太阳能辅助燃煤发电系统经济性分析

    李静

    摘要：为了能够有效提高燃煤电厂的热经济性或者降低资源消耗，引入太阳能集热场来加热燃煤机组进行给水处理。太阳能辅助燃煤发电模式一方面能够提高原机组的热力性能，另外，一方面还能够降低对天气的依赖性和太阳能的发电成本。笔者将以600MW机组为具体事例，对太阳能集热场集成方式和燃煤机组的集热方式进行对比研究，结果表明太阳能的投资成本最低且热效率最高，是最为优化的集成方式。

    关键词：太阳能辅助；燃煤发电系统；经济性分析

    现阶段来看，我国工业的迅速发展，对我国的环境造成很大程度的影响，导致水污染和大气污染等情况发生。基于此，清洁能源的概念逐渐进入到人们的日常生活中。清洁能源主要有风能、太阳能和生物能等。我国是发展中国家，对能源的消耗非常之大，尤其是煤炭能源的消耗更为巨大。根据相关研究资料结果显示，我国的煤炭能源消耗占全球能源消耗的47.77%左右。因此，我国在很长的一段时间之内对火电有很大的依赖性。太阳能作为一种清洁能源，逐渐受到人们的广泛中重视。太阳能发电通过工作介质来吸收太阳能的热能，再由工作介质来推动发电设备来发电。单纯的太阳能发电在初期发展过程中，具有以下几个方面的缺点：（1）成本过高；（2）发电效率偏低。上述缺陷的存在使得太阳能发电的使用范围被限制，再加上太阳能发电方式受到昼夜变化的影响，需要大量的蓄热来维持正常的运行，因此需要额外配置蓄热装置，继而增加了投资成本，不利于我国的环境发展。国内外诸多学者研究也表明，太阳能与花式能源集成发电方式较为常见，取得的最终效果也比较显著。

    1简要分析太阳能热发电系统

    1.1太阳辐射特点

    太阳辐射类似于黑体辐射，在波长为0.4μm～0.75μm的可见光谱区域中能够辐射到50%左右的能量；在波长小于0.4μm的紫外光谱区域中能够见到7%的辐射能量，在大于0.76μm的红外光谱区域中能够见到43%左右的能量。

    1.2太阳能热发电分类

    1.2.1塔式太阳能热发电。塔式太阳能热发电系统的最大特点是：规模比较大、热损消耗小。塔式太阳能系统利用好定日镜镜场，将太阳能辐射放射到塔顶部的吸热器之中，最终达到转换成热能的目的。太阳能塔式集热系统在照射到定日镜之上，通过镜面的反射作用，从而形成加热工质。基于此，塔式热发电系统的传热介质可以选择不同的水、导热油等工质。太阳能塔式发电系统自身有着鲜明的特性，相比起槽式系统而言，能够在太阳聚焦后的光热当中进行转换。塔式电站规模一般是：10MW-100MW；聚光方式：平面反射镜、凹面反射镜；光热转换效率：60%；峰值效率：22%；年净效率：7%～21%。

    1.2.2槽式太阳能发电。现阶段来看，槽式系统在太阳能发电中能够达到80MW除此之外，槽式太阳能发电能够进行任意组合，因此被广泛应用到生活中和生产中。塔式电站规模一般是：10MW-100MW；聚光方式：抛物面反射镜；光热转换效率：70%；峰值效率：21%；年净效率：12%～15%。总而言之，抛物面槽式聚光系统的效率越高，太阳能热发电的整体效率就更高。槽式太阳能发电在发热过程中具有以下几个子系统：（1）辅助能源子系统——The auxiliary energy system；（2）发电子系统——Electronic system；（3）换热子系统——Heattransfer system。我国的槽式太阳能发电系统发展技术较为先进，在我国的经济发展方面做出了比较大的贡献，因此也是目前应用最为广泛的一种太阳能。

