槽式太陽能熱發(fā)電

1、在與國產(chǎn)30OMW燃煤機(jī)組集成為一體化發(fā)電系統(tǒng)時，拉薩地區(qū)的太陽能熱發(fā)電成本為:0.57元/kw.h;如與國產(chǎn)600MW燃煤機(jī)組集成，呼和浩特地區(qū)的太陽能熱發(fā)電成本為:0.750元瓜w.h我國在“十一五”期間提出了單位GDP能耗下降20%的節(jié)能目標(biāo)，因此節(jié)能工作得到了政府前所未有的高度重視。作為每年消耗全國煤炭總消耗量近50%的火力發(fā)電廠，節(jié)能任務(wù)意義重大。火力發(fā)電行業(yè)的節(jié)能措施主要分為兩類:一是結(jié)構(gòu)節(jié)能，即通過建設(shè)高效率、大容量的機(jī)組逐步替代原來效率低下的中小機(jī)組;二是技術(shù)節(jié)能，通過采用某些先進(jìn)的技術(shù)對現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行升級改造，例如對汽輪機(jī)通流部分的改造，變頻技術(shù)的使用等.目前，我國新建的高參數(shù)

2、、大容量火電機(jī)組的效率已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，通過進(jìn)一步提高參數(shù)、增大容量來提高機(jī)組效率的途徑會受到材料等技術(shù)瓶頸的制約，因此大機(jī)組“內(nèi)部”進(jìn)一步節(jié)能降耗的潛力在逐漸變小，只有通過尋求“外部”資源才能進(jìn)一步減少機(jī)組對化石燃料的消耗，實現(xiàn)深層次的技術(shù)節(jié)能，而太陽能這一可再生能源正是理想的“外部”資源之一。如果將太陽能與常規(guī)燃煤電廠相結(jié)合，可以利用火電機(jī)組調(diào)整范圍大的優(yōu)勢，省去太陽能熱發(fā)電中的蓄熱系統(tǒng)和透平系統(tǒng)，達(dá)到降低發(fā)電成本、實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電的目的。同時，與其它可再生能源相比，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以熱作為中間能量的載體，使之可相對容易地通過熱量與燃煤發(fā)電方式相禍合。此外，太陽輻射的峰值在夏季及白

3、天，正好與用電的峰值相對應(yīng)，從而可以有效減少電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。可見，太陽能與化石燃料之間存在多方面的互補(bǔ)性，太陽能與燃煤一體化發(fā)電系統(tǒng)作為一種高效、環(huán)保、切實可行的方式，具有良好的發(fā)展前景。依據(jù)太陽能與化石燃料在一體化發(fā)電系統(tǒng)中地位的不同，可將太陽能與化石燃料一體化發(fā)電系統(tǒng)分為兩大類，即化石燃料輔助太陽能一體化發(fā)電系統(tǒng)和太陽能輔助燃煤一體化發(fā)電系統(tǒng)?？紤]到實際燃煤鍋爐的調(diào)整范圍(設(shè)計可調(diào)整范圍為50%一100%，實際運(yùn)行調(diào)整范圍為70%一100%)，巨額的太陽能場初投資以及一體化發(fā)電作為一種新的發(fā)電技術(shù).SSCEG是在燃煤機(jī)組設(shè)計的框架上，合理集成太陽能熱利用系統(tǒng)的發(fā)電技術(shù).就燃煤發(fā)電而言，這種

