太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

蔡翔

摘 要：隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)需求的明顯提升和人們對(duì)能源認(rèn)識(shí)的逐漸加深，燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目逐漸增多，太陽(yáng)能等新型能源得到了有效開(kāi)發(fā)，有效滿足電力需求增長(zhǎng)，使能源結(jié)構(gòu)更加合理，為社會(huì)發(fā)展提供動(dòng)力支持的同時(shí)創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在此過(guò)程中具備高效利用、低程度消耗、不產(chǎn)生直接環(huán)境破壞的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，而且在此過(guò)程中得到較快發(fā)展，文章結(jié)合此聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)分析，為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展而努力。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)；燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；應(yīng)用

前言

為滿足人們生產(chǎn)生活對(duì)電力供應(yīng)的需求，發(fā)電企業(yè)不斷嘗試在利用傳統(tǒng)能源的同時(shí)加大新型能源利用，達(dá)到不影響社會(huì)正常發(fā)展的前提下，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、保護(hù)自然環(huán)境的目的，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能和天然氣兩種能源進(jìn)行了有效的利用，符合現(xiàn)代發(fā)展理念，所以對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用研究具有重要的實(shí)際意義。

1 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)主要指利用太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)水箱、抽水泵等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)接受太陽(yáng)輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的系統(tǒng)，其將自然界中存在的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成供人類生產(chǎn)生活所需的電能、熱能；當(dāng)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)應(yīng)用于ISCC電站中，其聚光集熱系統(tǒng)由槽形拋物面聚光器、線聚焦接收器、跟蹤機(jī)構(gòu)等部件組成，目前我國(guó)已建成的太陽(yáng)能集熱場(chǎng)大部分采用槽式拋物面集熱器陣列，其屬于單軸對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤的系統(tǒng)，以軸線為組裝諸多拋物線型反射鏡的太陽(yáng)能集熱器的分布依據(jù)，呈南北方向水平布置，在此基礎(chǔ)上根據(jù)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)其由東向西進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)散落于集熱器上的太陽(yáng)光集中于處于拋物線焦點(diǎn)線上的高溫太陽(yáng)能真空集熱管中，與其相連接的熱導(dǎo)介質(zhì)會(huì)使其內(nèi)部存儲(chǔ)的太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱量傳輸至高溫高壓過(guò)熱蒸汽發(fā)生器，轉(zhuǎn)換后的高溫高壓過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，為充分利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱量，在進(jìn)行管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要結(jié)合直接返回、反向返回和中心供給三種形式[1]。

2 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)技術(shù)在發(fā)電項(xiàng)目中的使用可以大幅度地提升熱力發(fā)電廠的熱效率，使發(fā)電過(guò)程對(duì)環(huán)境的破壞作用明顯降低，據(jù)研究顯示利用此技術(shù)其發(fā)電效率比傳統(tǒng)的燃煤電廠高出17%，而二氧化碳等有害氣體的排放量?jī)H為其40%左右，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于ISCC電站，其主要由燃?xì)廨啓C(jī)，蒸汽輪機(jī)、余熱鍋爐及發(fā)電機(jī)等部件組成，壓氣機(jī)在運(yùn)作的過(guò)程中會(huì)連續(xù)地從外界吸入空氣致使其內(nèi)部氣壓上升，而且內(nèi)部空氣會(huì)隨著運(yùn)作的持續(xù)進(jìn)行而升高，由內(nèi)部氣壓不斷增大而被迫流進(jìn)燃燒室，使其內(nèi)部燃?xì)廪D(zhuǎn)化成高溫、高壓燃?xì)?，其在透平中受溫度及空氣影響不斷膨脹，產(chǎn)生透平和壓氣機(jī)把天然氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能的動(dòng)力，值得注意的是在這個(gè)過(guò)程中所產(chǎn)生的熱能中有一部分會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，在燃?xì)廨啓C(jī)的排氣被傳輸至余熱鍋爐后，在加熱工質(zhì)作用下，會(huì)與太陽(yáng)能即熱系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽共同進(jìn)入汽輪機(jī)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，由此可見(jiàn)，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可以在發(fā)電領(lǐng)域聯(lián)合使用[2]。

