一種新型發(fā)電形式—光煤互補的研究

鐘福春 滕飛 崔賢基 孫志強

摘 要：伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和能源需求量的持續(xù)增長，化石燃料燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體排放給環(huán)境造成了越來越沉重的壓力。我國目前正在大力進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，對傳統(tǒng)火電機組進(jìn)行改造，將新型發(fā)電形式-太陽能光熱發(fā)電技術(shù)引入傳統(tǒng)火電機組，形成一種新型發(fā)電形式-光煤互補，提高系統(tǒng)效率，同時，依托傳統(tǒng)火電機組，降低太陽能熱發(fā)電的成本，在保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，以達(dá)到節(jié)能減排，節(jié)約成本的目的。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)調(diào)整；改造；光煤互補；節(jié)能減排

1 概述

光煤互補是將槽式太陽能光場收集的熱量通過導(dǎo)熱介質(zhì)熔鹽和二號高壓加熱器出口的部分給水換熱，然后輸入到一號高加入口，將太陽能光場收集的熱量引入熱力循環(huán)。

在該過程中，保證鍋爐給水溫度不變，保證機組額定出力不變，太陽能光場收集的熱量可以減少一段抽汽汽量，減少的汽量去汽輪機高壓部分做功，從而減少汽輪機進(jìn)汽量，達(dá)到節(jié)煤效果。

光煤互補槽式太陽能系統(tǒng)包括以下2個子系統(tǒng)：

（1）聚光集熱子系統(tǒng)。是系統(tǒng)的核心，由槽式拋物面反光鏡、接收器和跟蹤裝置構(gòu)成。其中的接收器多用真空管式接收器；集熱系統(tǒng)的跟蹤方式多采用一維跟蹤。

聚光集熱子系統(tǒng)，可分為東西向和南北向兩種布置方式。東西布置只需在特定時間進(jìn)行調(diào)整即可；南北放置時多采用單軸跟蹤方式進(jìn)行追日。跟蹤方式分為開環(huán)、閉環(huán)和混合式3種控制方式。開環(huán)控制由總控制室依據(jù)地理位置和當(dāng)?shù)貢r間計算出太陽能的位置，從而通過轉(zhuǎn)動電機帶動聚光器繞軸轉(zhuǎn)動跟蹤太陽。優(yōu)具有控制結(jié)構(gòu)和控制方式簡單的優(yōu)點，然而很容易產(chǎn)生累積誤差。采用閉環(huán)控制方式，每個集熱器均配有一個伺服電機，通過傳感器確定太陽的位置，通過總控制室計算機控制伺服電機實現(xiàn)聚光器繞軸轉(zhuǎn)動，跟蹤太陽。這種跟蹤方式追蹤精度高但是容易受到天氣和灰塵的影響。采用混合式則秉承了以上兩種控制方式的優(yōu)點，同時也克服了各自的缺點。南北向放置時，除了正常的平放東西跟蹤外，還需集熱器作一定角度的傾斜以達(dá)到更好的聚光效率。目前槽式系統(tǒng)技術(shù)已成熟，大規(guī)模商業(yè)運行，已形成相關(guān)產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在在建和即將建設(shè)的電站大多采用混合式控制。

（2）換熱子系統(tǒng)。本項目中工質(zhì)為熔鹽，集熱中熔鹽被加熱后，進(jìn)入換熱子系統(tǒng)中將熱量傳遞給給水，引入熱力循環(huán)。

換熱子系統(tǒng)的功能是替代常規(guī)火電機組中的2號高加，將熱力循環(huán)中的給水加熱到機組要求參數(shù)。換熱子系統(tǒng)通常由換熱器和相關(guān)的管道閥門以及儀表儀器等組成。在該系統(tǒng)中，換熱器是主要設(shè)備，設(shè)計為臥式U型管型換熱器。管側(cè)工質(zhì)為水，殼側(cè)工質(zhì)為導(dǎo)熱介質(zhì)。管子和殼體均選用碳鋼材料。管束按照正三角形排列。

2 光煤互補的優(yōu)勢

利用太陽能熱發(fā)電技術(shù)與煤電進(jìn)行互補發(fā)電，一方面可以達(dá)到實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，另一方面，通過光煤互補間接地降低了光熱發(fā)電的成本。在技術(shù)方面，系統(tǒng)的運行不會受到聚光系統(tǒng)的啟停影響，避免了由此產(chǎn)生的損失，同時無需設(shè)置儲熱系統(tǒng)即可實現(xiàn)全天候穩(wěn)定發(fā)電。

2.1 節(jié)能減排

以330MW熱電機組改造為例，上述光煤互補方案經(jīng)改造需要一號高加和二號高加中間給水管道加裝三通和調(diào)閥，汽輪機本體和所有輔助設(shè)備均不需要改造。改造前后參數(shù)見表。

改造后熱耗降低167.7kJ/kW·h，按煤熱值4.5kCal/kg計算，節(jié)煤8.9g/kW.h。

因現(xiàn)場具體參數(shù)未確定，據(jù)估算，改造后，按照平均每天光煤互補運行8小時，全年2920小時運行，滿發(fā)額定功率330WM，按每噸煤760元計算，年節(jié)煤8577噸，年節(jié)約651.9萬元。同時每年可減排二氧化硫25.48噸，可減排煙塵1.55噸，可減排氮氧化物28.46噸。

2.2 降低光熱成本

在光煤互補系統(tǒng)中，拋物槽式太陽能集熱器替代傳統(tǒng)火電機組的高壓給水加熱器，收集300℃以下的中低溫太陽能，從而達(dá)到加熱鍋爐給水的目的，而以往被抽取的高溫、高壓蒸汽抽汽繼續(xù)在汽輪機中膨脹作功，提高機組效率，從而有效增加電站出功。同時，中高溫太陽熱能融入到先進(jìn)的大規(guī)模燃煤機組，與高參數(shù)的蒸汽朗肯循環(huán)相匹配，進(jìn)而提升中低溫太陽能的作功能力，實現(xiàn)高效熱轉(zhuǎn)功。

3 總結(jié)

光煤互補發(fā)電是將傳統(tǒng)的常規(guī)火電和清潔型發(fā)電形式槽式太陽能發(fā)電技術(shù)相結(jié)合的新型發(fā)電技術(shù)，通過在汽輪機2號高加的兩側(cè)增加相應(yīng)的管路和閥門等將槽式太陽能集熱系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)引入發(fā)電系統(tǒng)，通過太陽能對汽輪機熱量進(jìn)行補充，提高了汽輪機的效率和出功，同時也降低了槽式太陽發(fā)電的成本，減少了啟停損失，保證了系統(tǒng)的安全性，降低了投資風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)

[1]許璐，彭爍，洪慧，等.330 MW光煤互補發(fā)電系統(tǒng)變輻照變工況性能研究[J].中國電機工程學(xué)報，2014，34（20）：3347-3355.

[2]彭爍，洪慧，周賢，等.煤炭與太陽能互補發(fā)電系統(tǒng)變工況熱力性能研究[J].中國電機工程學(xué)報，2016，36（S1）：161-169.

（作者單位：哈爾濱汽輪機廠輔機工程有限公司）