4、發(fā)電技術(shù)為進(jìn)一步實現(xiàn)燃煤電站的深度節(jié)能提供了方向，可有效減少燃煤電站的污染物及溫室氣體排放，可用以增加燃煤電站的峰值功率，為我國太陽能資源豐富地區(qū)中小機(jī)組的升級改造提供了出路;就太陽能熱發(fā)電而言，這種發(fā)電技術(shù)不僅可降低太陽能熱發(fā)電的投資及相應(yīng)的投資風(fēng)險，而且減少了太陽能熱發(fā)電的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，可提高太陽能的熱電轉(zhuǎn)換效率及改善太陽能熱發(fā)電的電能質(zhì)量，為太陽能熱發(fā)電的規(guī)?；瘎?chuàng)造了條件。國內(nèi)外研究動態(tài)(一)混合熱發(fā)電系統(tǒng)研究動態(tài)太陽能熱發(fā)電的歷史始于上世紀(jì)五十年代，原蘇聯(lián)設(shè)計并建造了世界上第一座太陽能塔式熱發(fā)電試驗裝置。20世紀(jì)70年代初石油危機(jī)后，世界主要發(fā)達(dá)國家如美國、西班牙、德國、瑞士、法國、意

5、大利和日本等都逐步開始大規(guī)模太陽能熱發(fā)電的研究廠相繼建造了容量等級在0.025一80Mw之間、不同發(fā)電方式的太陽能熱發(fā)電站，并取得了大量成果。sEGS和 SOLARONE、 SOLARTWO等都是那個時期著名的太陽能熱發(fā)電站.。2009年4月全球在建的聚光式太陽能熱發(fā)電項目容量達(dá)1.2GW，到2014年擬建項目容量總計達(dá)13.9GW.歐盟的成員國如西班牙、意大利和德國對于聚光式太陽能熱發(fā)電 (CsP)技術(shù)表現(xiàn)了極大的興趣。于2004年通過的西班牙皇家法案436/2004，對CSP技術(shù)給予了一系列的優(yōu)惠政策，到2010年底，西班牙在建和擬建的太陽能熱發(fā)電項目達(dá)到22個，總計容量為IO37MW。其

6、中包括了于2008年11月建成的Andasol一1項目，2009年4月建成的PS20項目和歐洲第一臺商業(yè)化運(yùn)營的塔式太陽能熱發(fā)電站PslO項目等。意大利通過了一個預(yù)算高達(dá)IOOM佗、用于研究CsP技術(shù)的發(fā)展方案。德國在2001年開始了一項關(guān)于高溫太陽能熱發(fā)電技術(shù)、金額達(dá)10.5M它的研發(fā)計劃。另外，歐盟還建有用于試驗太陽能熱發(fā)電技術(shù)的兩大試驗基地，法國的odeilfo和西班牙的PSA。其中，在PSA開展了大量的試驗項目，如:用于試驗DSG技術(shù)的nxss、nISS一2、mDxTEP;用于試驗EuroTrough集熱器技術(shù)的EuroTrough、 Eur0Trough11、和Andasol;以及S

7、oLIR、SOLGATE、EURODISH、SOLASYS、SOLZINC等項目。2002年，美國國會要求能源部在2006年前，對美國新建CSP太陽能熱發(fā)電技術(shù)容量達(dá)到1000Mw的目標(biāo)作出研究報告。同年，s&L(sargeni&Lundy)研究團(tuán)體對美國的太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)評估，評估得出:考慮到太陽能熱發(fā)電技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步、熱發(fā)電裝置元件的規(guī)模生產(chǎn)和單元機(jī)組容量增大因素后，太陽能熱發(fā)電的成本可降至3.5一6us。ents瓜Whl5l。目前，西班牙EHN團(tuán)隊與美國Dukesolar(現(xiàn)在的solargenixnengy)合作，尋求在美國內(nèi)華達(dá)建造15Mw拋物面槽式項目的機(jī)會。2003年l

8、月， sierrapacifieResourees宣布與solargenixEnengy公司簽訂合同，在內(nèi)華達(dá)建造拋物面槽式太陽能熱發(fā)電站，用以提供50MW電力。另外在亞利桑那州還擬建造一臺容量為IMW、采用ORC熱機(jī)的拋物面槽式太陽能熱發(fā)電.IsEos(IvanpahsolarEleetri。 oeneratingsystem)是美國擬在莫哈韋沙漠建造的容量達(dá)400MW的大型聚光式太陽能熱發(fā)電站;除此之外，莫哈韋太陽能園是Solel公司擬在美國建造的全球最大的太陽能熱發(fā)電站，到2011年全部建成投運(yùn)后，發(fā)電容量可達(dá)553MW。以色列在2001年11月確定了在未來幾年內(nèi)，CSP太陽能熱發(fā)電技術(shù)

