光-煤互补复合发电系统优化设计及其热力性能分析

摘要

光-煤互补复合发电系统是一种先进的能源综合利用系统，是有望解决能源与环境协调相容以及能源短缺问题和实现人类可持续发展的重要途径。它是在燃煤火电机组设计框架基础上合理集成太阳能热利用系统而组成的一种新型发电系统，是实现太阳能高效、低成本、大规模利用和火电机组节能减排的一个有机整体，具有广阔的应用前景。
　　针对太阳能直接蒸汽发生系统两相流区域存在的流体分层现象及集热管周向上热流密度分布不均匀产生的热应力引起的集热管变型等问题，提出了扩容蒸发式太阳能蒸汽发生系统并构建了其计算模型，该系统管道内为液相水或蒸汽均为单相流，通过数值模拟研究确定其热应力和管道变形均小于两相流，流态易于控制，稳定性较好。
　　基于系统工程观点，在火力发电厂热力系统原有框架结构基础上，构造了典型光-煤互补复合发电系统，定义了组成复合发电系统的三个主、辅热力循环，并依据系统换热部件的能量平衡和质量平衡，经过严谨的数学推演，推导了与系统结构一一对应的光-煤互补复合发电系统的汽水分布通用状态方程，提出了光-煤互补复合发电系统的热经济性分析计算方法，将复杂的分析过程转化为单纯的矩阵运算，矩阵填写规则明确，规律性强。复合发电系统的集成方案一旦确定，根据该方法的构成规则可直接方便地写出其状态方程，经传统方法验证，误差为0.1％，模型可靠，为系统的变工况计算及热经济性分析奠定了理论基础。
　　基于复合发电系统热经济性计算模型，系统分析了太阳能定辐照强度条件下将太阳能集热系统产生的蒸汽采用不同的引入方案对燃煤机组热力性能的影响规律;在此基础上，进行太阳能辅助加热系统对机组运行性能的扰动分析，给出了太阳能集热系统产生的蒸汽对汽轮机一段抽汽的替代量变化时引起的汽轮机级组压力、进汽量、发电功率、热功转换效率、发电热耗率、发电煤耗率等变化规律。为了加强项目决策的科学与正确性、降低项目实施后的风险，对光-煤互补复合发电系统进行了技术经济分析，结果表明，各种太阳能集成模式下的电厂发电成本相差不大，从净现值率与静态投资回收期来看，用太阳能集热系统产生的蒸汽来取代汽轮机的二段抽汽为最好选择，研究成果可为太阳能与燃煤机组互补复合发电系统的工程应用提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 槽式太阳能热发电

1．2．2 光-煤互补复合发电

1．3 主要研究内容

第2章 太阳能直接蒸汽发生系统优化设计

2．1 槽式太阳能直接蒸汽发生系统概述

2．2 槽式太阳能直接蒸汽发生系统优化设计

2．2．1 系统总体设计

2．2．2 槽式太阳能集热器的选择

2．2．3 扩容蒸发式蒸汽发生系统及稳压器的设置

2．2．4 系统数值模拟分析

2．2．5 计算模型的构建

2．2．6 性能分析

2．3 本章小结

第3章 光-煤互补复合发电系统集成机理及建模技术

3．1 系统工程理论

3．1．1 概述

3．1．2 系统工程模型简介

3．2 光-煤互补复合发电系统的集成机理

3．2．1 燃煤机组发电系统的运行特性分析

3．2．2 光-煤互补复合发电系统的优化集成

3．3 复合发电系统热经济性计算模型的建立

3．3．1 系统汽水分布状态的通用计算模型

3．3．2 通用计算模型的构成规则

3．3．3 系统汽水分布状态通用计算模型验证

3．3．4 不同集成模式下的通用计算模型

3．3．5 系统变工况计算模型

3．3．6 系统热经济性指标方程

3．4 计算软件研发

3．5 复合发电系统热经济性分析

3．6 本章小结

第4章 太阳能蒸汽引入对燃煤机组运行性能的扰动分析

4．1 概述

4．2 光-煤互补复合发电系统定辐照特性分析

4．3 光-煤互补复合发电系统变辐照特性分析

4．4 太阳能辅助加热系统对机组运行性能的扰动分析

4．5 本章小结

第5章 复合发电系统的技术经济评价

5．1 技术经济评价

5．1．1 评价指标

5．1．2 评价过程及结果

5．2 敏感性分析

5．2．1 敏感性分析步骤

5．2．2 分析结果

5．3 发电成本分析

5．3．1 单位发电成本计算模型

5．3．2 分析结果

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 论文的主要结论

6．2 后续工作的展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介