槽式太阳能热发电

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1、在与国产30OMW燃煤机组集成为一体化发电系统时，拉萨地区的太阳能热发电成本为O57元/kw.h;如与国产600MW燃煤机组集成， 呼和浩特地区的太阳能热发电成本为:0.750 元瓜 w.h我国在“十一五”期间提出了单位 GDP 能耗下降 20%的节能目标，因此节能工作 得到了政府前所未有的高度重视。作为每年消耗全国煤炭总消耗量近 50%的火 力发电厂，节能任务意义重大。火力发电行业的节能措施主要分为两类 :一是结 构节能，即通过建设高效率、大容量的机组逐步替代原来效率低下的中小机组 ; 二是技术节能，通过采用某些先进的技术对现有机组进行升级改造，例如对汽轮 机通流部分的改造，变频技术的使用等

2、.目前，我国新建的高参数、大容量火电机组的效率已接近或达到国际先进水平， 通过进一步提高参数、增大容量来提高机组效率的途径会受到材料等技术瓶颈的 制约，因此大机组“内部”进一步节能降耗的潜力在逐渐变小，只有通过寻求“外部” 资源才能进一步减少机组对化石燃料的消耗，实现深层次的技术节能，而太阳能 这一可再生能源正是理想的“外部”资源之一。如果将太阳能与常规燃煤电厂相结合，可以利用火电机组调整范围大的优势，省 去太阳能热发电中的蓄热系统和透平系统，达到降低发电成本、实现连续稳定发 电的目的。同时，与其它可再生能源相比，太阳能热发电系统以热作为中间能量 的载体，使之可相对容易地通过热量与燃煤发电方式

3、相祸合。此外，太阳辐射的 峰值在夏季及白天，正好与用电的峰值相对应，从而可以有效减少电网调峰的压 力。可见，太阳能与化石燃料之间存在多方面的互补性，太阳能与燃煤一体化发 电系统作为一种高效、环保、切实可行的方式，具有良好的发展前景。依据太阳能与化石燃料在一体化发电系统中地位的不同，可将太阳能与化石燃 料一体化发电系统分为两大类，即化石燃料辅助太阳能一体化发电系统和太阳能 辅助燃煤一体化发电系统。考虑到实际燃煤锅炉的调整范围（设计可调整范围为 50%一 100%，实际运行调整范围为 70%一 100%），巨额的太阳能场初投资以 及一体化发电作为一种新的发电技术.SSCEG是在燃煤机组设计的框架上

4、，合理 集成太阳能热利用系统的发电技术.就燃煤发电而言，这种发电技术为进一步实 现燃煤电站的深度节能提供了方向，可有效减少燃煤电站的污染物及温室气体排 放，可用以增加燃煤电站的峰值功率，为我国太阳能资源丰富地区中小机组的升 级改造提供了出路;就太阳能热发电而言，这种发电技术不仅可降低太阳能热发 电的投资及相应的投资风险，而且减少了太阳能热发电的运行维护费用，可提高 太阳能的热电转换效率及改善太阳能热发电的电能质量，为太阳能热发电的规模 化创造了条件。国内外研究动态（一）混合热发电系统研究动态 太阳能热发电的历史始于上世纪五十年代，原苏联设计并建造了世界上第一座太 阳能塔式热发电试验装置。20

5、世纪70 年代初石油危机后，世界主要发达国家如 美国、西班牙、德国、瑞士、法国、意大利和日本等都逐步开始大规模太阳能热 发电的研究厂相继建造了容量等级在 0.025一 80Mw 之间、不同发电方式的太 阳能热发电站，并取得了大量成果。sEGS和SOLARONE、SOLARTWO等 都是那个时期著名的太阳能热发电站.。 2009 年4月全球在建的聚光式太阳能热 发电项目容量达1.2GW，到2014年拟建项目容量总计达13.9GW.欧盟的成员国如西班牙、意大利和德国对于聚光式太阳能热发电（CsP）技术表现 了极大的兴趣。于2004年通过的西班牙皇家法案436/2004，对CSP技术给予 了一系列的