9、是以色列電力市場戰(zhàn)略組成部分的重要地位，提出這種太陽能熱發(fā)電技術(shù)的最小發(fā)電量要達(dá)到looMwel7。另外，澳大利亞、阿爾及利亞等政府也提出了發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術(shù)的目標(biāo)，對太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究及應(yīng)用給予了積極的支持。除此之外，中東、南非、南美等地區(qū)的許多國家如:巴西、南非、納米比亞、印度、約旦和伊朗等對太陽能熱發(fā)電技術(shù)也表現(xiàn)出極大的興趣，針對太陽能熱發(fā)電站的建造進(jìn)行了大量的技術(shù)評估和可行性分析.1997年，國際能源署IEA的solarR八CES根據(jù)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，將太陽能與化石能源相結(jié)合的集熱式太陽能復(fù)合熱發(fā)電系統(tǒng)(solar一 Hybridsystem)列為二十一世紀(jì)近期和中期太陽能熱利

10、用的發(fā)展目標(biāo)。整體太陽能聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(ISCCs)、太陽能預(yù)熱空氣、太陽能重整甲烷以及由瑞士、以色列等國提出的先進(jìn)的高溫太陽能一煤氣化動力系統(tǒng)等都屬于最新的集熱式太陽能復(fù)合熱發(fā)電系統(tǒng)。整體太陽能聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(IsCCS)IsCCS是拋物面槽式太陽能集熱技術(shù)與現(xiàn)代的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)復(fù)合的熱發(fā)電技術(shù)，圖1一1給出了拋物面槽式太陽能集熱技術(shù)與單倍壓一再熱燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)復(fù)合的系統(tǒng)。圖1一1太陽能集熱技術(shù)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)復(fù)合的系統(tǒng)該系統(tǒng)中做功工質(zhì)的流程為，給水通過預(yù)熱后，一路進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，利用太陽能集熱器場收集的太陽熱量來加熱，產(chǎn)生微過熱蒸汽。其中太陽能集熱器場既可采用塔式集熱器場，也可采用槽式集

11、熱器場。另一路進(jìn)入余熱鍋爐繼續(xù)加熱在余熱鍋爐的過熱器前兩路匯合，其余的流程與單獨(dú)燃?xì)庖徽羝啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)相同。該系統(tǒng)中太陽能蒸汽發(fā)生器提供了燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)中余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽所需的部分熱量。該文將復(fù)合熱發(fā)電系統(tǒng)分為兩種類型:燃料節(jié)省型和功率增大型。燃料節(jié)省型系統(tǒng)中，太陽能取代燃料加熱部分給水，發(fā)電量不變，燃料量降低。功率增大型系統(tǒng)中，太陽能和化石燃料共同加熱給水，燃料量不變，蒸汽量增加，這樣要求更替原來的蒸汽輪機(jī)，使其出力提高.:對于功率增大型系統(tǒng)，蒸汽輪機(jī)增容幅度的最佳范圍為25%一50%;通過對三種概念系統(tǒng)的功率增大型、燃料節(jié)省型和單純太陽能熱發(fā)電方式的經(jīng)濟(jì)性比較得出:功率增大型相比燃料節(jié)省

