太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度确定方法

摘要

本发明涉及太阳能辅助燃煤发电系统技术领域，特别是一种太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度确定方法，步骤S101：确定子系统，将太阳能辅助燃煤发电系统以蒸汽膨胀到的压力划分为若干子系统；步骤S102：构建一个加热段与原热力循环相同的理想循环过程，确定此理想循环在各子系统对应两压力之间对外做功；步骤S103：子系统做功中太阳能与燃煤贡献度，确定子系统中蒸汽在对应压力之间膨胀做功中太阳能与燃煤的贡献度；步骤S104：太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度确定，根据各个子系统中太阳能与燃煤的贡献度确定太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度。采用上述方法，最大限度减少耦合对太阳能和燃煤各自发电能力的影响，体现各自本质的做功能力。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能辅助燃煤发电系统技术领域，特别是一种太阳能辅助燃煤 发电系统中太阳能贡献度确定方法。

背景技术

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，取 代传统燃煤机组的抽汽、用以加热给水或通过其他传热介质加热给水，被取代 的蒸汽回到汽轮机中做功，再带动发电机进行发电，从而实现太阳能热发电与 传统燃煤发电系统的耦合，也就是说，先把太阳辐射能转化为介质的热能，再 将热能转化为机械能，最后把机械能转化为电能；而在阴天、夜晚等日照不足 时使用传统燃煤发电技术。

辅助发电系统使太阳集热场与燃煤机组共用透平等设备，降低了燃煤机组 煤耗，同时克服了太阳能随时间分布不连续的特点，极具发展潜力。

然而，由于太阳能和燃煤同时以热量的形式向太阳能辅助燃煤发电系统提供 能量，因此区分太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能和燃煤各自发电量成为一个 重要问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种快速确定太阳能辅助燃煤发电系统 中太阳能贡献度的方法。

为解决上述的技术问题，本发明一种太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献 度确定方法，包括以下步骤，

步骤S101：确定子系统，将太阳能辅助燃煤发电系统以蒸汽膨胀到的压力划 分为若干子系统；

步骤S102：构建一个加热段与原热力循环相同的理想循环过程，确定此理想 循环在各子系统对应两压力之间对外做功；

步骤S103：子系统做功中太阳能与燃煤贡献度，确定子系统中蒸汽在对应压 力之间膨胀做功中太阳能与燃煤的贡献度；

步骤S104：太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度确定，根据各个子系统 中太阳能与燃煤的贡献度确定太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度。

进一步的，所述步骤S103中太阳能贡献度确定包括各子系统做功损失修正， 各子系统做功损失修正包括子系统火用损失E_D、对应压力下转移到其他子系统 做功的火用输出E_out、其它子系统转入本子系统做功的火用输入E_in。

更进一步的，所述步骤S103中子系统实际对外做功W＝(E_in+E_ideal)-(E_D-E_out)， 其中E_ideal为理想循环对应压力下的收益火用。

进一步的，所述步骤S102中构建的理想循环任意两压力之间对外做功为W_X-Y＝ (h_X’-h_Y’)-(h_X-h_Y)＝(h_X’-h_X)-(h_Y’-h_Y),其中T为沿等压线的 蒸汽温度，s为沿等压线的熵。

进一步的，所述步骤S101中以蒸汽膨胀到的压力划分子系统为将相邻两抽 汽压力之间的汽轮机和对应的回热系统作为一个子系统。

采用上述方法后，理想的蒸汽循环不但表现了蒸汽的最大做功能力，且理想 循环下，以太阳能和燃煤独自构成的循环做功作为其各自贡献度的确定方法能 最大程度地减少不同来源的热量耦合对评价模型的影响，体现各自本质的做功 能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的太阳能辅助燃煤发电系统的结构示意图。

