太陽能輔助燃煤機組的經(jīng)濟性分析

注：本文節(jié)選取自“定功率下太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性分析”（《中國電機工程學報》2016年第9期，郭民臣，等）

將太陽能與燃煤機組相結(jié)合，既可解決太陽能單獨發(fā)電利用時能量密度低、波動大等帶來的問題，還可以實現(xiàn)能量的梯級利用，與獨立發(fā)電系統(tǒng)相比節(jié)省發(fā)電設(shè)備的投資。燃煤機組工質(zhì)的溫度跨度大，使得太陽能和燃煤發(fā)電機組的集成方案靈活多樣，不必再開發(fā)新的發(fā)電機組太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)的投資小，不必增加動力設(shè)備，適合用于太陽能資源豐富，且周邊存在大量可利用戈壁、灘涂的西北地區(qū).

太陽能輔助燃煤機組一般由燃煤鍋爐蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、汽輪機動力系統(tǒng)、太陽能集熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)組成，太陽能輔助燃煤機組的集成方案主要是由燃煤鍋爐蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和太陽能集熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的耦合方式?jīng)Q定的.回熱系統(tǒng)引入的太陽能熱量會排擠抽汽，而被排擠的抽汽回到汽輪機中繼續(xù)做功，若要維持汽輪機功率不變，則系統(tǒng)的熱耗量以及煤耗量都將相應(yīng)地減少.

下面為一種典型的太陽能輔助燃煤機組的抽汽系統(tǒng)圖。

以某亞臨界300 MW雙缸雙排汽凝汽式機組在額定工況下運行為例，計算油冷卻型太陽能集熱逐級代替熱力系統(tǒng)某段部分抽汽的熱經(jīng)濟性。汽輪機類型為N300-16.65/538/538，共有8 級抽汽，其中第1—3 級抽汽分別供給#1—#3 高壓加熱器，第5—8 級抽汽分別供給#5—#8 低壓加熱器，再熱器之前的抽汽共有2 級，疏水方式采取逐級自流式。

計算基于熱耗變換系數(shù)理論進行。據(jù)此理論，機組熱耗的變化量等于引入到抽汽的熱量與相應(yīng)級抽汽熱耗變換系數(shù)的乘積。該300 MW機組各級抽汽的熱耗變換系數(shù)的計算結(jié)果如表1 所示。

分析表明，定功率條件下，當太陽能代替抽汽的位置一定時，熱耗率和煤耗率的降低量均與太陽能提供的外熱量成正比。不同太陽能提供的外熱量由2 MW 升高到10 MW，逐級替代各級抽汽時，全廠煤耗率的變化規(guī)律如圖2 所示

可見，外熱量為10 MW 時代替第8 級部分抽汽熱耗率和煤耗率分別降低19 kJ/(kW⋅h) 和0.70 g/(kW⋅h)；而代替部分第1 級抽汽汽輪機組的熱耗率和發(fā)電標準煤耗率則分別降低105 kJ/(kW⋅h)和3.98 g/(kW⋅h)。即綜合考慮太陽能集熱所代替抽汽的量和品質(zhì)，數(shù)量大、參數(shù)高時機組熱經(jīng)濟性更好。

無論采用槽式還是平板型集熱器，工程造價與設(shè)備面積是成正比的。按“溫度對口，梯級利用”的原則，平板型太陽能集熱器適合于中低溫集熱應(yīng)用，最佳集熱溫度范圍為30～80℃，可用于替代最末兩級的部分低壓抽汽。槽式太陽能集熱器適合于高溫集熱應(yīng)用，集熱溫度達到400 ℃時，還可以保持較高的集熱效率，可用于代替除最末兩級低壓抽汽的其他級部分抽汽。下表為按上述思路計算得到的結(jié)果。得到同樣的外熱量的條件下，代替#1-#6時，集熱器造價上升，但代替#7抽時，造價反而下降，原因是#1-#6抽使用的是槽式太陽能集熱器，價格高，而#7-#8抽，使用的是平板型集熱器，價格低。

綜合分析表明，雖然相同集熱量時，代替#8 抽汽的集熱造價最低，但是由于煤耗率降低幅度小，代替#8 抽汽時單位煤耗率降低量所需的集熱造價達到最高為2 657 萬元/(g/(kW⋅h))，而代替#1 抽汽時最低為791 萬元/(g/(kW⋅h))，則從這個角度考慮，太陽能代替部分第1 級抽汽時，系統(tǒng)的經(jīng)濟效益最好。

與君共勉：隱逸林中無榮辱，道義路上無炎涼。