12、型優(yōu)越;在當(dāng)時的塔式技術(shù)條件下，燃料成本在一8.9一15.0$艦Wh或2.6、4.4$/MBtu時，采用功率增大型復(fù)合熱發(fā)電方式具有經(jīng)濟(jì)性，燃料成本的確切數(shù)據(jù)和比較的對象是煤還是天然氣有關(guān)。(二)太陽能預(yù)熱空氣太陽能預(yù)熱空氣系統(tǒng)是在常規(guī)的燃?xì)庋h(huán)中，利用太陽能集熱裝置加熱其中的空氣，從而達(dá)到利用太陽熱能的一種方式。一般的系統(tǒng)流程為:空氣經(jīng)壓氣機(jī)進(jìn)入塔式太陽能接收器，當(dāng)被加熱至一定溫度時，送入燃燒室與常規(guī)燃料按一定的比例混合燃燒，生成合成氣體，之后引入布雷頓循環(huán)發(fā)電。該系統(tǒng)一般選用塔式集熱裝置，與槽式集熱裝置相比，塔式集熱裝置可以將空氣加熱到更高的溫度800。當(dāng)然，太陽能預(yù)熱空氣系統(tǒng)也可以用于預(yù)

13、熱常規(guī)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的空氣，此時相當(dāng)于一種ISCCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)以德國教育部資助的REFOS項目最為典型。該項目中，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的高壓空氣在中央接收器中被預(yù)熱到8001000，太陽能熱發(fā)電效率可達(dá)到20.6%。除此之外，還有以色列政府 1995年資助的ONSOLAR，項目和2001年歐洲委員會第五計劃資助的“S0LGATE，工程?！癝OLGATE，工程在西班牙南部的PSA太陽能試驗基地成功地進(jìn)行了試驗，在該工程中，太陽能集熱系統(tǒng)采用了塔式集熱裝置，該塔式裝置串聯(lián)有三個接收器，熱容量為O.3MW。壓縮空氣依次經(jīng)過這三個接收器，分成三個階段吸收太陽能熱量，溫度由296最終加熱到81

14、0。該系統(tǒng)中太陽能集熱裝置熱效率達(dá)到77%。與太陽能用于朗肯循環(huán)的復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)相比，太陽能預(yù)熱空氣系統(tǒng)中工質(zhì)被太陽能加熱到更高溫度，工質(zhì)做功能力增強(qiáng)，系統(tǒng)熱效率增加，系統(tǒng)投資回收期也有望進(jìn)一步降低。但是，接收器高溫運(yùn)行對設(shè)備的材質(zhì)要求比較高。(三)太陽能重整燃?xì)馓柲苤卣細(xì)馐窃趩渭內(nèi)細(xì)庋h(huán)的基礎(chǔ)上，集成太陽能熱利用系統(tǒng)，提供燃?xì)庵卣璧臒崃?，通過改變?nèi)細(xì)饣瘜W(xué)成份提高燃?xì)馄焚|(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)。目前可分為兩類，傳統(tǒng)的太陽能重整燃?xì)夂图尤牖瘜W(xué)鏈的太陽能重整燃?xì)狻?1)傳統(tǒng)的太陽能重整燃?xì)鈧鹘y(tǒng)的太陽能重整燃?xì)庋h(huán)中，太陽能作為高溫?zé)嵩刺峁┘淄橹卣锜崃?，將太陽熱能轉(zhuǎn)化成燃?xì)獾幕瘜W(xué)能，當(dāng)燃?xì)庖愿叩钠焚|(zhì)

15、引入常規(guī)燃?xì)庋h(huán)后，提高了系統(tǒng)效率。重整反應(yīng)中可以選擇HZO或者CO:與甲烷反應(yīng)，反應(yīng)式如下：主反應(yīng)為:CH4+ZHZO3H2+ZCO或CH4+COZ2H2+2C0;副反應(yīng)為:CO+HZOHZ+COZ;下面以圖1一2為例介紹一下太陽能重整燃?xì)庀到y(tǒng)的流程。圖1一2太陽能重整燃?xì)庀到y(tǒng)該系統(tǒng)選用水與甲烷發(fā)生重整反應(yīng)。甲烷在引入系統(tǒng)后、首先需要經(jīng)過預(yù)熱器，在預(yù)熱器中預(yù)熱后進(jìn)入混合裝置與水混合;水在進(jìn)入混合器之前，首先需要經(jīng)過水處理，在與冷凝器過來的冷凝混合之后經(jīng)過省煤器、蒸發(fā)器預(yù)熱、蒸發(fā)，生成飽和氣體進(jìn)入混合裝置。甲烷和的混合物在過熱器中過熱后最終進(jìn)入反應(yīng)器，在太陽能的作用下重整。重整后的合氣體HzO

