太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究.pdf

第 29 卷 第 23 期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.29 No.23 Aug. 15, 2009 92 2009 年 8 月 15 日 Proceedings of the CSEE 2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号0258-8013 2009 23-0092-07 中图分类号TM 919 文献标志码A 学科分类号470⋅20 太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究 崔映红，陈娟，杨阳，杨勇平 华北电力大学，河北省 保定市 071003 Perance Research on Solar Aided Coal-fired Electricity Generation System CUI Ying-hong, CHEN Juan, YANG Yang, YANG Yong-ping North China Electric Power University, Baoding 071003, Hebei Province, China ABSTRACT Some solar aided coal-fired electricity generation SACEG system options were firstly proposed by integrating a C50-8.83/0.294 cogeneration unit with a solar utilization system in which LS-3 direct steam generation DSG trough collectors were adopted. Their thermal perance models were then built up and the design of the solar fields thereof was investigated as well. After that, thermo-economics analysis was conducted by applying thermo-economics structure theory on these systems. The results show that among all options discussed, the option in which the whole first stage extraction steam is replaced by solar heat introduces the most solar heat available. In addition its economy is super to others at the same solar field areas though still unmatchable to the coal-fired only system. However, if the investment cost of its coal-fired subsystem is not accounted for any more for the desire to disuse the small capacity units in China, the unit thermo-economic cost of it is thus only 43.7310−6 /kJ, much less than that of the coal-fired only system, 69.5010−6 /kJ. The results can be a scientific basis for the implementation of the SACEG system in China. KEY WORDS solar aided coal-fired electricity generation; integrated model; thermo-economics analysis model; perance analysis 摘要以 C50–8.83/0.294 型供热机组为例，利用 LS–3 型直 接蒸汽发电抛物面槽式集热器收集太阳能热量， 提出几种不 同的太阳能与燃煤机组集成发电方案。 