太阳能辅助燃煤发电技术Word文件下载.docx

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性提出了太阳能辅助燃煤发电技术，该技术同时具备太阳能与燃煤技术的优势，又避免了各

自的不足。

关键词：

太阳能热发电燃煤发电集成发电系统太阳能辅助燃煤发电系统

电力危机在整个世界都是一个大问题。

而且目前条件下可用煤炭燃料是日益减少的而且其产生的功率也在下降。

作为可再生能源，

石油和天然气等化石如太阳能，风能，生物质

能，水能是非常充足，用这些能量代替化石燃料或与化石燃料一起使用会是很明智的。

还

有很多国家依靠不可再生的化石燃料和核燃料发电。

但随着越来越多的化石燃料的耗尽和对燃烧化石燃料对环境的负面影响意识的增加人们对可再生能源的兴

趣也在不断的增涨。

发电变得越来越昂贵并且环境污染成为一个问题。

所以开发和利用可再生能源尤其是太阳能显得尤为迫切和意义重大。

一．太阳能热发电

目前太阳能发电有两种形式，一是光伏发电，既通过半导体的光伏电池直接把太阳辐射能转化为电能；

另一种是利用太阳能集热器将太阳能收集起来，加热水等介质使之产生蒸汽，驱动热力发动机，再带动发电机发电。

也就是说，先把热能转化为机械能，再把机械能转化为电能，由于整个发电系统的热源来自于太

阳能，因而称之为太阳能热发电系统。

与太阳能光伏发电相比,太阳能热发电没有生产太阳能电池带来的高耗能，高污染问题，设备生产过程清洁，发电规模效益好。

太阳能热发电系统与火力发电系统的工作原理基本相同，其根本区别在于热源不同，前者以太阳能为热源，后者则以煤炭，石油，天然气等化石燃料为热源。

因此，首先对火力发电系统原理加以简介。

燃料燃烧产生的热能将锅炉中的水加热产生湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽通过输汽管时继续加热成为干饱和蒸汽，再经过过热器进一步加热成为过热蒸汽。

高温高压的过热蒸汽通过汽轮机喷嘴后，压力和温度降低，体积膨胀，流速增高，热

能转变为动能，推动汽轮机转动，由汽轮机带动发电机旋转发电。

汽轮机排出的

低温低压蒸汽送进凝汽器凝结成水，再送入锅炉循环使用。

图1

火力发电过程中，燃料的热能要经过锅炉、汽轮机和发电机才能转变为电能，在锅炉和汽轮机等处都有能量损失，其热效率只有30％-40％左右。

下图表示蒸汽做功的过程。

图2.蒸汽做功过程

太阳能热发电系统由集热子系统，热传输子系统，蓄热与热交换子系统和发电子系统所组成。

如下图所示：

图3.太阳能热发电系统组成

1.集热子系统

集热子系统是吸收太阳能辐射并转换为热能的装置,主要包括聚光装置，接

收器和跟踪机构等部件。

可用于太阳能热发电的太阳能集热器主要有：

线聚焦集

热器，点聚焦集热器，菲涅尔透镜，塔式聚光集热装置。

不同功率和不同的工作

温度的集热系统有着相应的结构。

其主要包括两个过程：

吸收太阳能；

穿传递热

量。

表1.各种集热器的聚光倍率和工作温度

2.热传输子系统

将集热器收集起来的热能传输送给蓄热子系统。

该系统是指传输热介质的通道系统。

其基本要求为：

传热管道的热损耗小；

热量传输的成本低；

输送传热介

质的泵功率小。

减小热损失的主要方法是：

在输热管道外包上绝热材料，利用热管输热。

3.蓄热与热交换子系统

由于地面上的太阳能受季节，昼夜和云雾，雨雾等气象条件的影响，具有间歇性和随机不稳定性，所以为保证太阳能热发电系统稳定的发电，需装设蓄热装置。

同时为适应电网调度的要求也应装设该系统。

4.发电子系统

由热动力机和发电机组等设备组成，与常规的火力发电大致相同。

但是由于太阳能热发电也有其局限性，受大气环境，日照时间和季节的影响，太阳能辐射具有不稳定性和不连续性，这样就导致太阳能热发电效率较低，成本较高。

因此，太阳能与化石能源结合的集成热发电系统得到了广泛应用，太阳能辅助燃煤发电系统即是集成热发电方式的一种。

二．太阳能辅助燃煤发电

自20世纪90年代以来，欧美等国提出通过太阳能热发电系统的热力性能，以减少太阳能热发电成本，为此，太阳能与化石能源相结合的集成热发电系统得到了广泛关注。

太阳能辅助燃煤发电技术是指将太阳能作为传统燃煤电站的辅助热源，在白天尤其是夏季等日照充足时段，使用聚光集热装置将太阳辐射能收集起来，加热水或通过其他传热介质介质加热水，使之产生蒸汽，驱动汽轮机，再带动发电机发电。