16、、CO:和CO可用于預(yù)熱下一級的反應(yīng)物，再經(jīng)冷凝器降溫后進(jìn)入燃燒室，通過布雷頓循環(huán)或者布雷頓一朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。SOLASYS項目是最早進(jìn)行太陽能重整燃?xì)庀到y(tǒng)的試驗項目，在該項目中，建立了300kw的太陽能重整示范電站。SOLASYS項目于1998年啟動，2001年4月投入運(yùn)行，該循環(huán)可使太陽能熱發(fā)電效率達(dá)到30%。由于較高的經(jīng)濟(jì)性，近年來太陽能重整燃?xì)庀到y(tǒng)在國外得到了廣泛的研究.(2)加入化學(xué)鏈的太陽能重整燃?xì)庠撓到y(tǒng)是在傳統(tǒng)的太陽能重整燃?xì)庀到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過加入金屬氧化物(如Nio或Fe203)來實現(xiàn)尾氣零污染的新型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。反應(yīng)溫度在450一550之間，一般選用槽式集熱裝置.文獻(xiàn)4刀介

17、紹了應(yīng)用AspenPlus模式的聯(lián)合循環(huán)，其中燃?xì)廨啓C(jī)選用PGgl31，金屬氧化物選用NiO。系統(tǒng)流程如圖1一3。圖1一3加入化學(xué)鏈的重整燃?xì)庀到y(tǒng)系統(tǒng)循環(huán)過程為:甲烷與氧化鎳混合反應(yīng)，溫度530，由太陽能提供反應(yīng)所需熱能。太陽能通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成高品質(zhì)的化學(xué)能，反應(yīng)如下:系統(tǒng)循環(huán)過程為:甲烷與氧化鎳混合反應(yīng)，溫度530，由太陽能提供反應(yīng)所需熱能。太陽能通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成高品質(zhì)的化學(xué)能，反應(yīng)如下:CH4+4NIO 4Ni+C02+ZHZO;4Ni+202 4Nio;在化學(xué)鏈發(fā)電系統(tǒng)的還原反應(yīng)器1中，由中低溫太陽能熱量提供還原反應(yīng)熱，用以甲烷與氧化鎳發(fā)生還原反應(yīng)，生成溫度達(dá)1100二氧化碳和水餛合

18、氣體，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)2作功;在氧化反應(yīng)器2中，固體產(chǎn)物鎳與壓氣機(jī)過來的壓縮空氣反應(yīng)生成氧化鎳，釋放出熱量，加熱壓縮空氣中未參加反應(yīng)的0:和NZ，溫度可達(dá)1200，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)1作功。燃?xì)廨啓C(jī)1、2出來的高溫尾氣通過余熱鍋爐繼續(xù)加熱給水生成蒸汽送入蒸汽輪機(jī)作功。反應(yīng)的最終產(chǎn)物為CO:和HZO。這樣通過還原反應(yīng)，太陽能熱量先與天然氣化學(xué)能一起轉(zhuǎn)化成金屬鎳的化學(xué)能，該部分化學(xué)能又通過氧化反應(yīng)將化學(xué)能釋放出來，從而實現(xiàn)了中低溫太陽熱能的高效利用。該系統(tǒng)中，太陽能轉(zhuǎn)化成高品位的化學(xué)能引入常規(guī)循環(huán)，太陽能熱電轉(zhuǎn)換效率為31.8%。加入化學(xué)鏈的太陽能重整系統(tǒng)另一個重要的特點(diǎn)就是完全消除了COZ污染。金屬氧化物

