太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

李靜

摘要：為了能夠有效提高燃煤電廠的熱經(jīng)濟(jì)性或者降低資源消耗，引入太陽能集熱場(chǎng)來加熱燃煤機(jī)組進(jìn)行給水處理。太陽能輔助燃煤發(fā)電模式一方面能夠提高原機(jī)組的熱力性能，另外，一方面還能夠降低對(duì)天氣的依賴性和太陽能的發(fā)電成本。筆者將以600MW機(jī)組為具體事例，對(duì)太陽能集熱場(chǎng)集成方式和燃煤機(jī)組的集熱方式進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明太陽能的投資成本最低且熱效率最高，是最為優(yōu)化的集成方式。

關(guān)鍵詞：太陽能輔助；燃煤發(fā)電系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)性分析

現(xiàn)階段來看，我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成很大程度的影響，導(dǎo)致水污染和大氣污染等情況發(fā)生?；诖?，清潔能源的概念逐漸進(jìn)入到人們的日常生活中。清潔能源主要有風(fēng)能、太陽能和生物能等。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，對(duì)能源的消耗非常之大，尤其是煤炭能源的消耗更為巨大。根據(jù)相關(guān)研究資料結(jié)果顯示，我國(guó)的煤炭能源消耗占全球能源消耗的47.77%左右。因此，我國(guó)在很長(zhǎng)的一段時(shí)間之內(nèi)對(duì)火電有很大的依賴性。太陽能作為一種清潔能源，逐漸受到人們的廣泛中重視。太陽能發(fā)電通過工作介質(zhì)來吸收太陽能的熱能，再由工作介質(zhì)來推動(dòng)發(fā)電設(shè)備來發(fā)電。單純的太陽能發(fā)電在初期發(fā)展過程中，具有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn)：（1）成本過高；（2）發(fā)電效率偏低。上述缺陷的存在使得太陽能發(fā)電的使用范圍被限制，再加上太陽能發(fā)電方式受到晝夜變化的影響，需要大量的蓄熱來維持正常的運(yùn)行，因此需要額外配置蓄熱裝置，繼而增加了投資成本，不利于我國(guó)的環(huán)境發(fā)展。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者研究也表明，太陽能與花式能源集成發(fā)電方式較為常見，取得的最終效果也比較顯著。

1簡(jiǎn)要分析太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

1.1太陽輻射特點(diǎn)

太陽輻射類似于黑體輻射，在波長(zhǎng)為0.4μm～0.75μm的可見光譜區(qū)域中能夠輻射到50%左右的能量；在波長(zhǎng)小于0.4μm的紫外光譜區(qū)域中能夠見到7%的輻射能量，在大于0.76μm的紅外光譜區(qū)域中能夠見到43%左右的能量。

1.2太陽能熱發(fā)電分類

1.2.1塔式太陽能熱發(fā)電。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是：規(guī)模比較大、熱損消耗小。塔式太陽能系統(tǒng)利用好定日鏡鏡場(chǎng)，將太陽能輻射放射到塔頂部的吸熱器之中，最終達(dá)到轉(zhuǎn)換成熱能的目的。太陽能塔式集熱系統(tǒng)在照射到定日鏡之上，通過鏡面的反射作用，從而形成加熱工質(zhì)?；诖耍綗岚l(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)可以選擇不同的水、導(dǎo)熱油等工質(zhì)。太陽能塔式發(fā)電系統(tǒng)自身有著鮮明的特性，相比起槽式系統(tǒng)而言，能夠在太陽聚焦后的光熱當(dāng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。塔式電站規(guī)模一般是：10MW-100MW；聚光方式：平面反射鏡、凹面反射鏡；光熱轉(zhuǎn)換效率：60%；峰值效率：22%；年凈效率：7%～21%。

1.2.2槽式太陽能發(fā)電。現(xiàn)階段來看，槽式系統(tǒng)在太陽能發(fā)電中能夠達(dá)到80MW除此之外，槽式太陽能發(fā)電能夠進(jìn)行任意組合，因此被廣泛應(yīng)用到生活中和生產(chǎn)中。塔式電站規(guī)模一般是：10MW-100MW；聚光方式：拋物面反射鏡；光熱轉(zhuǎn)換效率：70%；峰值效率：21%；年凈效率：12%～15%?？偠灾瑨佄锩娌凼骄酃庀到y(tǒng)的效率越高，太陽能熱發(fā)電的整體效率就更高。槽式太陽能發(fā)電在發(fā)熱過程中具有以下幾個(gè)子系統(tǒng)：（1）輔助能源子系統(tǒng)——The auxiliary energy system；（2）發(fā)電子系統(tǒng)——Electronic system；（3）換熱子系統(tǒng)——Heattransfer system。我國(guó)的槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展技術(shù)較為先進(jìn)，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面做出了比較大的貢獻(xiàn)，因此也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種太陽能。

2太陽能集熱場(chǎng)和燃煤機(jī)組集成方案分析

2.1常規(guī)燃煤機(jī)組熱力分析

以600MW汽輪機(jī)發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)為例，此機(jī)組有八級(jí)回?zé)岢槠?，機(jī)組回?zé)峒訜崞鞯闹饕獏?shù)為：（1）過熱蒸汽出口參數(shù)；（2）初蒸汽參數(shù)；（3）再熱蒸汽進(jìn)出口參數(shù)；（4）低壓缸片排汽參數(shù)；（5）省煤器進(jìn)口參數(shù)；（6）鍋爐效率；（7）機(jī)電效率。通過熱力平衡方法能夠計(jì)算出汽輪機(jī)的加熱器進(jìn)出口參數(shù)，通過矩陣法能夠綜合考慮到機(jī)組的漏氣狀況。

