太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統的應用

蔡翔

摘 要：隨著近年來國內天然氣消費需求的明顯提升和人們對能源認識的逐漸加深，燃氣發電項目逐漸增多，太陽能等新型能源得到了有效開發，有效滿足電力需求增長，使能源結構更加合理，為社會發展提供動力支持的同時創造出可觀的經濟效益和社會效益，在此過程中具備高效利用、低程度消耗、不產生直接環境破壞的太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統發揮了重要作用，而且在此過程中得到較快發展，文章結合此聯合循環發電系統的實際應用展開分析，為促進我國經濟、環境可持續發展而努力。

關鍵詞：太陽能集熱系統；燃氣蒸汽聯合循環發電系統；應用

前言

為滿足人們生產生活對電力供應的需求，發電企業不斷嘗試在利用傳統能源的同時加大新型能源利用，達到不影響社會正常發展的前提下，調整能源結構、促進經濟增長、保護自然環境的目的，太陽能集熱系統和燃氣蒸汽聯合循環發電系統對太陽能和天然氣兩種能源進行了有效的利用，符合現代發展理念，所以對其進行應用研究具有重要的實際意義。

1 聯合循環發電系統中的太陽能集熱系統

太陽能集熱系統主要指利用太陽能集熱器、儲水箱、抽水泵等構件實現接受太陽輻射并向傳熱工質傳遞熱量的系統，其將自然界中存在的太陽能轉化成供人類生產生活所需的電能、熱能；當太陽能集熱系統應用于ISCC電站中，其聚光集熱系統由槽形拋物面聚光器、線聚焦接收器、跟蹤機構等部件組成，目前我國已建成的太陽能集熱場大部分采用槽式拋物面集熱器陣列，其屬于單軸對太陽進行跟蹤的系統，以軸線為組裝諸多拋物線型反射鏡的太陽能集熱器的分布依據，呈南北方向水平布置，在此基礎上根據太陽的運動軌跡，對其由東向西進行動態跟蹤，實現散落于集熱器上的太陽光集中于處于拋物線焦點線上的高溫太陽能真空集熱管中，與其相連接的熱導介質會使其內部存儲的太陽能產生的熱量傳輸至高溫高壓過熱蒸汽發生器，轉換后的高溫高壓過熱蒸汽進入汽輪機進行發電，為充分利用太陽能產生的熱量，在進行管道系統設計的過程中要結合直接返回、反向返回和中心供給三種形式[1]。

2 聯合循環發電系統中的燃氣蒸汽聯合循環發電系統

燃氣蒸汽聯合循環技術在發電項目中的使用可以大幅度地提升熱力發電廠的熱效率，使發電過程對環境的破壞作用明顯降低，據研究顯示利用此技術其發電效率比傳統的燃煤電廠高出17%，而二氧化碳等有害氣體的排放量僅為其40%左右，燃氣蒸汽聯合循環發電系統應用于ISCC電站，其主要由燃氣輪機，蒸汽輪機、余熱鍋爐及發電機等部件組成，壓氣機在運作的過程中會連續地從外界吸入空氣致使其內部氣壓上升，而且內部空氣會隨著運作的持續進行而升高，由內部氣壓不斷增大而被迫流進燃燒室，使其內部燃氣轉化成高溫、高壓燃氣，其在透平中受溫度及空氣影響不斷膨脹，產生透平和壓氣機把天然氣的化學能轉化成熱能的動力，值得注意的是在這個過程中所產生的熱能中有一部分會繼續轉化成機械能，在燃氣輪機的排氣被傳輸至余熱鍋爐后，在加熱工質作用下，會與太陽能即熱系統產生的過熱蒸汽共同進入汽輪機，從而帶動發電機發電，由此可見，太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統可以在發電領域聯合使用[2]。