图2a为本发明子系统理想循环做功T-s示意图。

图2b为本发明理想的太阳能辅助发电系统中贡献度T-s示意图。

图3为本发明第2子系统理想循环T-s示意图。

具体实施方式

本发明一种太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度确定方法，包括以下步 骤，

步骤S101：确定子系统，将太阳能辅助燃煤发电系统以蒸汽膨胀到的压力划 分为若干子系统。如图1所示，以太阳集热场耦合某“3高4低1除氧”的600MW 燃煤机组为例，依据8段抽汽压力将实际循环的做功及回热过程分为9个子系 统。相邻两抽汽压力之间的汽轮机和对应的回热系统作为一个子系统，例如， 从主汽压力到第一段抽气压力的汽机做功过程为第一子系统，从第一段抽气压 力到第二段抽气压力的汽机做功及第一段抽气回热过程为第二子系统，以此类 推。各子系统是以蒸汽膨胀到的压力来划分的，各子系统做功中太阳能和燃煤 的贡献度即是蒸汽在对应压力之间膨胀做功中太阳能与燃煤的贡献度。

步骤S102：子系统压力做功，构建与实际系统加热段相同的理想循环过程， 确定子系统循环任意两压力之间对外做功。任意两压力之间对外做功为W_X-Y＝ (h_X’-h_Y’)-(h_X-h_Y)＝(h_X’-h_X)-(h_Y’-h_Y),其中T为沿等压线的 蒸汽温度，s为沿等压线的熵。如图2a所示，2-3为加热过程，3-4为汽机中的 做功等熵膨胀过程，4-5为凝汽器中的放热过程，5-1-2为等熵压缩过程。同时， 5-1-2过程任意压力下压缩消耗的功由3-4过程对应压力下做的功来提供，这与 实际循环中的回热系统具有相同的作用，都是使工质回到加热过程的起始点。 此循环在任意两压力P6、P7之间对外做功为：

W_6-7＝(h_6'-h_7')-(h₆-h₇)   (2-1)

上式可化为：

W_6-7＝(h_6'-h₆)-(h_7'-h₇)   (2-2)

由于6-6’为等压过程，所以有：

$h_{6\prime }-h_6=\underset{6-6\prime }{\int }\mathrm{dh}=\underset{6-6\prime }{\int }\mathrm{vdp}+\mathrm{Tds}---(2-3)$

$h_{6\prime }-h_6=\underset{6-6\prime }{\int }\mathrm{Tds}---(2-4)$

同理有：

$h_{7\prime }-h_7=\underset{7-7\prime }{\int }\mathrm{Tds}---(2-5)$

由此可见，此循环在任意两压力P6、P7之间对外做功等于T-s图上6-6’-7’-7 围成的面积，即图2a所示的阴影部分。

步骤S103：子系统做功中太阳能与燃煤贡献度，确定子系统中蒸汽在对应 压力之间膨胀做功中太阳能与燃煤的贡献度。如图2b所示，1-2为太阳能加热 段，2-3为燃煤加热段。由以上分析可知，1-2太阳能加热段独自构成的理想热 力循环1-2-5-8-1与2-3燃煤加热段独自构成的理想热力循环2-3-4-8-2对外 做功之和等于理想循环1-3-4-5-1对外做功之和，且在任意压力P6、P7之间都 有：两个独立循环在此压力之间对外做功之和等于理想循环1-3-4-5-1在此压 力之间的对外做功。由此，可以认为，在如图2b所示的理想循环中，太阳能(或 燃煤)发电量等于太阳能(或燃煤)加热段独自构成的理想循环的发电量，且 理想辅助发电系统中，蒸汽从任意的压力P6膨胀到任意的压力P7，太阳能(或 燃煤)做的功等于其加热段独自构成的理想循环中蒸汽从P6膨胀到P7时对外 做的功。可见，无论耦合什么样的燃煤加热过程，理想循环中太阳的发电量及 太阳能火用转化为功的过程只取决于太阳能加热段本身和蒸汽膨胀到的压力。 这样的评价模型在计算太阳能(或燃煤)的发电量时不依赖其耦合的其它加热 过程，体现了太阳能(或燃煤)本质的发电能力。

