选型时，应将强制循环泵的结构及运行环境作为重点进行综合分析；结合国内已建成的熔盐塔式太阳能热发电项目的运行经验及太阳能热发电技术的发展趋势，熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的出口主蒸汽压力在亚临界以下(<16 MPa)时，从技术性、经济性及运行维护方面综合考虑，水循环方式推荐采用自然循环方式。以期为熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的设计选型提供参考。     

Modelling and simulation of a molten salt loop of a solar tower power plant in a Modelica environment

CSP（concentrated solar power）系统通过聚焦太阳光进行光热发电,主要工作介质包括导热油及熔盐。由于太阳能的不连续性,为了提供更稳定的能量输出,发展出了采用熔盐为储热工质进行蓄热的系统,该系统同时也提供了与其它能源系统耦合的可行性。该系统的熔盐回路主要由3个部分构成,分别为集热器、高低温储热罐和蒸汽发生器。通过对50 MW塔式太阳能的热发电系统熔盐回路的各个组件的模型进行建立,设计一套与之相应的控制系统,并针对不同工况下,各个组件及整个系统的响应进行了模拟,得出熔盐回路的瞬态响应特性。由于其熔盐回路与熔盐反应堆具有一定的相似性,本研究也可为熔盐反应堆核能综合利用中储能系统提供参考。     

太阳能光热电站有关消防设计问题的探讨

  目的  为太阳光热发电站不同于常规发电厂的系统,制定安全可靠、经济合理的消防设施设计标准,以保障电站的建设和安全运行。  方法  利用现行的国家规范、标准,对太阳能光热电站采用的熔融盐、导热油的特性及其系统设备、建（构）筑物耐火等级进行分析判别;对电站采用的辅助燃料系统和消防给水的有关特殊消防设计问题进行分析探讨。  结果  分析判别固态单体熔融盐火灾危险性为甲类、熔融态熔融盐火灾危险性为戊类,导热油火灾危险性为丙类,熔融盐、导热油系统建（构）筑物的火灾危险性为二级,根据火灾危险性等级提出具体的消防防火措施。  结论  对电站采用熔融盐、导热油的火灾危险性类别分析判别结果符合现行的国家规范、标准,为太阳能光热电站工程的消防设计提供借鉴。     

国标《塔式太阳能光热发电站设计标准》关键共性技术

      目的     塔式光热发电是我国首批太阳能热发电示范项目的主流型式。为了促进科技进步,推动产业发展,有必要对塔式光热发电站的设计进行规范。      方法     在总结分析塔式光热发电站设计经验的基础上,对光热发电设计的共性原则和关键技术进行了研究,给出了适用范围、规模划分、设计寿命等共性原则,重点研究了太阳能资源评估、集热系统与设备、储热系统与设备、自动化系统等关键技术方案。      结果     确定了塔式光热发电站的主要设计方案,给出了发电量估算方法,制定了世界首部太阳能光热发电设计标准《塔式太阳能光热发电站设计标准》。标准为国内塔式光热发电项目的开发、建设和运行提供了技术支撑,其主要内容已经上升为国际标准IEC62862-4-1《塔式太阳能光热发电站设计总体要求》。      结论     标准可对塔式光热发电站的设计提供指导。     

基于高温熔盐储热的火电机组灵活性改造技术及其应用前景分析

[目的]在分析常规火电机组灵活性改造方案存在问题的基础上,提出了一种新型的灵活性改造技术方案,即在传统的"锅炉-汽机"热力系统中嵌入大容量高温熔盐储热系统,削弱原本刚性联系的"炉机耦合",实现火电机组深度调峰和灵活运行.[方法]根据汽、水和熔盐的不同热力特性,利用热力平衡原理,建立了"锅炉-高温储热-汽机"一体化热力系...     

CFETR聚变发电厂的储能技术适用性分析

  目的  中国聚变工程实验堆（CFETR）具有功率周期性输出特性,无法直接满足常规发电设备的稳定连续输入需求,CFETR聚变发电厂需要在核岛和常规岛之间配置针对性的工艺系统。  方法  通过调研光热发电工程应用以及聚变发电相关研究,基于CFETR聚变堆初步预期性能,从储能与补能对比、储能技术类型、储热介质、储热系统方案等方面进行分析讨论。  结果  对于采用水冷包层、氦冷包层的聚变堆,分别推荐配置以氢化三联苯型导热油、Solar salt熔融盐为储热介质的间接式双罐显热储热系统,以保证发电侧系统的稳定连续运行。  结论  上述储能技术方案具备规模化商业应用条件,可为CFETR聚变发电厂的整体设计提供支撑。     