3 太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統的應用

我國巴彥淖爾、拉薩、三亞等地區都屬于太陽能資源和天然氣資源相對豐富的地區，所以利用聯合太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統發電具有可能性，由于太陽輻射到地球大氣表層的輻射總量基本呈恒定穩定不變狀態，所以利用太陽赤緯、太陽時角、日天文輻射總量、月天文輻射總量、日照百分率、實際太陽能輻射量、瞬時輻射值等有效的公式可以對其進行較精確的計算，通過計算可以發現巴彥淖爾、拉薩、三亞雖光照強度優越，但太陽輻射能量不穩定、風速較大，ISCC這種將太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統聯合應用的電站比單純的太陽能發電更有保證[3]。

作為可再生能源的太陽能和作為清潔能源的天然氣作為主要燃料的環保電站可以直接選址于城市及其周圍，參與電力供應調峰，這是傳統熱電站所不具備的優勢，而且為供熱、制冷等熱電生產相關項目的開展提供了可能，結合我國能源利用梯級的傳統經驗，實現對有效能源的充分利用。另外，由于電力需求由人類的生產作息規律直接決定，而人類的生產作息又以自然界中太陽的運動為依據，所以電力需求通常表現出白天高于夜晚，午夜達到最低的特點，這與太陽能輻射強度變化具有較強的相似性，所以利用太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統共同參與調峰可以改變傳統單一燃氣蒸汽聯合循環發電系統參與調峰時24小時運行中存在8小時未滿負荷運行和單純太陽能發電完全依賴太陽輻射強度進行調峰的缺點，在白天時充分利用太陽能集熱系統發電，在夜晚時利用儲能即可完成調峰任務，彌補太陽能熱發電負荷不穩定，對電網沖擊大等缺點，也有效緩解了燃氣輪機運行狀態發生變化對設備造成的損害，起到了進一步節約燃料的作用。

但太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統的共同應用的過程中需注意太陽能集熱系統的集熱面積、溫度變化、輻射強度等都會對聯合循環發電系統構成影響，例如當集熱面積達到32000平方米時，相應的太陽能輻射會達到近900瓦每平方米，太陽能部分發電總量達為15.20MW，ISCC電站的凈熱效率達到55%，當集熱器面積上升為原集熱面積二倍64000平方米時，太陽能部分發電總量達為30.20MW，ISCC電站的凈熱效率變成近60%，由此可見，太陽能部分的各項指標會隨著集熱面積的增加而明顯呈現出上升的浮動趨勢；除此之外，從經濟學角度分析，可以發現，應用太陽能集熱系統與燃氣蒸汽聯合循環發電系統的ISCC電站使用了可再生的太陽能資源，使單位電能的生產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，使電力生產對環境的破壞性明顯降低，而且也避免了單純太陽能系統為保證電力系統保持穩定輸出所要支付的高額費用[4]。

太陽能集熱系統除應用于發電領域外，在集中供熱、建筑等領域也得到了有效的應用，例如憑借與建筑立面易結合、便于安裝運行維護、使用壽命較長等優點，被廣泛應用于承壓系統和二次循環系統的平板太陽能集熱器，現階段常被應用于建筑陽臺、分體別墅、集中集熱分戶儲熱、集中集熱集中儲熱等多種太陽能熱水系統中，由此可見其仍存在較大發展空間。

4 結束語

通過上述分析可以發現，太陽能集熱系統和燃氣蒸汽聯合循環發電系統都屬于對新型能源開發利用方面的成果，其在實際生產生活中的應用，有效地緩解了經濟發展與電力供應、經濟發展與環境保護之間的矛盾，這是社會發展、人們思想觀念轉變的重要體現，所以應積極挖掘其實際應用潛力，為社會發展提供能源動力。

參考文獻

[1]王曉蘋.太陽能-燃氣聯合循環發電系統經濟性分析[D].北京：華北電力大學，2013.

[2]林汝謀，韓巍，金紅光，等.太陽能互補的聯合循環（ISCC）發電系統[J].燃氣輪機技術，2013，2：1-15.

[3]康玉潔.燃氣-蒸汽聯合循環發電系統的現狀和展望[J].電氣時代，2013，6：60-61+64.

[4]劉剛鋒，田維漢，王成軍.燃氣-蒸汽聯合循環發電技術在武鋼的應用[J].鋼鐵研究，2012，6：48-51.