在对不同的集成系统 进行热力性能建模并对其中的太阳能集热器场设计研究的 基础上， 利用热经济学结构理论进行不同系统的热经济学分 析。结果表明，给出的所有集成方案中，取代 1 段抽汽方案 可用的太阳能热量最大； 在太阳能集热器场面积相同的情况 下， 取代 1 段抽汽方案的经济性能也最好， 但仍低于单纯燃 基金项目国家自然科学基金项目50776028，50606010；新世纪 优秀人才资助计划项目NCET-05-0217。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China 50776028, 50606010． 煤机组。如不考虑原小容量燃煤机组发电部分的投资成本， 取代 1 段抽汽方案的单位热经济学成本为 43.7310−6元/kJ， 小于单纯燃煤机组的 69.5010−6元/kJ，为太阳能辅助燃煤 热发电solar aided coal-fired electricity generation，SACEG 系统的应用提供科学依据。 关键词 太阳能辅助燃煤热发电； 集成方案； 热经济学模型； 性能分析 0 引言 我国能源消费以煤为主，作为主要的耗煤用 户，火电厂节能意义重大。通过进一步提高参数、 增大容量等措施实现火电厂节能降耗的潜力正在 逐渐变小；寻求外部能源取代化石燃料发电可以作 为目前火电厂节能的一个发展方向，实现更深层次 的节能。太阳能热发电具有缓解化石能源紧张、减 少环境污染等优点，为实现发电厂节能减排目标提 供了方向。目前集热器价格较高，导致单纯太阳能 热利用系统初投资很大。太阳能辅助燃煤热发电系 统是在单纯燃煤机组的设计基础上，合理集成太阳 能热量的一种发电系统，可大大降低太阳能热发电 的投资和风险，是现阶段实现我国太阳能大规模利 用和火电机组技术节能的一个有效途径[1-5]。 太阳能热利用系统与燃煤机组集成方案及系 统性能研究是太阳能辅助燃煤热发电系统实施的 重要基础。目前太阳能热利用系统投资成本很高， 因此系统热经济性连同成本是集成方案选取和系 统性能分析时必须考虑的因素。热经济学作为热力 学分析和经济因素特别是成本分析的结合产物，通 过联合热力学和经济学，弥补了传统分析方法中的 不足，多个学者已将此方法应用于诸如传统蒸汽循 环、联合循环及海水淡化发电系统的成本分析、系 统优化中[6-8]。 热经济学分析方法中， 热经济学结构 第 23 期 崔映红等 太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究 93 理论近年来已逐步成为通用的数学工具[9-10]。本文 利用抛物面槽式集热技术收集太阳能热量，在考虑 参数匹配的基础上提出太阳能热利用系统与燃煤 机组的集成方案。建立太阳能辅助燃煤热发电系统 的热力学模型，并对太阳能热利用系统中集热器台 数的确定进行了探讨。随后利用热经济学结构理论 对太阳能辅助燃煤热发电系统性能进行了分析，为 太阳能热利用系统与燃煤机组集成方案的选取、实 施及性能评价提供科学依据。 1 太阳能辅助燃煤热发电系统 太阳能热发电与常规燃煤机组都是用热作为 中间能量的载体，组成太阳能辅助燃煤热发电系统 的2 子系统之间主要是通过太阳能集热器传递热量 耦合到一起。抛物面槽式太阳能集热器作为中温太 阳能集热技术的一种，是聚光类集热器中唯一在商 业化基础上进行试验的技术。在美国投入商业并网 运行的 9 座大型太阳能热发电系统SEGS IIX， 均 利用了这种技术。直接蒸汽发电direct steam generation，DSG是抛物面槽式技术的一项先进技 术，它利用集热器收集太阳热能直接加热循环工质 生成蒸汽或热水。与燃煤机组集成时，二者不仅有 热量的传递，还有循环工质的交换。文献[11-12]对 DSG 的成本和性能的优越性进行了具体论证， 欧洲 的DISS工程中DSG集热器出口过热蒸汽工质参数 达到 400 /10℃ MPa。另外，国外还建造了一定的试 验电站对其进行了大量的试验和研究[13-14]。 本文以 C50–8.83/0.294 型供热机组为研究对 象，利用 DSG 抛物面槽式集热器收集太阳能热量， 进行太阳能热利用系统与燃煤机组集成方案的研 究。供热机组中循环工质温度变化范围广泛，为太 阳能热利用系统与燃煤机组的集成提供了多种方 案。该机组有 6 段抽汽，回热系统为“两高、三低、 一除氧” 。考虑到参数的匹配，本文针对利用太阳 能热量取代这 6 段抽汽的集成方案进行研究。它们 具体的集成方式为从凝结水泵出口引出一定量的 工质，送入 DSG 集热器场加热至某级加热器抽汽 参数后，引回到对应加热器汽侧进行放热，从而使 原来的抽汽减少甚至为 0。