槽式太阳能与燃煤空冷机组的集成发电系统热力特性研究

摘要

能源是人类社会发展进步的强大动力，面对当今全球性的能源危机，将新能源与传统化石能源结合利用是能源利用的一大趋势。中国太阳能资源丰富的地区往往存在水资源匮乏的问题，因此本文针对太阳能辅助空冷机组展开研究。将槽式太阳能集热场作为辅助系统引入空冷燃煤发电系统形成集成二者优势互补发电系统，符合“品味对口，梯级利用”的原则，有利于实现机组的节能高效运行，能有效降低太阳能热发电系统的设备成本、运行成本以及原燃煤机组的发电煤耗率，在一定程度上减少了污染物的排放，除此之外，互补系统还具有协助电网消纳新能源、增加汽轮机出力、平抑用电峰谷差和缓解用电高峰时期电力短缺等优势。太阳能辅助燃煤发电技术最早由Zoschak和Wu提出，通过对比太阳能与燃煤机组不同的集成耦合方式说明太阳能辅助给水加热系统在初投资、运行维护和成本回收等方面都具有较好的应用前景。
　　本文主要针对陕西省榆林市某600MW燃煤直接空冷机组开展槽式太阳能辅助直接空冷机组集成系统变工况运行的建模与程序编制，对太阳能辅助发电系统的冷端系统优化与运行热力特性进行研究:基于热力学能量守恒定律和传热单元数法，结合系统关键设备的具体特性编程建立相应模型，在此基础上选取太阳能辅助直接空冷机组的关键边界参数，分析了不同负荷、太阳辐射DNI、环境风速、环境温度等因素对辅助发电系统背压的影响。结果表明，将太阳能作为辅助热源引入集成发电系统后，相较原燃煤机组系统背压略有增加，但增幅不大;集成发电系统背压在一定范围内随太阳法向直射辐照度和环境温度的增大而增大，随风速的增大而减小。基于上述研究成果，本文开展了以汽轮机净功率最大化为目标的背压优化，获得了不同工况下系统的最优背压。结果表明，太阳辐照对最佳背压的影响小于环境温度对最佳背压的影响。本文获得的研究成果可为太阳能辅助空冷机组运行策略的制定提供参考。最后，本文进一步研究了集热面积变化对于集成发电系统年性能的影响，研究结果表明，集热场的光电转换效率随着集热场面积的变换而变化，即随着集热面积的增加，年太阳能发电量和年节煤量随之增加，达到峰值后下降，据此计算得到集热场最佳面积的平准化发电成本是0.11美元/kWh。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作内容

第2章 太阳能与空冷电站的集成发电系统建模

2．1 引言

2．2 槽式集热场的模型建立

2．3 空冷机组建模研究

2．3．2 汽轮机模型

2．3．3 回热加热器模型

2．3．4 直接空气冷却系统模型

2．4 本章小结

第3章 槽式太阳能与直接空冷电站集成发电系统

3．1 引言

3．2 槽式太阳能与直接空冷电站的发电系统集成方案

3．3 模型性能评价

3．4 系统集成编程实现

3．5 本章小结

第4章 槽式太阳能与直接空冷电站互补发电系统冷端系统研究与年热力性能评价

4．1 引言

4．2 年性能评价模型

4．3 多边界条件下的太阳能与直接空冷电站集成发电系统背压敏感性分析和优化

4．3．1 边界参数的选取

4．3．2 槽式太阳能与直接空冷电站的集成发电系统背压敏感性分析

4．3．3 槽式太阳能与直接空冷电站集成发电系统背压优化分析

4．4 槽式太阳能与直接空冷电站的集成发电系统年性能评价

4．4．1 典型日的选取

4．4．2 典型时段和loop数的选取

4．4．4 集热场面积对互补发电系统年性能的影响

4．5 槽式太阳能与直接空冷电站的集成发电系统的冬季防冻

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 研究成果

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