3 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

我國(guó)巴彥淖爾、拉薩、三亞等地區(qū)都屬于太陽(yáng)能資源和天然氣資源相對(duì)豐富的地區(qū)，所以利用聯(lián)合太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電具有可能性，由于太陽(yáng)輻射到地球大氣表層的輻射總量基本呈恒定穩(wěn)定不變狀態(tài)，所以利用太陽(yáng)赤緯、太陽(yáng)時(shí)角、日天文輻射總量、月天文輻射總量、日照百分率、實(shí)際太陽(yáng)能輻射量、瞬時(shí)輻射值等有效的公式可以對(duì)其進(jìn)行較精確的計(jì)算，通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)巴彥淖爾、拉薩、三亞雖光照強(qiáng)度優(yōu)越，但太陽(yáng)輻射能量不穩(wěn)定、風(fēng)速較大，ISCC這種將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的電站比單純的太陽(yáng)能發(fā)電更有保證[3]。

作為可再生能源的太陽(yáng)能和作為清潔能源的天然氣作為主要燃料的環(huán)保電站可以直接選址于城市及其周圍，參與電力供應(yīng)調(diào)峰，這是傳統(tǒng)熱電站所不具備的優(yōu)勢(shì)，而且為供熱、制冷等熱電生產(chǎn)相關(guān)項(xiàng)目的開(kāi)展提供了可能，結(jié)合我國(guó)能源利用梯級(jí)的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效能源的充分利用。另外，由于電力需求由人類的生產(chǎn)作息規(guī)律直接決定，而人類的生產(chǎn)作息又以自然界中太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)為依據(jù)，所以電力需求通常表現(xiàn)出白天高于夜晚，午夜達(dá)到最低的特點(diǎn)，這與太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度變化具有較強(qiáng)的相似性，所以利用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)共同參與調(diào)峰可以改變傳統(tǒng)單一燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)參與調(diào)峰時(shí)24小時(shí)運(yùn)行中存在8小時(shí)未滿負(fù)荷運(yùn)行和單純太陽(yáng)能發(fā)電完全依賴太陽(yáng)輻射強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)峰的缺點(diǎn)，在白天時(shí)充分利用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)發(fā)電，在夜晚時(shí)利用儲(chǔ)能即可完成調(diào)峰任務(wù)，彌補(bǔ)太陽(yáng)能熱發(fā)電負(fù)荷不穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)沖擊大等缺點(diǎn)，也有效緩解了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化對(duì)設(shè)備造成的損害，起到了進(jìn)一步節(jié)約燃料的作用。

但太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的共同應(yīng)用的過(guò)程中需注意太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱面積、溫度變化、輻射強(qiáng)度等都會(huì)對(duì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成影響，例如當(dāng)集熱面積達(dá)到32000平方米時(shí)，相應(yīng)的太陽(yáng)能輻射會(huì)達(dá)到近900瓦每平方米，太陽(yáng)能部分發(fā)電總量達(dá)為15.20MW，ISCC電站的凈熱效率達(dá)到55%，當(dāng)集熱器面積上升為原集熱面積二倍64000平方米時(shí)，太陽(yáng)能部分發(fā)電總量達(dá)為30.20MW，ISCC電站的凈熱效率變成近60%，由此可見(jiàn)，太陽(yáng)能部分的各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)隨著集熱面積的增加而明顯呈現(xiàn)出上升的浮動(dòng)趨勢(shì)；除此之外，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的ISCC電站使用了可再生的太陽(yáng)能資源，使單位電能的生產(chǎn)所使用的天然氣明顯降低，這不僅大幅度地減少了污染氣體和溫室氣體的排放，使電力生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的破壞性明顯降低，而且也避免了單純太陽(yáng)能系統(tǒng)為保證電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定輸出所要支付的高額費(fèi)用[4]。

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)除應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域外，在集中供熱、建筑等領(lǐng)域也得到了有效的應(yīng)用，例如憑借與建筑立面易結(jié)合、便于安裝運(yùn)行維護(hù)、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于承壓系統(tǒng)和二次循環(huán)系統(tǒng)的平板太陽(yáng)能集熱器，現(xiàn)階段常被應(yīng)用于建筑陽(yáng)臺(tái)、分體別墅、集中集熱分戶儲(chǔ)熱、集中集熱集中儲(chǔ)熱等多種太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中，由此可見(jiàn)其仍存在較大發(fā)展空間。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)都屬于對(duì)新型能源開(kāi)發(fā)利用方面的成果，其在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，有效地緩解了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與電力供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，這是社會(huì)發(fā)展、人們思想觀念轉(zhuǎn)變的重要體現(xiàn)，所以應(yīng)積極挖掘其實(shí)際應(yīng)用潛力，為社會(huì)發(fā)展提供能源動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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