图 1 给出了太阳能热量 用于取代1号高加全部抽汽的系统。 为了方便叙述， 下文将这些不同方案分别简称为取代 1 段抽汽、取 代 2 段抽汽，其他类似。 太阳辐射条件经常变化，导致太阳能辅助燃煤 热发电机组的负荷也随之改变。为了简便起见，假 太阳能集热器场 去热用户 锅炉 CD F B A 补 水 1 号 高加 2 号 高加 3 号 除氧 4 号 低加 5 号 低加 6 号 低加 7 号 轴加 发电机 图 1 太阳能辅助燃煤热发电系统图 Fig. 1 Schematic diagram of a solar aided coal-fired electricity generation system 定此时负荷的改变正好与用电负荷曲线相匹配，即 单纯利用太阳能辐射强度的变化即能满足调峰，在 夜间混合发电方式转为单纯燃煤运行工况。 2 热力学建模及太阳能集热器场设计 2.1 热力学建模 太阳能热量的投入必然引起锅炉、汽轮机及其 热力系统参数的变化，最终导致机组热力性能的改 变。本文在单纯燃煤机组额定工况的基础上，假定 加入太阳能热量后，无论何种集成方案，汽轮机主 蒸汽流量均保持不变，进行了机组变工况热力计算 分析[15]， 建立了太阳能辅助燃煤热发电系统的热力 性能分析模型。 以全部取代1段抽汽集成方案为例， 其热力性能分析建模的流程图如图2所示。 开始 假定各段抽汽流量 Gi1， Gi10, i1； Gi1Gi单纯燃煤， i≠1 根据弗留格尔公式计算各段抽汽压力 根据上下端差，计算加热器进出口温度 假设集热器场出口参数为段抽汽参数 调整各抽汽流 量，Gi1Gi2 根据各加热器能量平衡、物质平衡， 计算各段轴汽流量 Gi2 21 1 GG G ii i − 0.001 整理得到太阳能系统及燃煤 系统各点状态参数及流量 结束 否 是 图 2 热力学建模流程图 Fig. 2 Flow diagram of thermodynamic model building for hybrid system 94 中 国 电 机 工 程 学 报 第 29 卷 对于不同的集成方案，都可利用图2所示步骤 建立太阳能辅助燃煤热发电系统基准运行工况的 热力学模型。实际运行中，太阳能辐射强度变化， 同一集成方案在不同时刻的运行工况不同。在太阳 能辅助燃煤基准运行工况的基础上，结合锅炉变工 况、汽轮机变工况以及太阳能辐射强度分布可建立 不同时刻的系统热力学模型。 2.2 太阳能集热器场设计 太阳能集热器场是在考虑工质参数的前提下， 多个集热器按照一定的方式布置而成的集热系统。 作为影响太阳能场成本的主要因素，集热器的布置 及台数的确定是太阳能辅助燃煤热发电系统热经 济学分析建模的重要组成部分。本文的太阳能热利 用系统中，选取LS–3型DSG槽式集热器，主要参 数见表1[16]。 表 1 LS–3 型 DSG 抛物面槽式集热器主要参数表 Tab. 1 Main parameters of the LS-3DSG collector 集热器面积/m2 吸收管长度/m 光学效率/ 吸收管内径/m 547 99 73.3 0.054 吸收管 外径/m 吸收管导热 系数/W/m⋅K 玻璃罩 管直径/m 玻璃罩管 发射率/ 0.07 54 0.115 90 在集热器的布置方式中，有3种方式[3]，即一 次通过模式、再循环模式和注入模式。欧洲DISS 工程的试验结果表明，相比一次通过模式，再循环 模式尽管初投资大，但其吸收管热应力水平不高， 且易于控制。本文采用再循环模式，再循环倍率取 1.2[14]。结合传热效率和压降公式进行集热器场设 计，为了保证集热器台数为整数，必要时可适当调 整太阳能集热器场总流量。为了防止集热器吸收管 内的流体出现分层现象，管内质量流量要求不高于 1.3 kg/s[17]。 集热器场换热损失及压力损失计算公式 换热效率[16] optaba 44 ababsky / / Kacv TT Ib TTI τα ηη ε −− −− 1 式中ηopt为集热器光学效率；I 为太阳能直射 辐射强度；v 为风速；Ta、Tsky分别为环境温度 和大气温度；Tab为管内流体平均温度；εab为吸 收体发射率；a、b、c 为热平衡系数；Kτα为入射 角修正系数。 摩擦压降[18] **2 1phfab * 2ph1ph d /d / /2 d /d d /d i plDw plpl ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ 单相流动 两相流动 λρ ϕ 2 式中λf为流体的摩擦系数，λf 0.316 5Re−025；w 为流体速度； Dabi为吸收管内径；ϕ为两相流体摩擦 压降与同质量流量流体流过整个管子截面时的压 降之比，与质量含汽率有关。 