（热能工程专业论文）槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成模式研究.pdf

- 。一 s t u d yo nh i g h e f f i c 小盯n 兀e g r a n o nm o d eo ft h e p a ra b o l i ct r o u g hc o l l e c t o r sa n dt h 匣c o a l f i r e d p o w e rg e n e r a n o ns y s t e m b y z h a n gm i n g z i b e ( t i a n j i ni n s t i t u t eo fu r b a nc o n s t r u c t i o n ) 2 0 0 7 at h e s i ss u b m i t t e di np a n i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g t h e r m a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl ij i n p i n g j u n e ，2 0 l l 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：易研日期：a 叫年 7 月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者签名： 导师签名： 溯蟓 奄金冬 日期：却年易月矿日 日期：加，年6 月汐日 目录 摘要i a b s t r a c t 】 i i 第1 章绪论l 1 1 课题背景1 1 2 国内外研究及发展现状。2 1 2 1 国外研究及发展现状2 1 2 2 国内研究及发展现状7 1 3 困内外研究发展现状总结及对本课题的启示。9 1 4 本课题研究的目标、思路、内容和意义。9 1 4 1 研究目标9 1 4 2 研究思路9 1 4 3 研究内容1 0 1 4 4 研究意义1o 第2 章抛物面槽式集热器最佳工作温度研究1 1 2 1 太阳能与化石燃料混合热发电系统类型1 l 2 1 1 太阳能与朗肯循环联合一1 1 2 1 2 太阳能与布雷顿循环联合一1 3 2 2 抛物面槽式集热器的技术发展17 2 3 抛物面槽式太阳能集热器 作原理及结构2 2 2 4 抛物面槽式太阳能集热器的最佳工作温度2 4 2 5 本章小结2 6 第3 章集成模式的提出及其热力性能分析2 7 3 1n 3 0 0 m w 燃煤机组热力系统2 7 3 1 1 机组简介一2 7 3 1 2 机组原始工况热力系统计算2 7 3 2 燃煤机组变工况理论3 0 3 3 混合发电系统的宅要热经济指标3 2 3 4 混合发电系统的集成模式的提出一3 3 3 5 混合发电系统集成模式的热力性能分析3 6 3 5 1 槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统热力学建模一3 6 3 5 2 热力性能分析结果3 7 3 6 本章小结4 0 第4 章基于火用及火用经济学分析的集成机理研究4 1 4 1 火用分析一4 1 4 1 1 火用分析评价指标。4 l 4 1 2 燃煤机纤 热力系统基础火用分析。4 2 4 1 3 混合发电机组火用分析及结果分析一4 6 4 2 火用经济学分析4 8 4 2 1 基本原理及概念4 9 4 2 2 热经济学建模5 0 4 3 本章小结5 8 第5 章太阳能辅助燃煤热发电系统经济性能分析6 0 5 1 不同容量等级 5 2 技术经济性分 5 3 本章小结 结论与展望。 1 结论6 4 2 尚待解决的问题一6 5 3 仓u 新点6 6 4 展望6 6 参考文献6 7 致谢7 6 附录a 攻读学位期间发表的论文7 7 附录b 攻读学位期间获奖情况一7 8 硕卜学伊论文 摘要 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。当前，世界各国普遍以石油、 天然气和煤炭等化石燃料为基础能源。随着世界化石能源的日益枯竭和化石能源 造成的环境污染和生态破坏问题的凸显，世界各国日益重视太阳能、生物质能、 风能等可再生能源的开发利用。 太阳能热发电技术是规模化开发利用太阳能的一种方式，具有广阔的发展前 景。作为目前唯一商业化的太阳能热发电技术，槽式太阳能热发电已经有了一定 的推广应用。然而，由于太阳能的间歇性和不稳定性，槽式太阳能热发电技术的 推广应用受到了严重束缚。太阳能与化石能源互补发电是克服这种束缚的一种有 效方法。在国内外关于槽式太阳能热发电和燃煤电厂集成发电研究的基础上，本 课题遵循“温度对口，能量梯级利用 原则，结合槽式太阳能集热特点和火力发 电特点，提出了基于槽式太阳能集热器最佳工作温度的槽式太阳能集热与燃煤热 发电的高效集成模式，构建了槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统模型，分 析了系统的热力性能和热经济性。 本课题的主要研究内容和成果如下： 1 基于槽式太阳能集热器最佳工作温度的槽式太阳能集热与燃煤热发电的 高效集成模式的提出及在3 0 0 m w 槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统的应 用。在槽式太阳能集热器和燃煤机组集成的太阳能热发电系统中，太阳能集热器 的集热效率随工质工作温度的升高先升高而后降低，而热动力循环的效率随工质 工作温度的升高而升高。因此，槽式太阳能集热器必然存在最佳工作温度。