2.2太陽能與燃煤機(jī)組集成方式

太陽能與燃煤機(jī)進(jìn)行混合，發(fā)電之后，一般采用的是直接蒸汽的加熱方式，通過備用的鍋爐來保證汽輪機(jī)的溫度。當(dāng)太陽能和燃煤機(jī)組合而成，可以有效調(diào)整燃煤機(jī)的范圍，將溫度范圍調(diào)節(jié)好之后，能夠使用加熱抽氣方式，而不是全部用鍋爐方式。上述集成方式能夠有效節(jié)約煤炭資源，保護(hù)好環(huán)境。根據(jù)太陽能集熱場(chǎng)的不同集成對(duì)象，常規(guī)電站不同能夠被分為以下幾種類型：其一，利用太陽能集熱場(chǎng)來加熱水，從而達(dá)到減少煤電站熱量輸出和節(jié)約化石燃料的目的；其二，利用太陽能集熱裝置來加熱高壓空氣，從而取代部分燃燒能量，從而達(dá)到節(jié)約化石燃料的效果；其三，將太陽能集成到聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)之中。

3經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1凈現(xiàn)值

現(xiàn)階段來看，我國(guó)對(duì)于太陽能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要有以下幾種指標(biāo)：其一，凈現(xiàn)值；其二，平準(zhǔn)化成本；其三，投資回收期。凈現(xiàn)值是一種按照凈現(xiàn)值大小來評(píng)價(jià)方案好壞的一種方法，凈現(xiàn)值大于零的話說明此方案可以繼續(xù)進(jìn)行，凈現(xiàn)值小于零的話則說明此方案不能夠繼續(xù)進(jìn)行。簡(jiǎn)單來說，凈現(xiàn)值越大，實(shí)施此方案的經(jīng)濟(jì)性越大，投資的效益也就越高。在太陽能發(fā)電過程中，采用槽式太陽能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益最高。相比起傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電站來說，槽式太陽能發(fā)電節(jié)約了大筆的資源，能夠起到更高的應(yīng)用價(jià)值。但是，使用槽式太陽能來發(fā)電也需要注意維修，在日常維修中不夠注意的話，勢(shì)必會(huì)帶來后期的維修成本問題。

3.2投資回收期

在投資回收期過程中，需要注重考慮靜態(tài)投資，動(dòng)態(tài)投資使用的比較少。

3.3平準(zhǔn)化成本

研究太陽能集熱場(chǎng)與常規(guī)燃煤集成的不同方式，分析太陽能集熱場(chǎng)方案和常規(guī)的燃煤電廠的熱力性能指標(biāo)分析得出：太陽能與燃煤機(jī)組集成后能夠在很大程度上降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，提高資源的利用功率，保護(hù)好環(huán)境。由于太陽能熱量的系統(tǒng)效率最低，熱機(jī)效率和集熱效率乘積，耦合之后，能夠廣泛提高熱效率，對(duì)于燃煤發(fā)電廠來說是有益而無害的。太陽能鏡場(chǎng)主要由太陽能集熱器戰(zhàn)列組成，集熱器是太陽能鏡場(chǎng)的基本單元，從而形成一個(gè)集熱器回路。槽式拋物面集熱系統(tǒng)與燃煤聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)是系統(tǒng)效率最高的聯(lián)合方式，能夠廣泛提高太陽能電站的系統(tǒng)效率。根據(jù)太陽能的特別投資方式，選擇平準(zhǔn)化成本作為其求解方式，能夠計(jì)算出不同集成方式的成本。研究結(jié)果顯示，太陽能集熱場(chǎng)與回?zé)崞鞑⒙?lián)時(shí)，能夠降低平準(zhǔn)化成本。另外，太陽能發(fā)電方式已經(jīng)成為了全世界發(fā)熱最快的一種資源之一，相比起燃煤機(jī)發(fā)電方式，具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。

4結(jié)束語

為了能夠有效提高燃煤電廠的熱經(jīng)濟(jì)性或者降低資源消耗，引入太陽能集熱場(chǎng)來加熱燃煤機(jī)組進(jìn)行給水處理。太陽能輔助燃煤發(fā)電模式一方面能夠提高原機(jī)組的熱力性能。另一方面還能夠降低對(duì)天氣的依賴性和太陽能的發(fā)電成本。綜上所述，結(jié)合我國(guó)能源配備的基本情況不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)能源互補(bǔ)發(fā)電不僅僅能夠降低太陽能技術(shù)的要求，還能夠有效彌補(bǔ)發(fā)電過程中的缺陷。對(duì)于單純的太陽能發(fā)電系統(tǒng)而言，太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)能夠降低占地面積，還能夠提高太陽能熱發(fā)電影響，削弱輻射強(qiáng)度變化。對(duì)于傳統(tǒng)的燃煤機(jī)組而言，太陽能輔助燃煤系統(tǒng)能夠改善環(huán)境污染，還能夠輔助燃煤系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)性能。