以拉萨地区太阳能辐射资源为例，选取设计辐 射强度为700 W/m2，具体过程见参考文献[4]。结 合集热器场换热流动性能，计算得到各集成方案取 代全部抽汽时的太阳集热器场主要设计参数如表2 所示。图3给出了以图1所示系统为例的太阳能集 热器场布置图。 表 2 各集成方案的太阳能集热器场主要设计参数 Tab. 2 Main design parameters for the solar field in different SACEG systems 集成方案 集热器场布置/排数单排台数 集热器场面积/m2 集热器场的流量/t/h集热器场出口压力/MPa 集热器场出口温度/℃ 取代 1 段 412 26 257 13.09 2.909 399.06 取代 2 段 312 19 704 10.39 1.557 323.77 取代 3 段 310 16 426 8.90 0.979 272.98 取代 4 段 110 5 475 3.26 0.321 164.19 取代 5 段 12 1 095 0.595 0.045 78.52 取代 6 段 14 2 190 1.148 0.013 51.05 过冷段104 过热段24 3.087 2 802 3.460 235.44 235.44 0.692 3.087 1 015.9 2.909 399.06 3.6373230.8 37.29 0.177 1 3.375 159.15 37.29 4.329 3.375 159.15 28.21 3.637 1.22 119.38 至过热段喷水减温 再循环泵 到燃煤机组去 温度/℃ 压力/MPa 焓值/kJ/kg 质量流量/kg/s 从燃煤机组来 图 3 取代 1 段抽汽时的太阳能集热器场布置图 Fig. 3 Scheme of solar field arrangement for reducing of the whole first stage extraction steam 3 热经济学成本分析模型 3.1 热经济学描述 3.1.1 全厂热经济学成本 热经济学方法中，定义了单位火用成本为生产一 单位产品火用所需消耗的外部火用量。单位火用成本乘以 输入燃料的单位火用耗价格可以反映系统的单位能 量消耗费用。在此基础上考虑单元的投资成本以及 运行维护等非能量费用提出热经济学成本，可完整 的反映系统经济性。定义式分别如下 第 23 期 崔映红等 太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究 95 **** ppaziii KK cK 3 * p / iii KFP 4 * z / iii KZPΦ 5 式中 ** pi K、 * pi K分别为单元i产品的热经济学成本、 单位火用成本； * zi K为单位产品的非能量费用；ca为 组元i的燃料火用平均单价；Fi、Pi分别为组元i的燃 料火用、产品火用；Zi为组元i的非能量费用；Φ为非 能量费用的分摊因子，计算公式Φϕf/3 600H， 其中，H为年运行小时数；ϕ为系统维护因子；f为 年度化因子，计算公式参考文献[19]，主要与系统建 造周期cp、分期偿还周期k、利率kin、通货膨胀率 kri有关。其中年运行小时数是将全年运行工况的热 力性能转换为年折算时间内额定运行工况的热力性 能计算得到的额定运行工况年折算运行小时数。 3.1.2 太阳能辅助燃煤热发电系统的单位热经济 学成本 太阳能辅助燃煤热发电系统中，外部燃料包括 太阳能和燃煤，二者存在不等价性。其中太阳能的 火用单价为0，只需要考虑燃煤的火用单价。将太阳能 辅助燃煤热发电系统看为2个独立的循环，燃煤循 环和太阳能循环。各单元的单位能量成本为 **** ppsspbbpbbiiii KKcKcKc 6 式中 * psi K为单元i单位产品所消耗的太阳能火用量； * pbi K为单元i单位产品所耗的燃煤火用量；cs为太阳 能单位火用价格，取0；cb为燃料煤单位火用价格。 单位非能量成本形式相同，从全厂的角度看， 这样对于太阳能辅助燃煤混合发电机组，系统的产 品均为发电功率，燃料均为锅炉输入化学火用，全厂 单位能量成本、单位非能量成本和单位热经济学成 本均为发电机对应的成本。 3.2 热经济学建模 热经济学结构理论作为热经济学的一种研究 方法，是通过物理结构图和生产结构图对热力系统 实现简单的图解处理。基本思路是首先根据热力系 统图，根据分析的要求把整个系统划分为若干组 元，按照这些组元的功能特性绘制其物理结构图； 根据资源在系统中的消耗及其在组元之间的配置 可绘出系统的生产结构图。