同样，也可以按蒸汽膨胀到的压力将理想循环划分为若干个子系统。由以上 分析可知，当实际系统的汽机膨胀过程和给水加热过程都无火用损时，各子系 统中太阳能与燃煤各自的发电量为加热过程相同的理想循环对应压力的子系统 中太阳能与燃煤做的功。

以上基于理想循环的评价方法很好地排除了耦合对太阳能与燃煤各自发电 量评价的影响。因此，从独立的理想循环出发，将实际系统的火用损作为一种 修正手段，减少耦合的影响，使评价模型尽可能地接近太阳能(或燃煤)各自 独立构成热力循环时的发电能力。

实际系统存在不可逆因素造成的火用损失，将实际系统中的某一子系统对 外做功同理想循环对应压力的子系统对外做功作比较，差异源于三个方面。第 一，实际系统存在不可逆过程造成的火用损失E_D。第二，实际系统由于重热现 象等原因使一部分理想循环中能在对应压力下转化为功的火用E_out，要转移到其 它子系统中做功。第三，由于各级都有E_out的存在，因此必然也有其它子系统的 火用E_in进入本子系统转化为功的情况。E_in与理想循环对应压力下的收益火用 E_ideal之和为假设本子系统无火用损时的最大收益火用。E_D与E_out之和为本子系统 由于不可逆因素减少的收益火用，有：

(E_in+E_ideal)-(E_D+E_out)＝W    (2-6)

其中，W为子系统实际对外做功。由于转移入某一子系统的火用E_in与本子 系统做功量相比很小，因此，从简化计算的角度出发，可以认为进入其它子系 统的火用E_in完全转化为了功而没有火用损，只有本子系统理想循环对应压力下 转化为功的火用参与了火用损失与火用转移。由此，式(6)可以化为：

E_ideal-E_D-E_out＝(W-E_in)    (2-7)

在此基础上认为同一子系统中，火用损E_D和转移入其它子系统的火用E_out中 太阳能和燃煤火用的比例与理想循环对应压力下的收益火用E_ideal中比例相同，即 式(7)中等式左侧三项中太阳能与燃煤贡献度相同。由此可得，各子系统火用 损中太阳能与燃煤火用之比即为理想循环中对应压力下的子系统中太阳能做功 与燃煤做功之比。

步骤S104：太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度确定，根据各个子系统 中太阳能与燃煤的贡献度确定太阳能辅助燃煤发电系统中太阳能贡献度。通过 分别计算出各子系统中的火用损和理想循环中各子系统对应压力下的做功量， 可以求出系统火用损中来自太阳能的量。给水在集热系统中获得的火用与蒸汽 循环中太阳能用损之差即为蒸汽对外做过中来自太阳能的量。

以太阳能辅助某国产600MW凝气式机组为例，对于第2子系统，其火用损 为：

$E_{D,2}=\underset{\mathrm{in},2}{\Sigma }E-\underset{\mathrm{out},2}{\Sigma }E---(3-1)$

其中，是流入第2子系统的火用流；是流出第2子系统的火用流， 包括了第2子系统做的功。

与此机组加热段相同的理想循环如图3所示。第2子系统理想循环对应压 力下太阳能做功w_s和燃煤做功w_c分别为：

w_s＝(h₆-h₇)-(h₄-h₅)    (3-2)

w_c＝(h₈-h₉)-(h₆-h₇)    (3-3)

由此可得第二子系统火用损中太阳能比例为：

$x_2=\frac{w_s}{w_c+w_s}---(3-4)$

同理计算出第1-9子系统中火用损与各子系统对应的理想循环下对外做功 中太阳能比例，则太阳能总火用损为：

$E_{D,s}=\underset{k=1}{\overset{9}{\Sigma }}{E}_{D,k}{x}_k---(3-5)$

太阳能做的功为：

W_s＝E_s-E_D,s    (3-6)

其中，E_s为工质在太阳能加热段获得的火用。

太阳能发电量为：

W_e,s＝W_sη_mη_g    (3-7)

其中，η_m为机械效率，η_g为发电机效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理 解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离发 明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。