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《华北电力大学》 2015年
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太阳能辅助燃煤机组发电系统性能研究及技术经济评价

毛剑  
【摘要】:太阳能作为可再生能源技术的首要发展方向之一,已受到越来越多的重视,但现有太阳能热发电的高成本阻碍了其自身发展。将太阳能产生的热量引入常规燃煤电厂,一方面可利用燃煤电站调整范围大、透平系统效率高的优势,节省单纯太阳能热发电所需的大型蓄热和透平系统,大幅度降低太阳能热发电成本,实现太阳能热发电规模化、低成本的开发利用,另一方面也可进一步促进燃煤电站的节能减排。因此,研究高效、规模化的中低温太阳能与常规燃料互补发电技术是近、中期太阳能热发电发展的一个重要突破口。本论文主要对太阳能辅助燃煤发电系统的不同集成方案和运行模式进行优化研究,通过建模对太阳能集热系统和辅助燃煤发电系统的热力性能进行定量分析,并对互补发电系统的技术经济性进行评价,主要从以下几个方面进行研究:首先,基于太阳能辐射理论,研究了槽式抛物面太阳集热场热损失模型,结合北京、银川、拉萨三个地区的实际气象数据,从气象环境、设计布置、运行状况等角度对集热场性能进行研究,分析得出太阳法向直射辐射(Direct Normal Irradiance, DNI)、温度、风速、集热场列间距、工质温度、吸热管真空度等因素对集热场效率的定量影响程度。其次,基于燃煤机组变工况理论,建立了互补发电系统的热力学模型,对太阳能集热场取代不同回热抽气的集成方案进行了热力性能分析和计算,得出了最佳集成方案。研究了互补发电系统中太阳能热发电的火用效率,结合性能测试数据,分析了火用效率随DNI、油水换热器的换热温差及集热器工作温度变化的关系曲线,得到了该LS-2型集热器最佳工作温度及对应的最佳替代方式。同时,引入了能源平均成本(Levelized Energy Cost, LEC)作为评价指标,对集热器的工作温度作了进一步的优化,得出LEC随DNI及换热温差变化的关系曲线,从经济性能角度得到该型集热器在不同DNI、替代方式下的最佳换热温差条件及对应的集热器工作温度。再次,在燃煤机组集成方案的基础上,结合经济性与工程可行性,提出了槽式太阳能集热场串联和并联替代原有燃煤机组三级高压加热器两种集成方案。基于太阳能辅助燃煤发电系统在不同运行工况和模式下的性能变化,对互补发电系统在汽轮机额定出力工况(Turbine Heat Acceptance, THA、75%THA及50%THA工况下的运行性能进行分析,研究了不同集成方案下互补发电系统节能效果的变化规律。分析了当辐射强度偏离设计点时,不同集成方案和运行模式下系统的性能变化情况。基于互补发电系统的年性能分析,研究了在不同太阳能直射辐射资源条件下,集热场面积变化对太阳能辅助燃煤发电系统的性能影响,得出经济性最佳的集成方案和集热场面积。以典型的300MW亚临界、600MW超临界、1000MW超超临界燃煤发电机组为研究对象,进行不同容量燃煤机组集成方案的热力性能研究。并将相关研究结论应用于太阳能集热场设计。最后,通过示范项目的实际案例,剖析了示范项目的投资结构,运用技术经济的基本原理,对太阳能辅助燃煤机组互补发电系统进行了定量的分析评价,以内部收益率、总投资收益率作为技术经济性评价指标,得到了影响项目经济效益的敏感性指标,为项目投资决策提供了系统和客观的依据。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM61

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【参考文献】
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