换热工质参数对熔盐蒸汽发生系统性能的影响研究

蒸汽发生系统(steam generation system,SGS)是塔式太阳能热发电站的重要组成部分。采用仿真模拟软件Thermoflex对塔式太阳能热发电站的熔盐SGS进行了建模,并基于实际工程数据验证了所搭建模型的准确性。以此为基础,仿真研究了熔盐SGS的换热工质参数(给水温度、主蒸汽温度、主蒸汽压力)对熔盐SGS性能的影响,其中,水侧温度和压力的变化对熔盐侧参数(熔盐流量、熔盐SGS出口的熔盐温度)和换热设备的换热功率均存在较大影响。研究得到的不同换热工质参数对熔盐SGS性能和整个塔式太阳能热发电站的影响规律可为熔盐SGS的设计提供理论依据。     

基于AspenPlus的兆瓦级燃料电池分布式发电系统建模及仿真分析

  目的  燃料电池分布式发电技术是适应未来能源低碳化、清洁化、高效化发展趋势的重要应用方向。国内燃料电池电站项目较少,缺乏实际项目经验积累。为了推进燃料电池分布式电站技术的应用,文章概述了国内外应用现状,总结了高温燃料电池的优势与不足,调研了国内燃料电池建设应用案例,并建立了固体氧化物燃料电池与熔融碳酸盐燃料电池发电系统流程。  方法  经过文献调研与实地调研,确定了两种适合建设大型电站的燃料电池分布式发电技术,并利用AspenPlus化工模拟软件建立燃料电池系统流程模型、电化学模型和能量分析模型,并开展系统的性能仿真分析。  结果  分析结果与实际运行结果相吻合,分析预测的系统性能趋势与已有研究相一致。  结论  该仿真方法可用于兆瓦级高温燃料电池分布式发电系统的研究,可为扩大燃料电池应用规模提供数据支持。     

压缩空气储能示范进展及商业应用场景综述

    [目的]   近年来,储能技术及储能产业发展受到的关注度持续升温。    [方法]   在此背景下,对压缩空气储能技术及其商业应用场景进行了分析与综述。通过梳理国内致力于压缩空气储能技术示范的研究团队及其技术特点,较为全面地反映了国内压缩空气储能技术的发展方向;在此基础上,介绍了已投运数十年的德国汉特福及美国阿拉巴马州两座商业化压缩空气储能电站的配置参数及运行经验,综述了近年来国内外针对多种新型压缩空气储能技术的示范进展状况。结合压缩空气储能技术梳理、商业化储能电站回顾及新型压缩空气储能技术示范进展综述三方面的工作,可为国内压缩空气储能技术发展及国家多部委大力推动的储能行业发展提供借鉴。最后,从电源侧储能、电网侧储能及用户侧储能三类应用场景分析了压缩空气储能技术的适应性及应用潜力。    [结果]   德国及美国两座商业化压缩空气储能电站数十年的可靠运行经验,检验了压缩空气储能电站长期运行的可靠性。与此同时,国内自500 kW至10 MW等多容量规模压缩空气储能示范工程的先后投建,表明此项储能技术在国内已实现由理论研究阶段向示范验证阶段的突破。    [结论]   在当下政策环境,用户侧峰谷电价政策是较为典型的储能应用场景边界条件,在压缩空气储能技术推广中可以重点考虑。     

抽水蓄能电站与火电厂联合优化运行分析

  [目的]  利用抽水蓄能电站优化火电厂的出力曲线,是提高电力系统经济性的重要手段。  [方法]  建立了抽水蓄能电站与火电厂联合优化运行的数学模型,然后以某实际电力系统为例对联合运行进行了优化模拟。最后探讨了联合运行节煤的内在机理。  [结果]  模拟结果表明抽水蓄能电站与火电厂联合优化运行降低了系统煤耗。  [结论]  建议要充分利用抽水蓄能电站来优化火电厂的出力曲线,提高电力系统运行经济性。     

塔式太阳能-超临界CO2发电系统集成与优化

  [目的]  传统塔式太阳能热发电效率较低,采用超临界CO₂（sCO₂）布雷顿循环集成太阳能发电可有效提高系统效率。  [方法]  采用联立方程法建立塔式太阳能集热发电（CSP）和sCO₂布雷顿循环集成系统的非线性规划数学模型以辅助系统分析与优化。模型包含太阳能集热子系统、sCO₂布雷顿循环以及高精度CO₂状态方程的约束,无需调用外部CO₂物性数据,可实现对集成系统任意数量的设计变量的同步优化。将模型应用于塔式CSP与sCO₂简单回热布雷顿循环和再压缩布雷顿循环系统的案例研究,优化系统并分析设计变量对系统效率的影响。  [结果]  研究结果表明:集成再压缩循环系统最大热效率达29.4%,高于简单循环系统的24.9%。再压缩循环的最优透平入口温度为901 K、最优膨胀比约为3;简单循环的最优透平入口温度为826 K、最优膨胀比皆大于3.2。  [结论]  系统存在最优的透平入口温度,提高透平入口温度可提高系统效率,但过高的温度会导致系统效率下降;系统存在最优膨胀比,膨胀比对集成再压缩循环系统的热效率影响较小,但对集成简单循环系统效率的影响较大。