6、优惠政策，到2010 年底，西班牙在建和拟建的太阳能热发电项目达 到22个，总计容量为IO37MW。其中包括了于2008年11月建成的Andasol 一 1 项目， 2009 年 4 月建成的 PS20 项目和欧洲第一台商业化运营的塔式太阳 能热发电站PslO项目等。意大利通过了一个预算高达IOOM佗、用于研究CsP 技术的发展方案。德国在2001 年开始了一项关于高温太阳能热发电技术、金额 达 10.5M 它的研发计划。另外，欧盟还建有用于试验太阳能热发电技术的两大 试验基地，法国的odeilfo和西班牙的PSA。其中，在PSA开展了大量的试验 项目 如:用于试验DSG技术的nxss、nIS

7、S 2、mDxTEP;用于试验EuroTrough 集热器技术的 EuroTrough、 Eur0Trough11、和 Andasol;以及 SoLAIR、 SOLGATE、EURODISH、SOLASYS、SOLZINC 等项目。2002年，美国国会要求能源部在2006年前，对美国新建CSP太阳能热发电技 术容量达到1000Mw的目标作出研究报告。同年，s&L（sargeni&Lundy）研究团 体对美国的太阳能热发电技术进行了技术评估，评估得出 :考虑到太阳能热发电 技术的持续进步、热发电装置元件的规模生产和单元机组容量增大因素后，太阳 能热发电的成本可降至3.5 6us。ents瓜Whl

8、5l。目前，西班牙EHN团队与 美国Dukesolar（现在的solargenix nengy）合作，寻求在美国内华达建造15Mw 抛物面 槽式 项目 的机会。 2003 年 l 月 ， sierrapacifieResourees 宣布与 solargenixEnengy 公司签订合同，在内华达建造抛物面槽式太阳能热发电站， 用以提供50MW电力。另外在亚利桑那州还拟建造一台容量为IMW、采用ORC 热机的抛物面槽式太阳能热发电.IsEos(Iva npahsolarEleetri。oen erat in gsystem) 是美国拟在莫哈韦沙漠建造的容量达 400MW 的大型聚光式太阳能热发

9、电站;除 此之外，莫哈韦太阳能园是Solei公司拟在美国建造的全球最大的太阳能热发电 站，到2011年全部建成投运后，发电容量可达553MW。以色列在 2001 年 11 月确定了在未来几年内， CSP 太阳能热发电技术是以色列 电力市场战略组成部分的重要地位，提出这种太阳能热发电技术的最小发电量要 达到looMwel7。另外，澳大利亚、阿尔及利亚等政府也提出了发展太阳能热发 电技术的目标，对太阳能热发电技术的研究及应用给予了积极的支持。除此之外， 中东、南非、南美等地区的许多国家如:巴西、南非、纳米比亚、印度、约旦和 伊朗等对太阳能热发电技术也表现出极大的兴趣，针对太阳能热发电站的建造进 行

10、了大量的技术评估和可行性分析.1997年，国际能源署IEA的solarR八CES 根据能源可持续发展战略，将太阳能与化石能源相结合的集热式太阳能复合热发 电系统(solar Hybridsystem)列为二十一世纪近期和中期太阳能热利用的发展 目标。整体太阳能联合循环系统( I S C Cs) 、太阳能预热空气、太阳能重整甲烷以 及由瑞士、以色列等国提出的先进的高温太阳能煤气化动力系统等都属于最新 的集热式太阳能复合热发电系统。整体太阳能联合循环系统(IsCCS)IsCCS 是抛物面槽式太阳能集热技术与现代的燃气蒸汽联合循环复合的热发电 技术，图 1 1 给出了抛物面槽式太阳能集热技术与单倍压

11、再热燃气蒸汽联 合循环复合的系统。T囚燃料集热装置气轮机蒸憨主器余热锅炉汽轮机图 1 一 1 太阳能集热技术与燃气蒸汽联合循环复合的系统该系统中做功工质的流程为，给水通过预热后，一路进入蒸汽发生器，利用太阳能集热器场收集的太阳热量来加热，产生微过热蒸汽。其中太阳能集热器场既 可采用塔式集热器场，也可采用槽式集热器场。另一路进入余热锅炉继续加热在 余热锅炉的过热器前两路汇合，其余的流程与单独燃气一蒸汽轮机联合循环相同 该系统中太阳能蒸汽发生器提供了燃气蒸汽联合循环中余热锅炉生产蒸汽所需的部分热量。该文将复合热发电系统分为两种类型 :燃料节省型和功率增大型。 燃料节省型系统中，太阳能取代燃料加热部

