太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電與空冷燃煤電站協(xié)同優(yōu)化研究.pdf

1、不斷增長(zhǎng)的能源需求與日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題迫使人們必須對(duì)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)（SUPP）作為一種清潔可再生的能源利用形式已引起廣泛關(guān)注。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，蓄熱成本低，但同時(shí)存在光電轉(zhuǎn)換效率低、發(fā)電成本高的缺點(diǎn)，制約了該種發(fā)電技術(shù)的推廣。因此，本文針對(duì)SUPP系統(tǒng)特點(diǎn)，在優(yōu)化系統(tǒng)綜合性能，提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本上開(kāi)展了兩方面的工作。
　　一是基于傳熱學(xué)和流體力學(xué)理論，建立了理想蓄熱情況下獨(dú)立運(yùn)行的SUPP系統(tǒng)非穩(wěn)

2、態(tài)發(fā)電模型，并提出了一個(gè)新的發(fā)電性能評(píng)價(jià)指標(biāo)——發(fā)電品質(zhì)因子來(lái)綜合評(píng)價(jià)SUPP系統(tǒng)的發(fā)電效率及發(fā)電穩(wěn)定度，通過(guò)研究該指標(biāo)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的綜合性能優(yōu)化。研究結(jié)果表明，SUPP系統(tǒng)的發(fā)電綜合性能隨煙囪高度的增加、集熱棚半徑的減小而提高，而煙囪直徑、集熱棚進(jìn)口高度、蓄熱層厚度則存在最優(yōu)值使發(fā)電性能達(dá)到最優(yōu)?？紤]系統(tǒng)建設(shè)成本后，對(duì)于給定發(fā)電規(guī)模及集熱棚單位面積成本的SUPP系統(tǒng)，存在煙囪高度及集熱棚半徑最優(yōu)值使得系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)

3、性最優(yōu)。
　　二是在獨(dú)立發(fā)電的SUPP系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上對(duì)與燃煤機(jī)組冷端協(xié)同的太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電空冷系統(tǒng)（SUTCPS）的傳熱流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析建模，并對(duì)SUTCPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性及經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明，SUTCPS系統(tǒng)的發(fā)電功率與所配置的渦輪機(jī)壓降、集熱棚半徑及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有關(guān)，且在集熱棚半徑和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度一定時(shí)，存在最優(yōu)渦輪機(jī)的壓降使系統(tǒng)獲得最大的發(fā)電功率。給定上網(wǎng)電價(jià)和集熱棚單位面積成本時(shí)，存在最優(yōu)集熱棚半徑使得系統(tǒng)年凈

4、收益額最大。與660MW燃煤電站協(xié)同的SUTCPS系統(tǒng)集熱棚最優(yōu)半徑為150.7m，其發(fā)電效率可達(dá)2.95％（同尺寸SUPP系統(tǒng)效率為0.17%）。SUTCPS系統(tǒng)在不設(shè)置蓄熱系統(tǒng)的情況下，發(fā)電穩(wěn)定度可達(dá)0.98，優(yōu)于理想蓄熱情況下的SUPP系統(tǒng)。SUTCPS系統(tǒng)與燃煤電站協(xié)同運(yùn)行與利用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空冷的燃煤電站和SUPP系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行相比，煤耗率可降低2.14g/kWh。經(jīng)濟(jì)性方面，該SUTCPS系統(tǒng)發(fā)電成本可低至0.18元/kWh，具有較