为此， 本课题提出了基于槽式太阳能集热器最佳工作温度的槽式太阳能集热与燃煤热 发电的高效集成模式，构建了3 0 0 m w 槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统 模型。研究结果表明：太阳辐射强度为6 0 0 w m 2 时，集热器最佳工作温度为3 0 6 5 5 ，此时槽式太阳能集热取代锅炉受热面时，混合热发电系统的热经济性能远好 于取代各段抽汽集成模式，太阳能热发电效率为4 4 7 ，节省煤耗1 7 4 9 k w h ； 对于利用直接换热型集热器的混合发电系统，集热器出【j 参数相同时，给水泵引 出至集热器场加热的热经济性耍高f 凝结水泉出口引出；无论是采用直接型或间 接换热型集热器，太阳能热量用于取代高参数的抽汽加热高温水的吸热时，其热 经济性要优越于取代低参数抽汽的吸热。 2 在热力学建模的基础上，利用热力学第二定律及热经济学结构理论构建 了3 0 0 m w 槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统的热经济学模趔。以两种集 成模式为例，对槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统的热经济学性能进行分 槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成模式研究 析。结果表明，不同集成模式，随着太阳能集热器场加热工质温度的提高，不同 于集热器热效率先升高后降低的趋势，其火用效率呈逐渐提高的趋势，热经济性 能越好，然而，单位非能量成本和单位热经济学成本却越高。与单纯燃煤机组中 的各组元相比，太阳能集热器场的单位热经济成本较高；太阳能辅助燃煤混合发 电系统的单位热经济学成本要高于单纯燃煤机组。这说明降低太阳能场的热经济 学成本对提高太阳能辅助燃煤热发电系统的经济性具有十分重要的意义。 3 针对我国典型的2 0 0 m w 和6 0 0 m w 燃煤机组，进行了槽式太阳能集热与 燃煤机组混合发电系统的热力性能分析与计算。以单位发电成本作为经济性评价 指标，对太阳能辅助燃煤热发电系统发进行技术经济性分析。结果表明，在相同 的太阳能辐射强度下，与大容量等级燃煤机组集成时，太阳能热电转换效率高， 当槽式太阳能集热与6 0 0 m w 燃煤机组集成为混合发电系统时，太阳能热发电效 率为3 8 4 ；当与相同容量的燃煤机组集成时，在文中设定的条件下，取代全部 高加抽汽集成模式的热发电效率要略高于取代1 段抽汽集成模式，然而取代1 段抽汽的单位发电成本低于取代全部高加抽汽系统，经济性能较好，单位发电成 本为o 6 9 元k w h ，仍略高于单纯燃煤发电成本0 5 8 元k w h 。 本课题的创新点有： 1 基于槽式太阳能集热器最佳工作温度的槽式太阳能集热与燃煤热发电的 高效集成模式的提出。 2 揭示了2 0 0 m w 、3 0 0 m w 和6 0 0 m w 槽式太阳能集热与燃煤机组的高效 集成模式。 槽式太阳能集热与燃煤机组的高效集成有效克服了太阳能的间歇性和不稳 定性对槽式太阳能热发电技术推广应用的束缚。本课题提出的基于槽式太阳能集 热器最佳工作温度的槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成模式在太阳能与 化石能源：互补发电领域有重要的学术价值，对槽式太阳能集热与燃煤热发电集成 发电有重要的参考价值，对大规模开发利用太阳能，推动能源、环境和人类经济 社会的可持续发展有重要的意义。 关键词：槽式太阳能热发电；燃煤发电；最佳工作温度；高效集成模式；热经济 陛； 硕七学伊论文 a bs t r a c t e n e r g y i sa ne s s e n t i a lm a t e r i a lb a s i s f o rh u m a ns u r v i v a la n d d e v e l o p m e n t r e c e n t l y , f o s s i lf u e l ss u c ha so i l ，n a t u r a lg a sa n dc o a la r eu e da sb a s i c r e s o u r c e s a st h ef o s s i le n e r g yi sd y i n gu pd a yb yd a ya n dt h eo u t s t a n d i n go ft h e p r o b l e m sr e l a t e dt oe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n de c o l o g i c a ld a m a g e c o u n t r i e si nt h e w o r l da r ep a y i n gm o r ea t t e n t i o nt ot h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fr e n e w a b l e e n e r g ys u c ha ss o l a re n e r g y ，b i o m a s se n e r g ya n dw i n de n e r g y s o l a rt h e r m a l p o w e rg e n e r a t i o nt e c h n o l o g y i sam e a no f l a r g e s c a l e d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fs o l a re n e r g y ，a n