19、的加入改善了燃?xì)獬煞?，實現(xiàn)了CO:的全部回收。而且冷凝回收CO:不需要任何額外耗功，優(yōu)于傳統(tǒng)的CO之回收分離。不過這種系統(tǒng)中太陽集熱裝置比較復(fù)雜，成本比較昂貴?；瘜W(xué)鏈的提出表明，太陽能重整系統(tǒng)在努力提高太陽能出力的同時，也在不斷朝著環(huán)保的目標(biāo)發(fā)展，并取得了一定的成果。另外，富氧燃燒也是實現(xiàn)環(huán)保的一個新興方向。文獻(xiàn)52對富氧燃燒的太陽能重整系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。(四)太陽能一煤氣化太陽能一煤氣化熱發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能的熱量將煤氣化，生成合成煤氣，之后通過布雷頓循環(huán)來發(fā)電，是化石燃料高效利用的重要途徑之一。系統(tǒng)流程見圖1-4圖1-4 太陽能煤氣化系統(tǒng)其中，A部分是太陽能煤氣化系統(tǒng)，B為朗肯循環(huán)系統(tǒng)，C為布

20、雷頓一朗肯聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。A+B、A+C分別組成與朗肯循環(huán)、布雷頓一朗肯循環(huán)的聯(lián)合系統(tǒng)。不管是和哪種循環(huán)聯(lián)合的系統(tǒng)，都可分為以下兩個過程:煤氣化過程:煤在太陽能熱反應(yīng)塔內(nèi)吸收高溫太陽能，發(fā)生反應(yīng)如下:C(固)+C02一2C0; CH4+H20一CO+3H2;C(固)+2玩一CH4; CO+H20一COZ+HZ;不同的溫度、壓力和碳?xì)浔?，生成的反?yīng)物成分和比例不同。溫度在1200K以上時，生成物只存在HZ和CO，比例在1.14到1.27之間變化。此時，生成燃?xì)獾钠焚|(zhì)比氣化前的煤高很多。發(fā)電過程:生成的合成氣體送入燃燒室與氧氣混合燃燒，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。最后排出氣體HZO和COZ。文獻(xiàn)中，對煤氣化布

21、雷頓一朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了分析。系統(tǒng)中太陽能聚光比為2000，接收器運(yùn)行溫度為1077，系統(tǒng)的朋效率可達(dá)50%。太陽能煤氣化系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):首先，利用太陽能提供氣化熱源，可以避免污染物的排放，由于沒有燃燒，氣化產(chǎn)物不會燃燒產(chǎn)物污染;其次通過熱化學(xué)反應(yīng)吸熱，反應(yīng)后生成合成氣的熱值可以提升;此外系統(tǒng)布置靈活，煤氣化系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)可以布置在不同的地點(diǎn)，如:煤氣化系統(tǒng)可以布置在太陽能相對更豐富的地區(qū)，生成的燃?xì)饨?jīng)過儲存、運(yùn)輸?shù)桨l(fā)電系統(tǒng)，分離布置尤其適用于弱輻射地區(qū)和國家。目前太陽能驅(qū)動煤氣化的研究已成為最近20年的熱點(diǎn)研究方向5一59。TsujiM1591提出了新的煤氣化方法可以實現(xiàn)CO:的零排放

22、，為實現(xiàn)太陽能煤氣化制氫提供了可能。利用槽式太陽能集熱器，還可與化石燃料鍋爐相結(jié)合組成復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，60等對此系統(tǒng)進(jìn)行了研究，此系統(tǒng)的槽式集熱器利用了做功蒸汽進(jìn)行直接冷卻，在對集熱器吸熱管中工質(zhì)流動、傳熱過程進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，得出其在吸熱管中的壓力、溫度分布情況;對集熱器和鍋爐不同受熱面、回?zé)嵯到y(tǒng)的不同組合模式進(jìn)行了熱力分析，得出如果利用太陽能集熱器取代燃?xì)忮仩t的蒸發(fā)受熱面，則不僅使太陽能的貢獻(xiàn)率達(dá)到最大，而且其單位功率的燃料消耗也是最小。 E.J.Hu6一62等提出用太陽能作為輔助熱源代替從汽輪機(jī)抽汽來加熱常規(guī)電廠給水的思想，并以Victoria的一個火力發(fā)電站為例做了理論分析，結(jié)果表明在理

