太阳能与燃煤机组互补电站热力特性与集成机理研究

【摘要】太阳能作为一种可以规模化利用的新能源类型已经得到了广泛应用,太阳能热发电作为太阳能典型热利用方式,为了避免太阳辐射波动性带来的投资增加等一定程度制约了太阳能热发电的规模化发展。槽式太阳能集热技术是一种在国外有数十年运行业绩的技术成熟的热发电类型。燃煤电站温度范围广、负荷稳定可控,其不同温度热需求与槽式太阳能集热系统温度等级相匹配。因此,通过将槽式太阳能集热系统输出热量与燃煤机组热力系统互补集成,以油水换热器为热交换枢纽将太阳能热量输入燃煤机组热力系统取代部分燃煤热量,集成为太阳能光煤互补电站,实现了利用太阳能能源的同时降低部分燃煤消耗。光煤互补电站是集成太阳能集热系统和燃煤电站的复合能量系统,对互补发电系统的研究须着眼于太阳能集热系统与燃煤电站热力系统以及两系统间的耦合关系与对应的特性状况。本课题以研究太阳能光煤互补电站系统特力特性为目的,探索光煤互补电站中槽式太阳能集热系统运行特性与光煤互补电站热力特性与运行模式,并将研究结论应用于工程实践,建成我国首个商业化光煤互补示范电站。主要研究内容和结论包括：首先,以太阳能与燃煤电站热力系统不同能量需求特性为基础,探索槽式太阳能集热系统与燃煤电站热力系统的互补机理,研究太阳能和燃煤电站热力系统的互补集成原则。建立互补发电系统热力模型并进行基本的热力系统分析,结果表明太阳能可以与燃煤电站实现较好的热匹配,当太阳能集热场可以提供足够热量时,取代高加抽汽可以直接提升系统经济性,但同时也要求太阳能集热系统有较高的集热温度。其次,在分析示范电站站址太阳能资源特性的基础上,理论分析示范电站中槽式集热系统在基准工况、阵列间距变化、轴向安装角度变化、集热管失去真空等条件下的系统集热特性。以及集热系统随环境条件变化的影响机理及特性,得到示范系统随环境风速、环境温度变化导致的集热效率变化的定量影响程度。然后,通过分析示范电站资源辐射条件下,三种典型的太阳能发电系统的发电特性,研究太阳能发电不同技术路线的发电能力与系统集热特性等环境适应性。研究结论将应用于示范电站中槽式太阳能系统设计、集成等环节。再次,介绍了我国首个严格按照国际现有槽式太阳能光热电站行业标准与体系建设的光煤互补示范电站,并将研究成果应用于示范电站设计等环节。主要包含项目站址、布局规划、装机方案、关键设备参数指标等项目基本情况。最后,基于已经建成的光煤互补示范电站,通过实际测试数据分析系统能量损失分布以及参数对运行稳定性的影响机理,分析并验证槽式集热系统及示范电站热力性能。然后,基于热经济学基本原理,充分考虑互补电站中各股能量流的经济成本以及各子系统的非能量费用,建立了光煤互补示范电站中太阳能所占份额和各股焓流能量费用分析模型,研究示范电站的太阳能份额比例特性。同时,以假设配建储热系统的光煤互补示范电站为研究对象,研究配建储能系统的示范电站在站址地典型气象条件与负荷工况下,集热场与储能部分的运行模式,并定量分析系统流量调节系统的流量分配特性。最后,研究三种典型太阳能热发电系统在在示范电站站址条件下,相同装机容量、集热面积时的发电量与供电量特性。考虑总投资、运维管理费用、燃料费用、贷款利率等条件,应用经济性评价方法分析对应技术路线的经济特性。从系统投资角度,通过详细产业调研,分析我国目前光煤互补电站相关产业配套来源,与对应的投资成本分布。并对光热产业开展风险研究,主要包括：材料、燃料价格变化风险、市场变化风险、技术风险以及风险评估及防范措施等进行了评估,提出了光热发电产业及光煤互补电站产业发展政策建议。本文创新点在于通过研究太阳能光煤互补电站集成机理与热力特性,以及特定气象条件下互补电站中槽式太阳能集热系统在基准工况、阵列间距、安装角度等环境参数变化条件下的对系统特力特性的影响机理与定量研究。解决了槽式太阳能集热系统设计优化问题,并将研究成果应用于我国首个光煤互补示范电站,实现了集热系统稳定运行,也是我国首个实现集热场出口温度稳定并达到393℃连续运行的槽式太阳能集热系统。由于在理论研究与示范项目的突出进展,正作为主编单位主编我国槽式太阳能领域首个国家级设计标准《槽式太阳能光热发电站设计规范》。
【作者】胡永生；
【导师】杨勇平；
【作者基本信息】华北电力大学，热能工程，2014，博士
【关键词】太阳能；光煤互补；燃煤电站；热力特性；示范电站；

【参考文献】
[1]崔华丽.基于粗神经网络的数据挖掘方法及其应用[D].西安建筑科技大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[2]李正华.超高密度磁记录用硬盘核心磁性器件的微磁学分析[D].兰州大学,2009.
[3]张晓晨.FT公司薪酬体系优化研究[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[4]李小燕.陕南汉江水源地土地利用时空动态与生态效应测评[D].陕西师范大学,地图学与地理信息系统,2014,博士.
[5]马兵.原花青素交联脱细胞牛心包膜的性能研究[D].华东师范大学,生物医学,2013,硕士.