dh a sab r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t t h es o l a rp a r a b o l i ct r o u g hp o w e rp l a n th a sb e e ns p r e a d e da n da p p l i c a t e da st h eo n l y c o m m e r c i a ls o l a rt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i o nt e c h n o l o g yn o w a d a y s h o w e v e r ，d u et o t h ei n t e r m i t t e n ta n di n s t a b i l i t yo fs o l a re n e r g y , t h e s p r e a d a n da p p l i c a t i o no f p a r a b o l i ct r o u g hs o l a rp o w e rg e n e r a t i n gt e c h n o l o g yi ss e v e r e l yf e t t e r e d s o l a r f o s s i l f u e lh y b r i dp o w e rs y s t e mi sa ne f f e c t i v em e t h o dt oo v e r c o m et h ep r o b l e mt h a t i n t e r m i t t e n ta n di n s t a b i l i t yo fs o a l re n e r g y b a s e do nt h ep r i n c i p l eo f “m a t c h i n go f t e m p e r a t u r e sf o rc a s c a d eu t i l i z i n gt h ee n e r g y a n dr e s e a r c ho fs o l a rs u p p o r t e d c o a l - f i r e de l e c t r i cg e n e r a t i o ns y s t e mb o t ha th o m ea n da b r o a d ，c o m b i n e dt h ef e a t u r e o fp a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o ra n dc o a l - f i r e de l e c t r i c g e n e r a t i o ns y s t e m ，s o l a r s u p p o r t e dc o a l - f i r e de l e c t r i cg e n e r a t i o ns y s t e mw a sp r o p o s e dw h e nt h eo p t i m u m t e m p e r a t u r eo fp a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o ri sr e a c h e d t h ei n t e g r a t e dm o d eo fs o l a r s u p p o r t e d c o a l - f i r e de l e c t r i c g e n e r a t i o ns y s t e m w a s c o n s t r u c t e d ，a n d t h e p e r f o r m a n c eo ft h e r m a la n dt h e r m o - e c o n o m i cw a sa n a l y z e d t h em a i nr e s e a r c ht o p i c sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 b a s e do nt h eo p t i m u m t e m p e r a t u r eo fp a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o r ，t h e h i g h e f f i c i e n ti n t e g r a t e dm o d ew a sp r o p o s e da n da p p l i e di nac o n v e n t i o n a l3 0 0 m w c o a l f i r e du n i t i nt h ei n t e g r a t e dm o d e ，t h et h e r m a le f f i c i e n c yi n c r e a s ef i r s ta n dt h e n d e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s i n go fw o r k i n gt e m p e r a t u r eo fc o l l e c t o r , h o w e v e r ，t h e e f f i c i e n c yo ft h e r m a lp o w e rc y c l ei sq u i t et h eo p p o s i t e h e n c e ，t h e r em u s tb et h e o p t i m u mw o r k i n gt e m p e r a t u r eo fp a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o r t h eh i g h e f f i c i e n t i n t e g r a t e dm o d ef o rac o n v e n t i o n a l3 0 0 m wc o a l f i r e du n i tw a sp r o p o s e da n d t h e r m o d y n a m i cm o d e lw a sc o n s t r u c t e di n t h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a t ，w h e n s o l a ri r r a d i a t i o ni s6 0 0 w m z ，t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r eo fc o l l e c t o r si s3 0 6 5 5 t h e t h e r m a lp e r f o r m a n c eo fi n t e g r a t e dm o d ei sb e s tw h e nt h eh e a t e ds u r f a c eo fb o i l e r r i 槽式太阳能集热0 燃煤热发电的高效集成模式研究 曼皇曼曼曼曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼鼍皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼璺鼍曼曼曼量舅曼曼曼曼鼍皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼皇曼曼蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼 r e p l a c e db yt h eh e a te n r g yc o l l e c t e db yt r o u g hc o l l e c t o r s ，t h a ts o l a r t o - e l e c t r i c i t y c o n v e r s i o ne f f i c i e n c yi s4 4 7 a n dc o a l - s a v i n gc o n s u m p t i o ni s17 4 9g k w h a tt h e s a m eo u t l e tt e m p e r a t u r eo fc o l l e c t o r s ，t h et h e r m a lp e r f o r m a n c eo fw a t e re x t r a c t e d f r o mt h ef e e dw a t e rp u m pi sb e t t e rt h a nt h a ti n t e g r a t e dm o d ew h o s ew a t e re x t r a c t e d f r o mc o n d e n s a t ep u m pf o rd i r e c ts o l a rg e n e r a t i o ns y s t e m w h e t h e rd i r e c to ri n d i r e c t h e a te x c h a n g e rt y p es o l a rc o l l e c t o r ，w h e ns o l a rh e a ti su s e dt or e p l a c et h ep a r a m e t e r s e x t r a c t i o no fh i g he n d o t h e r m i ct oh e a th o tw a t e r , i t st h e r m o e c o n o m i e si ss u p e r i o rt o t h a tr e p l a c et h ee n d o t h e r m i co ft h el o w p a r a m e t e re x t r a c t i o n 2 b a s e do nt h es t u c t u r a l t h e o r yo ft h e r m o e c o n o m i c sa n dt h es e c o n dl a wo f t h e r m o d y n a m i c s ，t h et h e r m o e c o n o m i cm o d e lo f30 0 m ws o l a rs u p p o r t e dc o a l f i r e d e l e c t r i cg e n e r a t i o ns y s t e mw a sc o n s t r u c t e d t w oi n t e g r a t e dm o d e sw e r et a k e na s e x a m p l et oa n a l y z et h e r m o e c o n o m i c sp e r f o r m a n c e t h er e s u l t ss h o wt h a t ，w h e nt h e t e m p e r a