太陽(yáng)能發(fā)電效益淺析
          
						
						
						
						
						
          
						
						
					
          					
					 
           
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          太陽(yáng)能發(fā)電效益淺析
           
          2種方案的熱經(jīng)濟(jì)性分析
           
          鍋爐集成太陽(yáng)能熱會(huì)使鍋爐的運(yùn)行工況將發(fā)生變化，燃煤量減少，汽水分配發(fā)生變化，根據(jù)能量平衡和物質(zhì)平衡，鍋爐的減溫水將減少。在機(jī)組定功率并帶額定負(fù)荷、汽機(jī)側(cè)不受影響、鍋爐的出口蒸汽流量與參數(shù)不發(fā)生變化的情況下，由于鍋爐集成太陽(yáng)能熱使減溫水減少的部分(即給水的增加量)，將由減溫水集熱器場(chǎng)加熱至鍋爐給水的溫度。為了便于比較，假定2種方案中的減溫水集熱器場(chǎng)工質(zhì)流量相同，來(lái)比較2種連接方案的熱經(jīng)濟(jì)性。表2給出了2種集成方案的熱經(jīng)濟(jì)性模擬結(jié)果。
           
          1）省煤器前方案中減溫水集熱器場(chǎng)與鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)由于各自工質(zhì)進(jìn)入和離開集熱器場(chǎng)的溫度不發(fā)生變，而在流量發(fā)生變化時(shí)，集熱效率保持不變。省煤器后方案中減溫水集熱器場(chǎng)入口和出口溫度不變，在流量發(fā)生變化時(shí)集熱效率保持不變，但鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)的集熱效率隨流量增大而升高。這主要是由于隨集成太陽(yáng)能熱增加，鍋爐所需燃煤量減少，省煤器出口溫度降低，即鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)入口工質(zhì)溫度降低，而鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)出口溫度不變所致。
           
          2）隨著鍋爐集成太陽(yáng)能熱增加，2種集成方案中鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)和減溫水集熱器場(chǎng)工質(zhì)流量增加。在減溫水集熱器場(chǎng)流量相同時(shí)，省煤器后方案的鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)比省煤器前方案中的工質(zhì)流量大，而集成熱量略低于省煤器前方案。這是因?yàn)楫?dāng)減溫水集熱器場(chǎng)流量相同時(shí)，鍋爐運(yùn)行受到的熱量擾動(dòng)影響相同，但由于省煤器后方案中給水首先經(jīng)過(guò)省煤器，吸收了部分尾部煙氣的熱量，與省煤器前方案相比，集成的熱量小一些。又由于省煤器前方案的鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)工質(zhì)入口溫度低于省煤器后方案的工質(zhì)入口溫度，而省煤器前方案和省煤器后方案的鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)出口溫度相同，因此省煤器前方案的鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)效率高于省煤器后方案，同時(shí)又由于省煤器后方案的鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)中的單位工質(zhì)所需汽化能量小，因此經(jīng)模擬計(jì)算，在減溫水集熱器場(chǎng)流量相同時(shí)，省煤器后方案中鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)工質(zhì)流量比較大。
           
          3）鍋爐集成太陽(yáng)能熱導(dǎo)致鍋爐偏離了設(shè)計(jì)工況，鍋爐效率降低。根據(jù)式(4)—(5)，由于有效太陽(yáng)能熱引入鍋爐系統(tǒng)后，引起的系統(tǒng)不足歸到了太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)。在減溫水集熱器場(chǎng)工質(zhì)流量相同時(shí)，省煤器后方案中鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)由于工質(zhì)經(jīng)過(guò)省煤器后吸收了部分尾部煙氣的熱量，鍋爐效率要高于省煤器前方案，集成太陽(yáng)能熱引起的系統(tǒng)不足低于省煤器前方案。因此，經(jīng)模擬計(jì)算，隨著鍋爐集成太陽(yáng)能熱增加，省煤器前方案和省煤器后方案的有效太陽(yáng)能熱發(fā)電效率降低，但省煤器后方案的有效太陽(yáng)能熱發(fā)電效率高于省煤器前方案。太陽(yáng)能系統(tǒng)發(fā)電效率是集熱器場(chǎng)效率和有效太陽(yáng)能熱發(fā)電效率的共同的作用結(jié)果。隨著鍋爐集成太陽(yáng)能熱增大，省煤器前方案和省煤器后方案的太陽(yáng)能系統(tǒng)發(fā)電效率都降低。在減溫水集熱器場(chǎng)工質(zhì)流量相同時(shí)，省煤器前方案太陽(yáng)能系統(tǒng)發(fā)電效率高于省煤器后方案。這是由于省煤器后方案中減溫水集熱器場(chǎng)的效率較低所致。
           