23、想條件下，用太陽集熱系統(tǒng)收集的286的熱媒作為輔助熱源代替汽輪機(jī)抽汽來加熱常規(guī)電廠的給水，節(jié)約的蒸汽可用于發(fā)電，可使火力發(fā)電廠的發(fā)電功率提高30%。w.Yagoub63提出了將太陽熱能與燃?xì)忮仩t復(fù)合進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)進(jìn)行了試驗分析。實際上，于1985一1991年間建造的、發(fā)電量達(dá)到全球太陽能發(fā)電量90%的、至今仍在商業(yè)運(yùn)行的SEGS電站就采用了太陽能與燃?xì)忮仩t混合提供朗肯循環(huán)中蒸汽所需熱量，驅(qū)動蒸汽輪機(jī)發(fā)電的方式，這9臺SEGS電站采用的復(fù)合發(fā)電方式如表l一l?；趕EGs電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)， GregotyJ.Kolb64l對sEGs電站m到Vll的性能進(jìn)行了計算，得出SEGS班的熱

24、力性能優(yōu)于其它機(jī)組，其凈年太陽能熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)10.6%，高于塔式太陽能電站 SolarONE的效率，而且還高于當(dāng)時的任何一種太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。表1一2為SEGSVI機(jī)組中各環(huán)節(jié)的主要熱力性能計算結(jié)果。上述集熱式太陽能復(fù)合熱發(fā)電系統(tǒng)中，IsCCS復(fù)合發(fā)電方式、太陽能與化石燃料鍋爐相結(jié)合組成的復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)是近年來太陽能大規(guī)模利用的一個有效途徑。 表1一19臺SEGS電站采用的復(fù)合發(fā)電方式 電站 復(fù)合發(fā)電方式 SEGS 太陽能預(yù)熱，循環(huán)工質(zhì)溫度的進(jìn)一步提高在燃?xì)忮仩t中完成SEGS-V 在燃?xì)忮仩t循環(huán)的基礎(chǔ)上引入太陽能，吸收太陽能熱量的循環(huán)工質(zhì)從蒸汽輪機(jī)的某中間級引入SEGS-V 吸收太陽能熱量

25、的做功工質(zhì)與在燃?xì)忮仩t中吸收熱量的做功工質(zhì)混合后進(jìn)入蒸汽輪機(jī)做功，但兩者的溫度可不一致SEGSVm-IX 混合方式同SEGSVI一VII，但兩者產(chǎn)生蒸汽的溫度一樣，故 燃?xì)忮仩t可作為備用 表1-2 SEGS機(jī)組中各環(huán)節(jié)的主要熱力性能計算結(jié)果 聚光式集熱器(CSP) 歐洲的一些公司和實驗室組成的聯(lián)合體進(jìn)行了下一代槽式聚光器的研究,提出了扭矩箱(torquebox)聚光器的概念，單位集熱元件的長度也由LS一3的10Om加長到 150m，這種集熱器的概念在西班牙的PSA成功地進(jìn)行了試驗。菲涅爾技術(shù)是一種和拋物面槽式集熱技術(shù)相似的技術(shù)，只是它的反射器由許多長條狀反射鏡組成，在用于收集太陽能進(jìn)行熱發(fā)電時

26、，可有效地減少占地面積。文獻(xiàn)68-73對這種技術(shù)進(jìn)行了研究。在拋物面槽式集熱器中，合成油、礦物油、硅油、硝酸鹽和水等都可以作為傳熱介質(zhì)。其中，在最新的SEGS電站中采用了二苯基氧化物，商業(yè)名為 TherminolVP一1和Do硒嘰thermA。以水(蒸汽)作為傳熱介質(zhì)的 DSG(DirectSteamGeneration)拋物面槽式集熱器是拋物面槽式集熱器的先進(jìn)技術(shù)之一，在用于太陽能熱發(fā)電時可大大降低太陽能熱發(fā)電的成本。當(dāng)把DSG集熱元件連接組成為太陽能集熱器場時，這些集熱元件的連接方式一般有三種(圖1一5): 1)一次通過式(Once-through )吸收器中的工質(zhì)水，經(jīng)過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱

27、三個階段被加熱成過熱蒸汽，對應(yīng)的工質(zhì)狀態(tài)依次經(jīng)歷過冷水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽五個階段，在濕飽和蒸汽階段工質(zhì)處于水與蒸汽共存的流動狀態(tài)，此時比較難于維持流動的穩(wěn)寧性。2)再循環(huán)方式(Reeireulation)包括蒸發(fā)段和過熱段。工質(zhì)過冷水經(jīng)蒸發(fā)段被加熱至飽和濕蒸汽狀態(tài)，之后送入汽水分離器。濕蒸汽中的水和水蒸氣在汽水分離器中分離，未蒸發(fā)的水經(jīng)再循環(huán)管路送回至集熱系統(tǒng)入口，分離出的蒸汽經(jīng)過熱段進(jìn)一步加熱到所需要的溫度。圖1一5DSG集熱器場的三種連接方式3)注入模式 (Injeetionmode)集熱系統(tǒng)由多個集熱器單元組成，在每個單元出口都接有與入口水相通的管道，管道上裝有測

28、量裝置。依據(jù)測量裝置的信號可調(diào)節(jié)入口水量。1）DSG集熱器場的工質(zhì)出口壓力為(30一IO0bar)，通過集熱器吸收管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流量和吸收管接收的太陽能輻射強(qiáng)度在很大的范圍內(nèi)變化時，吸收管的溫度梯度都在安全范圍之內(nèi);2)對于采用再循環(huán)模式連接的DSG集熱器場，其出口的過熱蒸汽壓力和溫度更容易控制，盡管對于一次通過模式，也有有效的控制方法。3)如果綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和運(yùn)行維護(hù)的因素，再循環(huán)方式是最可行的方案，試驗結(jié)果還表明即使再循環(huán)倍率很低時，這種方式仍有很好的穩(wěn)定性;4)項目試驗中在運(yùn)行工況變化相當(dāng)大的范圍內(nèi)，集熱器吸收管沒必要采用一定的傾斜度來保證吸收管足夠的冷卻。 拋物面槽式集熱器的傳熱流

29、動性能是分析和評價集熱器設(shè)計水平和運(yùn)行狀態(tài)的重要依據(jù)。尋求最優(yōu)的太陽能場大小是太陽能熱發(fā)電設(shè)計的主要問題之一近來由南京春輝科技實業(yè)有限公司、河海大學(xué)新材料新能源研究開發(fā)院聯(lián)合建設(shè)的國內(nèi)首座“70kw塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)”于2005年10月底在南京市江寧太陽能試驗場順利建成，并成功投入并網(wǎng)發(fā)電，該電站用燃?xì)庾鳛檩o助熱源，以彌補(bǔ)由于太陽能的波動而可能造成的溫度不足的影響199;該研究團(tuán)隊還組成攻關(guān)隊伍，在槽式拋物面反射鏡、槽式太陽能接收器方面取得了突破性進(jìn)展，完全擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的IOOkW槽式太陽能熱發(fā)電試驗裝置近期將安裝完成并發(fā)電。另外中德合資內(nèi)蒙古施德普太陽能開發(fā)有限公司正在進(jìn)行內(nèi)蒙古50MW槽式太陽能熱發(fā)電項目的可行性研究報告編制及有關(guān)項目的前期工作。華北電力大學(xué)在國家自然科學(xué)基金項目及國家973項目的支持下，于2007年開始展開了太陽能與化石燃料一體化發(fā)電系統(tǒng)的研究。(一)對拋物面槽式集熱器的