图4、5分别为图1所 示系统的物理结构图和生产结构图。图5中矩形表 示生产组元，输入箭头表示该组元所消耗的燃料， 输出箭头表示该组元所获得的产品。同时引入了虚 拟组元实现各生产组元为单一输出和单一输入，其 3 5 6 7 1110 去热用户 2 1 8 9 4 12 补 水 图 4 联合发电系统物理结构图 Fig. 4 Physical structure of solar hybrid system F11 z10 F10F08z08 z07 F07 F06 z06 z05F05 0506 07 081011 P11 z11 P10P08P07 P06 P05 P09 P12 09 12 04 P04F04 z04 z03 P03F03 F02 z02 P02 F13 03 02 13 B3 01 F01 z01 P01 cb ca cg cd B1 J1 z09 F09 F12 z12 cs 图 5 联合发电系统生产结构图 Fig. 5 Productive structure of solar hybrid system 中菱形表示汇集组元，圆形表示分支组元。 其中锅炉、太阳能集热器、加热器为三大主要 加热设备，燃料分别为燃煤的化学火用、太阳能投入 火用和加热器热流体的火用降，产品均为循环工质进、 出口的火用差。在实际计算中还考虑了各轴封漏汽、 疏水、抽汽压损。 利用热经济学结构理论，可以列出各组元的单 位热经济学成本方程，表3给出了太阳能辅助燃煤 热发电系统中各组元的热经济学模型方程。其中 * pi K、 * zi K参考公式4∼6。 3.3 结果分析 以拉萨地区为例，根据系统全年热力性能，近 似得到额定运行工况的年折算运行小时数H为5 500 h，其中ϕ取1.06，cp、k、kin、kri分别取1年、7 年、7、5，计算得Φ 9.161510−9 s−1。火用成本 分析所使用的参考环境设定为，P00.1 MPa，T0 20 ℃。燃煤化学火用近似按照煤低位发热量的1.4倍 计算。 参考目前市场价格，煤价取用600元/t，标准 96 中 国 电 机 工 程 学 报 第 29 卷 表 3 各组元的热经济学模型方程 Tab. 3 Equations of cost analysis model of real components 单元数 设备名 单位热经济学成本方程 1 锅炉 **** p1p1bz1 KKcK 2 汽轮机 **** p2p2az2 KKcK 3 发电机 **** p3p3dz3 KKcK 4 凝汽器 **** p4p4az4 KKcK 5 6 号低加7 号轴加 **** p5p5az5 KKcK 6 5 号低加 **** p6p6az6 KKcK 7 4 号低加 **** p7p7az7 KKcK 8 3 号除氧 **** p8p8az8 KKcK 9 给水泵 **** p9p9gz9 KKcK 10 2 号高加 **** p10p10az10 KKcK 11 1 号高加 **** p11p11az11 KKcK 12 太阳能集热器场 **** p12p12sz12 KKcK 注 1212 **** a01101 99 / iii ii cPKP KPP ∑∑ ； ** d2 cK； ** g3 cK。 煤低位发热量为29 270 kJ/kg，可得燃料煤单位火用 价格cb600/1 00029 2701.414.6410−6元/kJ。 太阳能集热器场的初投资成本包括太阳能集热器、 相关设备投资，以及太阳能集热器场占地费用。太 阳能热发电系统一般选取地理位置比较偏远的沙 漠地区建设，可大大降低占地费用。本文选取太阳 能集热器及相关设备投资[20]为1 225元/m2； 地价取 用225元/m2， 其中集热器场占地面积取3.0倍集热 器场面积；燃煤系统各设备的非能量费用选取见参 考文献[19]。年运行维修费为初投资成本的2。另 外对于本文的热电联产机组，采用热量法分配总耗 热量； 在引入太阳能热量后， 机组供热量保持不变。 基于以上数据分析，得到不同集成方案取代全 部抽汽时的热经济学分析结果见表4。图6给出这 些不同方案中各组元的单位热经济学成本。为了便 于比较，表4和图6中还同时给出了单纯燃煤机组 对应的各项参数。 