论文总字数：28804字

摘 要

本文结合我国丰富的太阳能资源,提出太阳能与火电厂联合运行系统的设计方案,将太阳能引入常规火力发电机组,为太阳能大规模利用和火电机组的节能减排提供了新的途径。

首先讨论了目前三种太阳能热发电系统的技术特点，结合发展情况最终在塔式、槽式、蝶式太阳能热发电系统中选取了商业化程度最高的抛物面槽式系统来进行同火电厂联合运行的设计。

随后讨论了抛物面槽式聚光集热器中两种产生蒸汽的方式，通过比较认为间接蒸汽产生系统成本较低，技术难度较小，可以产生较高温度和压力的蒸汽，比直接蒸汽产生系统更具有可行性，因而选取了间接蒸汽产生的方式参与联合运行。

进而提出了三种太阳能与火电厂联合运行的可行方案，以抛物面槽式集热系统为基础，与燃煤机组的朗肯循环相结合，分别并联在机组回热系统、省煤器和水冷壁前屏段等三种方案，采用太阳能加热部分在燃煤机组中抽取的给水。

最后，选取了我国常见的600MW亚临界机组为例，采用热平衡法计算联合运行系统的运行参数和经济性，最终得到三种联合发电方案都可以达到减少燃煤量的效果，节煤量分别达到了6g/ kW·h，9g/ kW·h和16g/ kW·h。联合运行系统有效地提高了整套机组的经济性并降低了对环境的影响。

关键词：太阳能，火电厂，联合运行，热经济性，节煤量

THE DESIGN OF

SOLAR-COAL HYBRID ELECTRICITY POWER GENERATING SYSTEMS

Abstract

Considering the abundant solar energy resources in China, we try to integrate the solar utilization system with the coal-fired power plant. The solar-coal hybrid electricity power generating systems shows an effective way for the large-scale utilization of solar energy and energy conservation in coal-fired power units.

We discussed three solar thermal power systems, and finally selected the parabolic trough solar thermal power system to integrate with the coal-fired power plant considering with the highest degree of commercialization of it.

After comparing with two methods of steam generation mode of the parabolic trough concentrating solar collector, we finally choose indirect steam generation mode because of its lower cost and less technical difficulty.

Then we Propose 3 feasible solutions based on the parabolic trough solar thermal power system and Rankine Cycle of the coal-fired power plant, use solar collectors to heat water which comes from different places in coal-fired power plant.

Finally we choose 600MW Subcritical Generation Unit as an example, calculate the operating parameters and the economy by heat balance. The results show that all of the proposals can increase the coal saving rate as 6 g/(kW·h), 9 g/(kW·h) and 16g/(kW·h). The solar-coal hybrid electricity power generating systems effectively improve the economy and reduce the environmental pollution.

KEY WORDS: solar energy，coal-fired power generation，integration power generation，thermal economy， coal saving rate

目录

第一章 绪论 4

1.1 引言 4

1.2 研究背景 4

1.2.1我国能源现状 4

1.2.2太阳能的特点和优势 5

1.3 本课题的研究现状 7

1.4 本文的研究意义和主要研究内容 7

第二章 太阳能热发电技术 8

2.1太阳能热发电原理 8

2.2 太阳能热发电技术分类 9

2.2.1 塔式太阳能热发电系统 9

2.2.2槽式太阳能热发电系统 10

2.2.3蝶式太阳能热发电系统 11

2.3 三种太阳能热发电系统的分析比较 11

2.4本章小结 12

第三章 太阳能与火电厂联合发电技术及方案 13

3.1 系统概述 13

3.2 太阳能与火电厂联合生产方案提出 13

3.2.1 太阳能与朗肯循环联合 13

3.2.2太阳能与布雷顿循环联合 15

3.2.3太阳能热互补的联合循环（ISCC） 16

3.3本章小结 17

第四章 太阳能与火电厂联合发电系统经济性分析 18

4.1 600MW机组基准工况 18

4.2 方案一各项参数计算 22

4.3方案二各项参数计算 26

4.4方案三各项参数计算 27

4.5本章小结 28

第五章 总结与展望 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1 引言

在科技飞速发展的今天，能源的消耗量在持续增长。目前，世界上各个国家的能源消耗基本来源于石油、煤炭和天然气这三大化石能源。这些化石燃料在燃烧时大多效率不高，而且排放了大量的二氧化碳等温室气体和二氧化硫、氮氧化物等空气污染物，对人们的生存环境产生了不良的影响。从另一个角度来讲，化石燃料的储存量并不是无限的，如果按照如今的速度不停地开发，人类就要面临能源枯竭的危险。由此，为了缓解能源和环境危机，维持长久的可持续发展，大力开发可再生能源成为各国发展的重要政策。在这其中，太阳能、地热能、风能和潮汐能等是最为典型的可再生能源，成为各国科研工作者着力研究和开发的对象。

