太陽能輔助燃煤發電系統經濟性分析

李靜

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

關鍵詞：太陽能輔助；燃煤發電系統；經濟性分析

現階段來看，我國工業的迅速發展，對我國的環境造成很大程度的影響，導致水污染和大氣污染等情況發生。基于此，清潔能源的概念逐漸進入到人們的日常生活中。清潔能源主要有風能、太陽能和生物能等。我國是發展中國家，對能源的消耗非常之大，尤其是煤炭能源的消耗更為巨大。根據相關研究資料結果顯示，我國的煤炭能源消耗占全球能源消耗的47.77%左右。因此，我國在很長的一段時間之內對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。太陽能發電通過工作介質來吸收太陽能的熱能，再由工作介質來推動發電設備來發電。單純的太陽能發電在初期發展過程中，具有以下幾個方面的缺點：（1）成本過高；（2）發電效率偏低。上述缺陷的存在使得太陽能發電的使用范圍被限制，再加上太陽能發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，不利于我國的環境發展。國內外諸多學者研究也表明，太陽能與花式能源集成發電方式較為常見，取得的最終效果也比較顯著。

1簡要分析太陽能熱發電系統

1.1太陽輻射特點

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

1.2太陽能熱發電分類

1.2.1塔式太陽能熱發電。塔式太陽能熱發電系統的最大特點是：規模比較大、熱損消耗小。塔式太陽能系統利用好定日鏡鏡場，將太陽能輻射放射到塔頂部的吸熱器之中，最終達到轉換成熱能的目的。太陽能塔式集熱系統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。基于此，塔式熱發電系統的傳熱介質可以選擇不同的水、導熱油等工質。太陽能塔式發電系統自身有著鮮明的特性，相比起槽式系統而言，能夠在太陽聚焦后的光熱當中進行轉換。塔式電站規模一般是：10MW-100MW；聚光方式：平面反射鏡、凹面反射鏡；光熱轉換效率：60%；峰值效率：22%；年凈效率：7%～21%。

1.2.2槽式太陽能發電。現階段來看，槽式系統在太陽能發電中能夠達到80MW除此之外，槽式太陽能發電能夠進行任意組合，因此被廣泛應用到生活中和生產中。塔式電站規模一般是：10MW-100MW；聚光方式：拋物面反射鏡；光熱轉換效率：70%；峰值效率：21%；年凈效率：12%～15%。總而言之，拋物面槽式聚光系統的效率越高，太陽能熱發電的整體效率就更高。槽式太陽能發電在發熱過程中具有以下幾個子系統：（1）輔助能源子系統——The auxiliary energy system；（2）發電子系統——Electronic system；（3）換熱子系統——Heattransfer system。我國的槽式太陽能發電系統發展技術較為先進，在我國的經濟發展方面做出了比較大的貢獻，因此也是目前應用最為廣泛的一種太陽能。

2太陽能集熱場和燃煤機組集成方案分析

2.1常規燃煤機組熱力分析

以600MW汽輪機發電廠原則性熱力系統為例，此機組有八級回熱抽汽，機組回熱加熱器的主要參數為：（1）過熱蒸汽出口參數；（2）初蒸汽參數；（3）再熱蒸汽進出口參數；（4）低壓缸片排汽參數；（5）省煤器進口參數；（6）鍋爐效率；（7）機電效率。通過熱力平衡方法能夠計算出汽輪機的加熱器進出口參數，通過矩陣法能夠綜合考慮到機組的漏氣狀況。

2.2太陽能與燃煤機組集成方式

太陽能與燃煤機進行混合，發電之后，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的溫度。當太陽能和燃煤機組合而成，可以有效調整燃煤機的范圍，將溫度范圍調節好之后，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約煤炭資源，保護好環境。根據太陽能集熱場的不同集成對象，常規電站不同能夠被分為以下幾種類型：其一，利用太陽能集熱場來加熱水，從而達到減少煤電站熱量輸出和節約化石燃料的目的；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，從而達到節約化石燃料的效果；其三，將太陽能集成到聯合循環系統之中。

3經濟性評價指標

3.1凈現值

現階段來看，我國對于太陽能發電的經濟性指標沒有統一的標準，主要有以下幾種指標：其一，凈現值；其二，平準化成本；其三，投資回收期。凈現值是一種按照凈現值大小來評價方案好壞的一種方法，凈現值大于零的話說明此方案可以繼續進行，凈現值小于零的話則說明此方案不能夠繼續進行。簡單來說，凈現值越大，實施此方案的經濟性越大，投資的效益也就越高。在太陽能發電過程中，采用槽式太陽能發電的經濟效益最高。相比起傳統的化石燃料發電站來說，槽式太陽能發電節約了大筆的資源，能夠起到更高的應用價值。但是，使用槽式太陽能來發電也需要注意維修，在日常維修中不夠注意的話，勢必會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，需要注重考慮靜態投資，動態投資使用的比較少。

3.3平準化成本

研究太陽能集熱場與常規燃煤集成的不同方式，分析太陽能集熱場方案和常規的燃煤電廠的熱力性能指標分析得出：太陽能與燃煤機組集成后能夠在很大程度上降低標準煤耗率，提高資源的利用功率，保護好環境。由于太陽能熱量的系統效率最低，熱機效率和集熱效率乘積，耦合之后，能夠廣泛提高熱效率，對于燃煤發電廠來說是有益而無害的。太陽能鏡場主要由太陽能集熱器戰列組成，集熱器是太陽能鏡場的基本單元，從而形成一個集熱器回路。槽式拋物面集熱系統與燃煤聯合發電系統是系統效率最高的聯合方式，能夠廣泛提高太陽能電站的系統效率。根據太陽能的特別投資方式，選擇平準化成本作為其求解方式，能夠計算出不同集成方式的成本。研究結果顯示，太陽能集熱場與回熱器并聯時，能夠降低平準化成本。另外，太陽能發電方式已經成為了全世界發熱最快的一種資源之一，相比起燃煤機發電方式，具有很大的應用優勢和價值。

4結束語

為了能夠有效提高燃煤電廠的熱經濟性或者降低資源消耗，引入太陽能集熱場來加熱燃煤機組進行給水處理。太陽能輔助燃煤發電模式一方面能夠提高原機組的熱力性能。另一方面還能夠降低對天氣的依賴性和太陽能的發電成本。綜上所述，結合我國能源配備的基本情況不難發現，我國能源互補發電不僅僅能夠降低太陽能技術的要求，還能夠有效彌補發電過程中的缺陷。對于單純的太陽能發電系統而言，太陽能輔助燃煤發電系統能夠降低占地面積，還能夠提高太陽能熱發電影響，削弱輻射強度變化。對于傳統的燃煤機組而言，太陽能輔助燃煤系統能夠改善環境污染，還能夠輔助燃煤系統的發電系統性能。