          技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
           
          LEC計(jì)算
           
          根據(jù)上述分析計(jì)算，在機(jī)組定功率并帶額定負(fù)荷、汽機(jī)側(cè)不受影響、鍋爐的出口蒸汽流量與參數(shù)不發(fā)生變化的情況下，隨著鍋爐集成太陽(yáng)能熱增大，機(jī)組所需燃煤量減少，機(jī)組所需的減溫水量減少，減溫水集熱器場(chǎng)流量增大。如果在減溫水量減少為零時(shí)，仍繼續(xù)增大集成太陽(yáng)能熱量，則機(jī)組所需燃煤量進(jìn)一步減少，根據(jù)能量平衡和物質(zhì)平衡，則鍋爐出口的過(guò)熱蒸汽的溫度將降低，不能保持參數(shù)不變。因此當(dāng)減溫水量為零時(shí)，鍋爐系統(tǒng)集成的太陽(yáng)能熱為最大。但考慮到減溫水對(duì)鍋爐和機(jī)組運(yùn)行的重要性，本文以下分析把減溫水減少為總減溫水量90%時(shí)，鍋爐所集成的太陽(yáng)能熱量視為最大。這樣可保留10%的減溫水的調(diào)節(jié)量，以保證鍋爐與機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定。以呼和浩特地區(qū)太陽(yáng)能輻射資源為例進(jìn)行分析，太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度與所需技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的相關(guān)參數(shù)如表3和表4所示，計(jì)算結(jié)果如表5所示。省煤器前方案和省煤器后方案的集成熱量分別為45.173MW和45.17MW。盡管省煤器后方案的有效太陽(yáng)能熱發(fā)電效率高于省煤器前方案，集成太陽(yáng)能引起的系統(tǒng)不足低于省煤器前方案，但省煤器前方案的年節(jié)約標(biāo)煤量高于省煤器后方案，這主要是由于省煤器后方案工質(zhì)流量較大，泵功消耗較大所致。綜合考慮各因素后經(jīng)模擬計(jì)算，省煤器前方案的LEC為0.689￥/(kWh)，省煤器后方案LEC為0.699￥/(kWh)，低于單純太陽(yáng)能發(fā)電方式(0.14$/(kWh)[12])。如果計(jì)入碳減排收益(文中碳減排收益為CO2減排收益)，則省煤器前方案的LEC為0.663￥/(kWh)，省煤器后方案的LEC為0.673￥/(kWh)。
           
          設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度對(duì)LEC的影響
           
          由于太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度隨時(shí)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度的選取將會(huì)影響鍋爐集成太陽(yáng)能熱的經(jīng)濟(jì)性。省煤器前方案與省煤器后方案隨設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度變化的LEC如圖2所示。隨著設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度增加，2種方案的LEC逐漸降低。這主要是由于輻射強(qiáng)度對(duì)集熱場(chǎng)效率的影響，以及太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)有效運(yùn)行面積變化所造成的(太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)有效面積是指偏離設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度時(shí)，實(shí)際運(yùn)行的太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)面積)，如圖3和圖4所示。當(dāng)太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度時(shí)，鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)有效運(yùn)行面積為設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度下集熱器場(chǎng)面積，而減溫水集熱器場(chǎng)的有效面積小于設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度下集熱器場(chǎng)面積，隨著太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度降低而降低，省煤器后方案減溫水集熱器場(chǎng)的有效面積減少較快；而當(dāng)太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度時(shí)，減溫水集熱器場(chǎng)與鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)的有效面積都小于設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度下集熱器場(chǎng)面積，隨著太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度增大而降低。由于太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)有效面積的變化和集熱器效率隨設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度增大等因素，使太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的LEC降低。根據(jù)圖4所示，設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度應(yīng)該選擇盡可能高的輻射強(qiáng)度，這樣可以減少太陽(yáng)能集熱場(chǎng)面積和投資。而且根據(jù)鍋爐側(cè)集熱器場(chǎng)與減溫水集熱器場(chǎng)面積的變化規(guī)律，減溫水集熱器場(chǎng)可以與汽機(jī)側(cè)、輔機(jī)側(cè)集成太陽(yáng)能熱進(jìn)行優(yōu)化。
           
          其他因素對(duì)LEC的影響
           
          除了設(shè)計(jì)輻射強(qiáng)度的影響外，LEC還受到集熱器成本、煤炭?jī)r(jià)格、碳(CO2)價(jià)格和系統(tǒng)壽命的影響，圖5—8所示。LEC隨單位集熱器成本增大而增大，分別隨煤價(jià)、碳(CO2)價(jià)格和系統(tǒng)壽命增加而降低。
           
          本文作者：趙軍楊昆作者單位：華北電力大學(xué)