太阳能作为新能源的代表，具有取之不尽用之不竭的特点，储量非常之大。与化石能源相比，太阳能又是清洁绿色的能源类型，发电过程中基本不排放对大气有污染的气体。自我国调整能源结构战略提出以来，太阳能技术获得了飞速发展，多项产品都已经进入商业化运行阶段，成为了快速，稳定发展的新型科技产业之一。

与此同时，我国又是世界上最大的煤炭消费国，电力生产以火力发电厂为主，火电厂减少燃煤量责任重大。太阳能作为能够可靠输出电能且成本较低的新能源，同火力发电厂的联合生产成为了一个热门的研究方向。我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，更是为两者联合生产电能提供了平台与有利条件。本文将对太阳能与火力发电厂联合发电系统进行系统的研究。

1.2 研究背景

1.2.1我国能源现状

我国的经济在改革开放后实现了腾飞。近些年来，我国的国民生产总值以每年10%的速度递增，同时，能源消耗量也以7.45%的速度攀升。2012年我国能源消费贡献了全球能源消费的20%，钢铁消费也占到了43%，铜占40%，铝占41%，均居世界第一，全年能源消费总量为36.2亿吨标准煤，比上年增长3.9%，成为当之无愧的世界能源大国^[1]。

然而，中国曾经的发展模式并不符合国家的长久利益，实际上已经给中国人民造成了极为严重的环境后果。中国经济正面临着严峻的挑战，许多重大的问题等待着人们去解决。

（1）人均资源少，供需有差距

我国人口众多，占到了全世界总人口数量的20%以上。然而，与之相对应的资源储量却远远没有这么多。煤炭资源储量可观，基本可以满足长期的发展需求，但石油和天然气则需要从外国进口才能维持长远发展的需要。我国一次能源的生产和消费总量巨大，但人均消费水平仍然不高。

（2）能耗强度高，效率低

我国由于产业结构不合理以及技术管理上的落后，生产单位经济值的能源消耗量仍然较高，同发达国家存在一定的差距。目前，我国的产值能耗远远超出同等水平的中等发达国家，而能源利用率同发达国家相比仍然处在较低的水准^[2]。

（3）结构不良，污染严重

图1-1：2005-2009年世界能源消费结构

图1-2：2005-2009中国能源消费结构

2005年到2009年中国与世界的能源消费结构如上述两图所示。由这两幅图我们可以直观地认识到，我国的能源消费结构呈现出一个不合理的状态，主要在于新能源的比例过低，而常规能源则是以煤炭为主，不同于以油气为主的世界能源结构。我国的能源消费结构中，新能源所占的比例低于3.1%，而世界平均水平约为12%左右^[3]。我国的煤炭消费量所占总能源比例约为74%，而世界能源结构中煤炭所占的比例仅仅略高于天然气。我国传统的用煤方式会造成严重污染，致使我国的许多地区雾霾常年存在，对人们的生活产生严重的不良影响。

1.2.2太阳能的特点和优势

太阳能不同于化石能源，是一种环保清洁的新能源，大力发展太阳能对人类而言有着非凡的意义。太阳能的几个重要的发展优势在于：

（1）取之不尽，用之不竭

在我国，太阳能资源最丰富的地区大片分布在西部地区，全国范围内接受到的太阳能辐射可达1700亿吨标准煤，在这其中，许多地区平均每年接收到的日照时长大于2200小时，总辐射量高于5000MJ/m²，主要包括内蒙古的大片地区、甘肃西部的河西走廊、西藏、青海以及新疆的吐鲁番地区，占到全国总面积的2/3以上，太阳能利用条件十分优良。在中国的西部存在着大量的戈壁滩、荒漠、废弃盐碱地等区域，更具有开发大规模太阳能发电的潜力。例如，甘肃敦煌有着5000多平方公里的平坦戈壁区域，有着开发大规模太阳能电站的先天优势。由此，在资源的可开采量方面，太阳能资源要优于生物质能、风能和地热能等新能源^[4]。

表1-1 我国太阳能资源分布表

（2）环境影响较低

太阳能热发电对环境影响小，发电时不会排放各种污染物或二氧化碳。同常规的化石能源发电相比，是一种清洁的能源利用方式。相比较风能、地热能、水能等新能源，太阳能对生态环境的影响也较小。2009年的研究技术表明，太阳能热发电站从设备生产制造、再到发电生产，为电网供电，直到部件损坏，系统报废的整个过程中，能源的消耗量较低，基本和其他形式的新能源不相上下，每发一度电所排放的CO₂量约17g,这比包括燃煤机组在内的各种火力发电厂要低很多^[5]。由此，太阳能热发电是一种对环境友好的可再生能源发电形式。

（3）发电出力特性平滑

太阳能热发电的出力特性在所有新能源发电中效果相对较好，这是由于太阳能热发电遵循同火力发电相同的朗肯循环作为基本原理，尤其是在系统中增加蓄热装置以后，在太阳能丰富时可以将多余的太阳能储存起来，而当出现云雨等天气时，将储存的太阳能释放，用于发电，这样大大地提高了系统的稳定性，使整个系统平滑地发出电力。

（4）接入电网特性灵活

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