t u r eo ft h ew o r k i n gf l u i dh e a t e db yc o l l e c t o ri se n h a n c e d ，e x e r g ye f f i c i e n c y h a v ei m p r o v i n gt e n d e n c yg r a d u a l l ya n dt h et h e r m o e c o n o m i c sp e r f o r m a n c ei sb e t t e r ， n o td i f f e r e n to ft h et e n d e n c yt h a tt h et h e r m a l e f f i c i e n c yo fc o n c e n t r a t o ri n c r e a s ef i r s t a n dt h e nd e c r e a s e h o w e v e r , t h eu n i tn o n e n e r g yc o s ta n du n i te x e r g ye c o n o m i cc o s t b e c o m eh i g h e r c o m p a r e dt oc o a l f i r e du n i t s ，t h eu n i te x e r g ye c o n o m i cc o s to fs o l a r f i e l di sh i g h e ra n dt h eu n i tt h e r m a l e c o n o m i cc o s to fi n t e g r a t e dm o d ei sh i g h e rt h a n c o a l - f i r e d o n l ys y s t e m i ts h o w st h a tr e d u c i n gt h et h e r m a l e c o n o m i ec o s to fs o l a r f i e l di s v e r ys i g n i f i c a n t f o ri m p r o v i n gt h ee c o n o m i c a l p e r f o r m a n c eo fs o l a r s u p p o r t e dc o a l f i r e de l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ns y s t e m 3 a c c r o d i n gt ot w oc l a s s i c a l2 0 0 m wa n d6 0 0 m wc o a l - f i r e du n i t s ，t h et h e r m a l p e r f o r m a n c eo fs o l a rs u p p o r t e dc o a l - f i r e de l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ns y s t e mi sa n a l y z e d a n dc a l c u l a t e d t h eu n i tc o s to fg e n e r a t ee l e c t r i c i t yw a si n t r o d u c e dt oa n a l y z ea n d a s s e s st h et e c h - e c o n o m i c a lp e r f o r m a n c eo fi n t e g r a t e dm o d e t h er e s u l t ss h o wt h a t ， i nt h es a m es o l a rr a d i a t i o ni n t e n s i t y , a n di n t e g r a t e dw i t hl a r g e c a p a c i t yc o a l f i r e d u n i tl e v e l ，t h es o l a r t h e r m a lc o n v e r s i o ne f f i c i e n c yi sh i g h e r t h es o l a r - t o - e l e c t r i c i t y c o n v e r s i o ne f f i c i e n c yi s38 4 w h e nt h ei n t e g r a t e dm o d ef o rac o n v e n t i o n a l6 0 0 m w c o a l f i r e du n i t w h e ni n t e g r a t e dw i t hc o a l f i r e du n i t so ft h es a m ec a p a c i t y ，w i t ht h e c o n d i t i o n ss e t e di nt h i sp a p e r t h et h e r m a lp o w e re f f i c i e n c yo fr e d u c i n g1 撑b l e d s t e a mi ss l i g h t l yh i g h e rt h a nt h ei n t e g r a t e dm o d e l h o w e v e r ，t h eu n i t g e n e r a t e e l e c t r i c i t yc o