表 4 不同集成方案热经济学分析结果 Tab. 4 Thermo-economics analysis results for different SACEG options 集成方案 太阳 能出力/ 全厂 单位火用成本 太阳能集热器场 总投资/106元 燃煤系统总 投资/106元 联合系统总投 资费用/106元 单位能量成 本/10−6元/kJ 单位非能量成 本/10−6元/kJ 单位热经济学 成本/10−6元/kJ 单纯燃煤机组 0.0 2.478 4 0.00 181.3 181.30 36.281 33.222 69.503 取代 1 段 12.4 2.628 5 49.91 181.3 231.21 33.691 41.328 75.026 取代 2 段 9.6 2.601 8 37.45 181.3 218.75 34.447 39.620 74.067 取代 3 段 8.1 2.581 5 31.22 181.3 212.52 34.741 38.717 73.458 取代 4 段 2.8 2.469 4 10.43 181.3 191.73 35.126 35.196 70.315 取代 5 段 0.6 2.535 8 2.10 181.3 183.40 36.904 33.572 70.483 取代 6 段 1.2 2.668 2 4.13 181.3 185.43 38.612 33.964 72.569 单纯燃煤 取代 1 段 取代 2 段 取代 3 段 取代 4 段 取代 5 段 取代 6 段 600 400 200 0 1 3 5 7 9 11 不同组元 单位热经济学 成本/10−6元/kJ 图 6 不同集成方案中各组元的单位热经济学成本 Fig. 6 Thermo-economic cost of different components in different SACPG options 由表4、图6的结果可以看出 1）对于太阳能辅助燃煤热发电系统，无论采 用哪种集成方案，单位能量成本均低于单纯燃煤机 组，单位非能量成本却高于单纯燃煤机组。这是由 于太阳能火用成本为0， 但其投资成本极高而导致的。 最终导致太阳能辅助燃煤热发电系统的单位热经 济学成本高于单纯燃煤机组的热经济学成本。 2）根据不同集成方案中各组元的单位热经济 学成本可看出，除太阳能集热器场之外，不同集成 方案中其他组元的单位热经济学成本差别不大，都 近似于单纯燃煤机组对应单元热经济学成本。而太 阳能场的单位热经济学成本在不同集成方案中，差 别较大，其中取代1段抽汽方案的太阳能场单位热 经济学成本最小，为104.5810−6元/kJ。但与锅炉 单元的热经济学成本36.7510−6元/kJ相比， 仍然很 高。这说明降低太阳能场的热经济学成本对提高太 阳能辅助燃煤热发电系统的经济性具有十分重要 的意义。 3）不同集成方案的太阳能辅助燃煤热发电系 统的单位能量成本、单位非能量成本和单位热经济 学成本不同。其中取代1段抽汽方案的单位能量成 本最低，单位非能量成本和单位热经济学成本却都 最高。这一方面与其热经济性有关，另一方面与这 种方案中通过太阳能场的流量及至太阳能场的大 小有关。 对于本文的研究对象C50–8.83/ 0.294型供 热机组，1段抽汽流量最大，因此取代1段抽汽方 案通过太阳能场的流量也是最大的。这一点从文中 第 23 期 崔映红等 太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究 97 表2也可以看出，取代1段抽汽方案的太阳能场面 积最大。从而这种方案中可利用的太阳能热量也是 最多的。 图7给出了对于取代1段抽汽方案，太阳能场 面积分别取为与取代其他5段抽汽方案中相同的太 阳能场面积时，与取代这几段抽汽方案的单位能量 成本、单位热经济学成本的比较。横坐标从左至右 依次表示取代1段抽汽至取代6段抽汽的太阳能场 面积。由图可知，当太阳能场面积相同时，取代1 段抽汽方案的系统经济性要优于其他方案。 26 257 19 704 16 426 5 475 1 095 2 190 太阳能集热器场面积/m2 单位能量成本/单位热经济学成本 取代 1 段抽汽单位能量成本 取代 1 段抽汽单位热经济学成本 取代各段抽汽单位能量成本 取代各段抽汽单位热经济学成本 100 80 60 20 40 图 7 相同集热器面积的单位热经济学成本对比 Fig. 7 Cost comparison on same areas of collectors 4）集热器成本大大地影响了太阳能辅助燃煤 热发电系统的经济性，同时考虑到煤价的不稳定 性，本文仍以全部取代1段抽汽为例，分析了煤价 和集热器单价变化，对太阳能辅助燃煤热发电系统 的经济性的影响。图8给出单纯燃煤、太阳能辅助 燃煤热发电系统的单位热经济学成本随价格变化 的关系曲线。 由图8可看出，假定煤价上涨幅度和集热器降 低幅度均为15，忽略其他因素的价格变化，则当 煤价升高到1 207元/t， 集热器单价降低至544元/m2 时，取代1段抽汽方案的单位热经济学成本与单纯 燃煤近似相等，可竞争发电。