[6]周伟娜.基于运动特征分析的精密主轴回转误差检测方法研究[D].哈尔滨工业大学,机械工程,2013,硕士.
[7]刘素燕.迁延性慢性腹泻患儿食物特异性IgG、牛奶特异性IgEsIL-2R检测分析[D].山西医科大学,儿科学,2013,硕士.
[8]周凯,吴婷,朱杭军,单莉丽.基于多元统计分析的大学生就业模型研究[J].现代物业(中旬刊),2012,01:88-89.
[9]杨柳.跨国公司技术转移与东道国技术引进的关联研究[D].武汉理工大学,国际贸易学,2003,硕士.
[10]张也.注射用苦参总碱三种生产工艺与药效、毒性的相关性研究[D].黑龙江中医药大学,药理学,2014,硕士.
[11]王倩.基于XML的6LoWPAN协议一致性测试系统的设计与实现[D].南京邮电大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[12]牛振明.磷、钾运输途径及其对葡萄品质的影响[D].中国农业大学,果树学,2004,硕士.
[13]朱霞.中日钓鱼岛争端与东海争端问题探究[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[14]谢桂海,董光波,孙增圻,马健.基于核磁共振的癌症非侵入式诊断理论与技术研究[J].核电子学与探测技术,2005,04:337-342+362.
[15]程亮.季节性栽培紫花苜蓿根系生长与地上部生长关系的研究[D].南京农业大学,草业科学,2013,硕士.
[16]密君英,李正茂.一种基于粗集和贝叶斯分类器的邮件病毒检测方法[J].福建电脑,2005,03:68-69.
[17]王保华.综合运输体系下快捷货物运输网络资源配置优化研究[D].北京交通大学,2010.
[18]贡少瑞.某隧道围岩稳定性分析与塌方预测研究[D].西安建筑科技大学,土木工程建造与管理,2013,硕士.
[19]闫胜男.论法人的基本权利主体资格[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[20]余涵.关于日本养老设施建设与发展的研究[D].西南交通大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[21]张颂.胭脂鱼幼鱼饲料中适宜碳脂比、糖源和脂肪源的研究[D].华中农业大学,水产养殖,2014,硕士.
[22]陈珠.法律翻译的主要难点及对策[D].曲阜师范大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[23]郑子茹.车路协同系统中无信号交叉口优化控制方法研究[D].北京交通大学,2015.
[24]王蓓蓓.基于公正视角的当代功利主义研究[D].西安外国语大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[25]于海洋.2012年伦敦奥运会女子足球淘汰赛阶段比赛阵型运用研究[D].杭州师范大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[26]王勐.影响我国商业银行信用风险的因素研究[D].吉林大学,金融学,2014,硕士.
[27]王婧.中国碳源汇监测卫星反演CO_2柱浓度高光谱分辨率吸收截面查找表的建立[D].中国气象科学研究院,大气物理学与大气环境,2014,硕士.
[28]张亮.船用冷凝器结构强度特性研究[D].哈尔滨工程大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[29]郭华.湘西传统村落民居冬季防风策略的探寻与研究[D].华中科技大学,建筑学,2013,硕士.
[30]张军昌.体验经济背景下的民俗文化主题公园规划设计初探[D].西南大学,园林植物与观赏园艺,2013,硕士.
[31]李婷.权力与创造力的关系研究[D].苏州大学,应用心理学（专业学位）,2014,硕士.
[32]董世宇.徽州古村落物质空间研究[D].湖南大学,建筑学,2012,硕士.
[33]罗畅.基于FLUENT的灶具流动及燃烧数值模拟软件的二次开发[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[34]雷青.压电驱动式高频疲劳试验机的设计与分析[D].吉林大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[35]黄永文.Web整合系统的分析与研究[J].图书情报工作,2005,10:11-14+19.
[36]邓旭阳,索南加乐,刘凯.采用归一化制动系数的故障分量综合阻抗母线保护新判据[J].电力系统自动化,2010,09:65-71.
[37]徐靓靓.企业最佳现金余额管理模式的比较研究[D].首都经济贸易大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[38]顾天晓.公司利润分配法律问题研究[D].兰州大学,民商法学（专业学位）,2013,硕士.
[39]李娜.野生稻内生真菌与拟南芥的共生关系研究[D].浙江大学,植物保护,2012,硕士.
[40]周诠.卫星及卫星通信中的扩展频谱技术[J].空间电子技术.1997(02)
[41]刘建勋.锌指基因ZNF580过表达对大鼠颈动脉球囊损伤修复作用及其机制的研究[D].河北医科大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[42]陈清娇.γδT细胞体外抑制未成熟树突状细胞向破骨细胞转分化[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[43]田东明.联华公司设备管理模式创新研究[D].大连理工大学,机械工程,2003,硕士.
[44]索锫莎.我国营业税改增值税的法律问题研究[D].西北大学,经济法学,2014,硕士.
[45]李春宜.A宝钢冷轧板实现负公差轧制全自动化[J].冶金自动化,1996,02:10.
[46]刘志国.河北省三人制篮球赛事开展现状调查与影响因素研究[D].河北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[47]李延建.基于高级氧化技术的饮用水应急消毒灭菌方法的研究[D].大连海事大学,等离子体物理,2013,硕士.
[48]王松引.北欧女性雕塑家公共艺术创作探析[J].设计,2014,12:133-134.
[49]孟占伟.我国新农村生态文明建设研究[D].太原科技大学,科学技术哲学,2013,硕士.
[50]况青松.改进的遗传算法在给水管网优化设计中的应用[D].合肥工业大学,市政工程,2003,硕士.