    2太阳能集热场和燃煤机组集成方案分析

    2.1常规燃煤机组热力分析

    以600MW汽轮机发电厂原则性热力系统为例，此机组有八级回热抽汽，机组回热加热器的主要参数为：（1）过热蒸汽出口参数；（2）初蒸汽参数；（3）再热蒸汽进出口参数；（4）低压缸片排汽参数；（5）省煤器进口参数；（6）锅炉效率；（7）机电效率。通过热力平衡方法能够计算出汽轮机的加热器进出口参数，通过矩阵法能够综合考虑到机组的漏气状况。

    2.2太阳能与燃煤机组集成方式

    太阳能与燃煤机进行混合，发电之后，一般采用的是直接蒸汽的加热方式，通过备用的锅炉来保证汽轮机的温度。当太阳能和燃煤机组合而成，可以有效调整燃煤机的范围，将温度范围调节好之后，能够使用加热抽气方式，而不是全部用锅炉方式。上述集成方式能够有效节约煤炭资源，保护好环境。根据太阳能集热场的不同集成对象，常规电站不同能夠被分为以下几种类型：其一，利用太阳能集热场来加热水，从而达到减少煤电站热量输出和节约化石燃料的目的；其二，利用太阳能集热装置来加热高压空气，从而取代部分燃烧能量，从而达到节约化石燃料的效果；其三，将太阳能集成到联合循环系统之中。

    3经济性评价指标

    3.1净现值

    现阶段来看，我国对于太阳能发电的经济性指标没有统一的标准，主要有以下几种指标：其一，净现值；其二，平准化成本；其三，投资回收期。净现值是一种按照净现值大小来评价方案好坏的一种方法，净现值大于零的话说明此方案可以继续进行，净现值小于零的话则说明此方案不能够继续进行。简单来说，净现值越大，实施此方案的经济性越大，投资的效益也就越高。在太阳能发电过程中，采用槽式太阳能发电的经济效益最高。相比起传统的化石燃料发电站来说，槽式太阳能发电节约了大笔的资源，能够起到更高的应用价值。但是，使用槽式太阳能来发电也需要注意维修，在日常维修中不够注意的话，势必会带来后期的维修成本问题。

    3.2投资回收期

    在投资回收期过程中，需要注重考虑静态投资，动态投资使用的比较少。

    3.3平准化成本

    研究太阳能集热场与常规燃煤集成的不同方式，分析太阳能集热场方案和常规的燃煤电厂的热力性能指标分析得出：太阳能与燃煤机组集成后能够在很大程度上降低标准煤耗率，提高资源的利用功率，保护好环境。由于太阳能热量的系统效率最低，热机效率和集热效率乘积，耦合之后，能够广泛提高热效率，对于燃煤发电厂来说是有益而无害的。太阳能镜场主要由太阳能集热器战列组成，集热器是太阳能镜场的基本单元，从而形成一个集热器回路。槽式抛物面集热系统与燃煤联合发电系统是系统效率最高的联合方式，能够广泛提高太阳能电站的系统效率。根据太阳能的特别投资方式，选择平准化成本作为其求解方式，能够计算出不同集成方式的成本。研究结果显示，太阳能集热场与回热器并联时，能够降低平准化成本。另外，太阳能发电方式已经成为了全世界发热最快的一种资源之一，相比起燃煤机发电方式，具有很大的应用优势和价值。

    4结束语

    为了能够有效提高燃煤电厂的热经济性或者降低资源消耗，引入太阳能集热场来加热燃煤机组进行给水处理。太阳能辅助燃煤发电模式一方面能够提高原机组的热力性能。另一方面还能够降低对天气的依赖性和太阳能的发电成本。综上所述，结合我国能源配备的基本情况不难发现，我国能源互补发电不仅仅能够降低太阳能技术的要求，还能够有效弥补发电过程中的缺陷。对于单纯的太阳能发电系统而言，太阳能辅助燃煤发电系统能够降低占地面积，还能够提高太阳能热发电影响，削弱辐射强度变化。对于传统的燃煤机组而言，太阳能辅助燃煤系统能够改善环境污染，还能够辅助燃煤系统的发电系统性能。