s to fr e d u c i n g1 撑b l e ds t e a mi sl o w e rt h a nt h a to fr e d u c i n ga l lt h eh i g h p r e s s u r eb l e ds t e a m s ，w h o s ee c o n o m i c a lp e r f o r m a n c ei sb e t t e r t h eu n i tg e n e r a t e e l e c t r i c i t yc o s to fr e d u c i n gl 撑b l e ds t e a mi s0 5 8y u a n k w ha n di ss l i g h t l yh i g h e r t h a nc o a l f i r e do n l ys y s t e mw h o s eu n i tg e n e r a t ee l e c t r i c i t yc o s ti s0 58y u a n k w h t h ei n n o v a t i o no ft h i sp a p e r c a nb el i s t e da sf o i l o w s ： 1 t h eh i g h 。e f f i c i e n t i n t e g r a t e dm o d eo fp a r a b o l i c t r o u g hc 0 1 1 e c t o r sa n d c o a l - 行r e dp 。w e rg e n e r a t i o nw a sp r o p 。s e db a s e d 。nt h e o p t i m u mt e m p e r a t u r eo f p a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o r 2 t h eh i g h e f f i c i e n t i n t e g r a t i o nm o d e sf o r2 0 0 m w 、3 0 0 m wa n d3 0 0 m w c o n v e n t i o n a lc o a l f i r e du n i t sw e r er e v e a l e d 1h em g h - e f f i c i e n ti n t e g r a t e dm o d eo f p a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o r sa n dc o a l - f i r e d p o w e rg e n e r a t l o no v e r c o m e se f f e c t i v e l yt h e f e t t e ro fs p r e a da n d a p p l i c a t i o no f p a r a b o l l ct r o u g hs o l a rp o w e rg e n e r a t i n gs y s t e md u et oi n t e r m i t t e n ta n di n s t a b i l i t vo f s o l a re n e r g y t h eh i g h - e f f i c i e n t i n t e g r a t e dm o d eo fp a r a b o l i ct r o u g hc o l l e c t o r sa n d c o a l f l r e dp o w e r g e n e r a t i o nb a s e do nt h eo p t i m u mt e m p e r a t u r eo fp a r a b o l i ct r o u g h c o i l e c t o r1 s a c a d e m i c a l l yv a l u a b l ei nt h ef i e l do fs o l a r f o s s i l f u e l h y b r i dp o w e r s y s t e ma n dh a sa ni m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u ef o rt h ei n t e g r a t e dm o d eo f p a r a b o l i c t r o u g hc o i l e c t o r sa n dc o a l - f i r e d p o w e rg e n e r a t i o n i ti s v e r ys i g n i f i c a n tf o r l a r g e 。s c a l ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n o fs o l a ra n d p r o m o t i n gs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fe n e r g y ，e n v i r o m e n ta n ds o c i a lh u m a n i t v k e yw 。r d s ：p a r a b 。l i ct r o u g hs 0 1 a rp o w e r g e n e r a t i n gs y s t e m ；c o a i f i r e dp 。