文献[12]指出，集热 器价格10年内大约可降低350元/m2，随着集热器 技术的进步，下降速度会继续提高；同时，国内煤 价急剧上升，短短一年时间内已经由300元/t升高 至600元/t，随着煤燃料的日益短缺会持续升高。 实际上，在我国由于中小型机组较差的热经济性， 这些机组现在已属于淘汰机组，在太阳能与其集成 进行混合发电时，原有燃煤发电部分投资成本可以 不考虑，从而必然使这种太阳能辅助燃煤热发电机 组的单位热经济学成本大大下降。计算表明，对于 本文给出的取代1段抽汽系统，当认为原有燃煤发 电部分投资成本为零时，其单位热经济学成本为 600/1 225794/885 1 049/639 1 388/462 煤价/集热器场单价/元/t/元/m2 单位热经济学成本/10−6元/kJ 135 120 105 60 90 75 单纯燃煤 取代 1 段抽汽 412 图 8 单位热经济学成本随价格变化的关系曲线 Fig. 8 Thermo-economic cost of different prices 43.7310−6元/kJ，不仅低于文中的C50–8.83/0.294 型供热机组单位热经济学成本69.5010−6元/kJ， 而 且比现在大型燃煤机组的单位热经济学成本低相 同取值条件下，计算得300 MW单纯燃煤机组的单 位热经济学成本为69.3010−6元/kJ。这为我国的 中小型机组升级改造提供了可能的方向。 4 结论 以C50–8.83/0.294型供热机组为例， 利用LS–3 型DSG抛物面槽式集热器收集太阳能热量，提出 太阳能与燃煤机组集成的具体方案。从热经济学结 构理论出发，建立了太阳能辅助燃煤热发电系统的 热经济学成本分析模型，进行了不同集成方案的经 济性分析。结果表明，在本文给出的所有集成方案 中， 取代1段抽汽方案可用的太阳能热量达到最大； 在集热器场面积相同的情况下，取代1段抽汽方案 的经济性能也最好。但当与单纯燃煤机组进行比较 时，仍然应采取措施提高经济性，才可能与单纯燃 煤机组竞争发电。其中降低太阳能场的热经济学成 本对提高太阳能辅助燃煤热发电系统的经济性具 有十分重要的意义。通过对煤价和太阳能集热器成 本的分析得出当煤价升高到1 207元/t，集热器单 价降低至544元/m2时，取代1段抽汽方案的单位 热经济学成本与单纯燃煤近似相等，可竞争发电。 如假定原小容量燃煤机组发电部分的投资成本不 考虑时，则取代1段抽汽方案的单位热经济学成本 大大小于单纯燃煤机组。 参考文献 [1] Mills D．Advances in solar thermal electricity technology[J]．Solar Energy，2004，761-319-31． [2] Jurgen D，Michael G，Ulf H，et al．Trough integration into power plants-a study on the perance and economy of integrated solar combined cycle systems[J]．Energy，2004，295-6947-959． [3] Zarza E，Valenzuela L，Len J，et al．The DISS projectdirect steam 98 中 国 电 机 工 程 学 报 第 29 卷 generation in parabolic trough system．operation and maintenance experience and update on project status[J]．Journal of Solar Energy Engineering，2002，1245126-133． [4] 崔映红，杨勇平，张明智．太阳能-煤炭互补的发电系统与互补方 式[J]．中国电机工程学报，2008，285102-107． Cui Yinghong ， Yang Yongping ， Zhang Mingzhi ． Solar-coal complementary electric generation system and its modes [J]．Proceedings of the CSEE，2008，285102-107in Chinese． [5] 崔映红，杨勇平，杨志平，等．太阳能辅助燃煤一体化热发电系 统耦合机理[J]．中国电机工程学报，2008，282999-104． Cui Yinghong，Yang Yongping，Yang 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