而在阴天，日照不足时使用传统燃煤发电技术。

1.结构

太阳能辅助燃煤发电技术一般由4部分组成：

1燃煤锅炉蒸汽发生系统；

2太阳能集热蒸汽发生系统；

3汽轮机动力系统；

4发电系统。

其中1,3,4部分结合起来即为传统燃煤发电系统，由2,3,4部分结合起来即为单纯太阳能热发电系统。

下图为太阳能辅助燃煤发电系统连接图。

图4.太阳能辅助燃煤发电系统连接图

2.优势

太阳能辅助燃煤发电系统简单来说就是就是由太阳能热发电与燃煤发电的

结合，因此，同时具有太阳能热发电与燃煤发电的优点，又避免了各自单独发电的不足。

①太阳辐射的峰值在正午及夏季，正好与用电峰值相对应，因此，太阳能辅助燃煤发电系统的功率增大型运行方式可以补偿用电高峰时的供电不足。

②太阳能辅助燃煤发电系统若以燃料节省型方式运行，在总输出功率不变时，一部分功率由太阳能提供，则可减少发电煤耗。

③单纯太阳能热发电需要大面积的聚光集热及蓄热装置，因受技术限制，这些装置性能尚不成熟且价格昂贵，而同时他们需要占据大量的土地面积，这些都增加了太阳能热发电的投资成本。

太阳能辅助燃煤发电系统可在已有燃煤机组基础上进行改造运行，且不需要蓄热装置，省去了单独建立太阳能热动力电站的动力发电部分及蓄热系统，大大削减了投资成本。

三.太阳能与燃煤发电系统的混合集成方式

3．1太阳能集热场与锅炉并联的集成方式（饱和过程排列）

下图为太阳能集热场与锅炉并联的集成方式示意图，由图可知，太阳能集热场与传统的燃煤锅炉成平行连接，末级高压加热器输出的水分别集热场和锅炉进行加热，集热器输出饱和蒸汽进入锅炉汽包。

在这种方式下，汽轮机中的做功蒸汽是由太阳能集热器和燃煤锅炉共同加热的，即太阳能集热器代替部分锅炉加热从而减少部分燃煤，同时，做功蒸汽量不变，机组总做功量不变。

图5

3.2太阳能集热场与加热器并联的集成方式（预热过程排列）

太阳能集热场与加热器并联的集成方式是指：

太阳能集热器作为给水加热器运行，连接在凝汽器出口和锅炉入口之间。

在此方式中，太阳能集热器可取代单级加热器，也可取代多级加热器或完全取代单级和多级加热器，将凝结水加热到相应加热器出口相同的温度，然后将此凝结水输送给锅炉。

由于此方式是利用太阳能热辐射进行给水加热，因此减少了抽气量，使汽轮机做功增加。

下图为太阳能集热场取代整个回热系统，将凝结水分为两股，一股送入回热系统，一股送入集热场进行加热，最后两股凝结水汇合在一起输入锅炉。

图6

3.3太阳能集热场与锅炉和加热器并联的集成方式（预热和饱和过程排列）

将上述两种方式相结合，使太阳能集热器与锅炉和给水回热加热器成平行运行。

从凝汽器出口引入低温的凝结水作为集热场入口给水，加热到饱和蒸汽状态输送入锅炉汽包在进一步加热。

在此模式中，汽轮机做功也是增加的，同时减少了化石燃料的消耗。

如下图所示。

图7

四．评价指标

图8

由于太阳能辐射强度随时间不断变化，使集热器效率发生改变，太阳能集热场所释放的能量也改变，最终导致太阳能热发电的效率改变。

当太阳能辐射强度

改变时启动备用锅炉来维持机组总发电量不变，由于在辐射强度小于300W∕㎡

时，太阳能集热器效率很低，可以忽略，因此只考虑辐射强度300W∕㎡以上的情况。

图8为不同集成方式下太阳能辐射强度变化时燃料消耗率的变化。

由上图可以看出，饱和过程排列方式最好，其燃料节省率最高，即燃料消耗率最低，热发电效率也是最高的。

对于预热过程排列的方式，由于集热器出口温度限制，所以太阳能辐射强度达到一定值后，燃料消耗率就不会随着辐射强度的增强而降低了，而是保持一定量。

参考文献

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