w e r p l a n t ；t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r e ；h i g h e f f i c i e n ti n t e g r a t e dm o d e ；t h e r m a l e c o n o m i c p e r f o r m a n c e v 硕卜学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 常规化石能源短缺、能源和环境矛盾日益突出等已成为影响人们生 活和制约社会发展的严重问题，因此节能减排已经成为全世界发展的必 要措施。 在我国，能源消费以煤为主，作为每年消耗全国煤炭总消耗量近5o 的火力发电厂，节能任务意义重大。火力发电行业的节能措施主要分为 两类：一是结构节能，即通过建设高效率、大容量的机组逐步替代原来效 率低下的中小机组；二是技术节能，通过采用某些先进的技术对现有机组 进行升级改造，例如对汽轮机通流部分的改造，变频技术的使用等。目 前，我国新建的高参数、大容量火电机组的效率已接近或达到国际先进 水平，通过进一步提高参数、增大容量来提高机组效率的途径会受到材 料等技术瓶颈的制约，因此大机组“内部 进一步节能降耗的潜力在逐 渐变小，只有通过寻求“外部 资源才能进一步减少机组对化石燃料的 消耗，实现深层次的技术节能。太阳能作为可再生的清洁能源，是理想 的替代能源之一。如果我们能够把太阳能生产的热量引入常规燃煤电厂， 即采用太阳与燃煤一体化发电，必将为火电厂的技术节能开辟一条新的 途径。 众所周知，太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，但由于其随 季节、昼夜、气象等因素的变化而变化，因而仅用太阳能作为唯一热源 要实现连续、稳定的发电，需要建立庞大的蓄热系统，从而使发电成本 大幅提高。太阳能发电主要有两种方式，即太阳能光伏发电和太阳能热 发电。当前这两种技术虽然均有商业化的业绩，但投资大、成本高仍然 是影响太阳能发电技术规模化应用的主要障碍。国外相关研究表明，相 对。f 光伏发电而言，太阳能热发电能够实现电网大容量供电，是太阳能 大规模利用的有效途径之一。据闷际能源署预测，在这两种太阳能发电 技术中，太阳能热发电技术被认为是未来发电成本有望接近化右燃料发 电的技术，具有良好的发展前景【l 。6j 。如果将太阳能与常规燃煤电厂相结 合，可以利用火电机组调整范围大的优势，省去太阳能热发电中的蓄热 系统和透平系统，达到降低发电成本、实现连续稳定发电的目的。同时， 与其它可再生能源相比，太阳能热发电系统以热作为中间能量的载体， 一 槽式太研1 能集热与燃煤热发电的离效集成梭式研究 使之可相对容易地通过热量与燃煤发电方式相耦合。 考虑到实际燃煤锅炉的调整范围( 设计可调整范围为5 0 10 0 ，实 际运行调整范围为7 0 10 0 ) ，巨额的太阳能场初投资以及一体化发电 作为一种新的发电技术，本文进行了太阳能辅助燃煤一体化发电 ( s s c e g ) 系统的研究。s s c e g 是在燃煤机组设计的框架上，合理集成 太阳能热利用系统的发电技术。研究这种发电技术的主要意义在于：就燃 煤发电而言，这种发电技术为进一步实现燃煤电站的深度节能提供了方 向，可有效减少燃煤电站的污染物及温宅气体排放，可用以增加燃煤电 站的峰值功率，为我国太阳能资源丰富地区中小机组的升级改造提供了 出路；就太阳能热发电而言，这种发电技术不仅可降低太阳能热发电的投 资及相应的投资风险，而且减少了太阳能热发电的运行维护费用，可提 高太阳能的热电转换效率及改善太阳能热发电的电能质量，为太阳能热 发电的规模化创造了条件。 1 2 国内外研究及发展现状 1 2 1 国外研究及发展现状 太阳能热发电站主要有塔式、槽式和碟式三种。由于聚光方式不同， 塔式和碟式主要用于高温发电，槽式用于中温发电。2 0 世纪7 0 年代初石 油危机后，世界主要发达国家如美国、西班牙、德国、瑞士、法国、意 大利和日本等都逐步开始大规模太阳能热发电的研究厂相继建造了容量 等级在0 0 2 5 8 0 m w 之间、不同发电方式的太阳能热发电站，并取得了大 量成果l 卜1 2j 。 美国与以色列联合的l u z 公司于19 8 0 年开始研制开发槽式线聚焦系 统，5 年后实现了产品化，可生产l4 8 0m w 的系列化发电装置。该公司 于19 8 5 19 91 年间先后在美国加利福尼亚州南部m o j a v e 沙漠地区建成的 9 座大型商用槽式抛物面镜线聚焦太阳能热发电系统( s e g s i se g s i x ) ， 是这一类型的典型。从l9 8 5 年至l9 91 年在美因加州沙漠建成的槽式太 阳能热电站，总装机容最35 4mw ，并且并网发电，年发电总鼍10 8 亿 千瓦时。9 个电站都与南加卅i 爱迪生电力公司联网，其系统效率己提高到 13 6 。遗憾的足，19 91 年冈l u z 公司破产而使计划中断。19 91 年以后 由于燃料价格的下降，没有再兴建大型槽式太阳能发电站。 l9 9 8 年，欧盟框架计划资助西班牙的p l a t a f o r m as o l a rd ea l m e r i a 开 发新一代抛物线聚光镜( 被称为e u r ot r o u g h ) ，旨在提高系统的发电效 率和降低系统的成本。该系统在荚国加州太阳能热发电站的基础上，对 2 硕卜学伊论文 系统中的组件不断进行技术改进，取得显著成效。到2 0 0 3 年l2 月，该 基地槽式聚光发电能力已经达到2 8m w 。其研究中心基地设在西班牙南 部a l m e l i a 地区。从事高温热利用研究的人员有近百人，欧洲各国在中心 工作的留学生约有8 0 人。目前在西班牙完成的长l0