12、分给水，发电量不变，燃料量降低。 功率增大型系统中，太阳能和化石燃料共同加热给水，燃料量不变，蒸汽量增加， 这样要求更替原来的蒸汽轮机，使其出力提高.:对于功率增大型系统，蒸汽轮机 增容幅度的最佳范围为 25%一50%;通过对三种概念系统的功率增大型、燃料节 省型和单纯太阳能热发电方式的经济性比较得出 :功率增大型相比燃料节省型优 越;在当时的塔式技术条件下，燃料成本在一8.9 - 15.0$舰Wh或2.6、4.4$/MBtu时，采用功率增大型复合热发电方式具有经济性，燃料成本的确切数 据和比较的对象是煤还是天然气有关。（二）太阳能预热空气 太阳能预热空气系统是在常规的燃气循环中，利用太阳能集

13、热装置加热其中的 空气，从而达到利用太阳热能的一种方式。一般的系统流程为 :空气经压气机进 入塔式太阳能接收器，当被加热至一定温度时，送入燃烧室与常规燃料按一定的 比例混合燃烧，生成合成气体，之后引入布雷顿循环发电。该系统一般选用塔式 集热装置，与槽式集热装置相比，塔式集热装置可以将空气加热到更高的温度8009。当然，太阳能预热空气系统也可以用于预热常规燃气一蒸汽联合循环系 统中的空气，此时相当于一种ISCCS系统。该系统以德国教育部资助的 REFOS 项目最为典型。该项目中，进入燃气轮机燃 烧室的高压空气在中央接收器中被预热到 800910009，太阳能热发电效率可 达到20.6%。除此之外

14、，还有以色列政府1995年资助的9ONSOLAR，,项目 和 2001年欧洲委员会第五计划资助的“S0LGATE,工程。“SOLGATE,工程在西班牙南部的 PSA 太阳能试验基地成功地进行了试验，在该工程中，太阳能集热系统采用了塔式集热装置，该塔式装置串联有三个接收器，热容量为O.3MW。压缩空 气依次经过这三个接收器，分成三个阶段吸收太阳能热量，温度由 2969最终加 热到8109。该系统中太阳能集热装置热效率达到77%。与太阳能用于朗肯循环的复合发电系统相比，太阳能预热空气系统中工质被太阳能加热到更高温度，工质做功能力增强，系统热效率增加，系统投资回收期也 有望进一步降低。但是，接收器高

15、温运行对设备的材质要求比较高。（三）太阳能重整燃气 太阳能重整燃气是在单纯燃气循环的基础上，集成太阳能热利用系统，提供燃气重整所需的热量，通过改变燃气化学成份提高燃气品质的发电系统。目前可分为两类，传统的太阳能重整燃气和加入化学链的太阳能重整燃气。 (1)传统的太阳能重整燃气传统的太阳能重整燃气循环中，太阳能作为高温热源提供甲烷重整所需热量，将 太阳热能转化成燃气的化学能，当燃气以更高的品质引入常规燃气循环后，提高 了系统效率。重整反应中可以选择HZO或者CO:与甲烷反应，反应式如下：主反应为:CH4+ZHZO3H2+ZCO 或 CH4+COZ2H2+2CO;副反应为:CO+HZOHZ+CO

16、Z;下面以图1一2为例介绍一下太阳能重整燃气系统的流程。姦应器太阳辐射朗肯f布雷顿朗肯图1 一2太阳能重整燃气系统该系统选用水与甲烷发生重整反应。甲烷在引入系统后、首先需要经过预热器，在预热器中预热后进入混合装置与 水混合;水在进入混合器之前，首先需要经过水处理，在与冷凝器过来的冷凝混 合之后经过省煤器、蒸发器预热、蒸发，生成饱和气体进入混合装置。甲烷和的 混合物在过热器中过热后最终进入反应器，在太阳能的作用下重整。重整后的合 气体HzO、CO:和CO可用于预热下一级的反应物，再经冷凝器降温后进入燃烧 室，通过布雷顿循环或者布雷顿一朗肯联合循环发电。SOLASYS项目是最早进行太 阳能重整燃气系统的试验项目，在该项目中，建立了 300kw的太阳能重整示范 电站。SOLASYS项目于1998年启动，2001年4月投入运行，该