■ 仲旻 黃秀勇 王瑞林 王登文

(1. 南京南瑞太陽(yáng)能科技有限公司；2. 江蘇省太陽(yáng)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東南大學(xué))；3. 南京帕偌特太陽(yáng)能有限公司)

0 引言

太陽(yáng)能發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電都屬于可再生的清潔能源發(fā)電，但都存在各自較為明顯的缺陷。太陽(yáng)能聚光成本較高，發(fā)電量受輻射強(qiáng)度不穩(wěn)定的限制；而地?zé)崮馨l(fā)電成本較低，發(fā)電量最高溫度的限制，且效率不高。研究人員對(duì)太陽(yáng)能與地?zé)崮艿木C合利用做了許多研究，如：郭長(zhǎng)城等[1]總結(jié)了太陽(yáng)能-地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用與建筑溫室、沼氣工程領(lǐng)域的研究歷程及各種技術(shù)的發(fā)展；胡曉微等[2]提出的綜合利用太陽(yáng)能與地?zé)崮艿牟膳照{(diào)系統(tǒng)將節(jié)能、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)集于一身，具有開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的市場(chǎng)潛能；鄭宋平等[3]提出了一種新穎的太陽(yáng)能與地?zé)崮芙Y(jié)合利用的吸收式制冷與供熱系統(tǒng)，使制冷工況的熱機(jī)子循環(huán)溫差增大，熱泵子循環(huán)溫差減小。但是，鮮有學(xué)者對(duì)綜合利用太陽(yáng)能和地?zé)崮苓M(jìn)行熱發(fā)電做過(guò)研究。

本文旨在對(duì)太陽(yáng)能聯(lián)合地?zé)崮馨l(fā)電研究做出嘗試，希望為以后的研究提供參考。對(duì)于地?zé)崮?，引入一種高品位的能源作為其頂部循環(huán)，可大幅提高其熱效率和電力產(chǎn)出；對(duì)太陽(yáng)能而言，一個(gè)穩(wěn)定底部循環(huán)的參與將在一定程度上穩(wěn)定其出力，提高其發(fā)電穩(wěn)定性，如果該底部循環(huán)的電力成本較低，對(duì)降低其總體成本亦有益。所以，太陽(yáng)能和地?zé)崮苎h(huán)耦合使太陽(yáng)能地?zé)崮苈?lián)合循環(huán)成為一種有效利用可再生能源的方法，同時(shí)也是能量梯級(jí)利用原則的體現(xiàn)。此外，我國(guó)西藏地區(qū)同時(shí)擁有高品質(zhì)的地?zé)豳Y源和太陽(yáng)能資源，但傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量有限，并且交通運(yùn)輸條件有限，該地區(qū)發(fā)展太陽(yáng)能地?zé)崮苈?lián)合循環(huán)電站是因地制宜合理利用資源的明智選擇，同時(shí)也是穩(wěn)定邊疆、推進(jìn)邊疆經(jīng)濟(jì)和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定的利民之舉。

1 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電和地?zé)犭p循環(huán)發(fā)電技術(shù)

1.1 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱(chēng)為槽式拋物面反射鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，其工作過(guò)程為：在跟蹤控制系統(tǒng)的作用下，槽式拋物反射鏡將太陽(yáng)輻射能聚焦于安裝有真空集熱管的焦線(xiàn)處，加熱集熱管內(nèi)部的傳熱載體。受熱后的高溫傳熱載體加熱工質(zhì)，接著高溫高壓的工質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)中膨脹做功，完成發(fā)電[4]。這樣的熱發(fā)電系統(tǒng)稱(chēng)為雙回路加熱系統(tǒng)，主要由聚光集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)、二次換熱系統(tǒng)和動(dòng)力發(fā)電子系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成。

1.1.1 聚光集熱子系統(tǒng)

聚光集熱子系統(tǒng)主要由聚光器、集熱器和跟蹤裝置組成。

聚光器把低密度的太陽(yáng)能輻射聚焦集中成高能量密度光束的裝置。反射鏡將入射的太陽(yáng)光全部反射到聚光器的焦線(xiàn)處，即集熱管線(xiàn)處。槽式太陽(yáng)能主要使用的集熱器為直通式金屬－玻璃真空集熱管，見(jiàn)圖1。真空集熱管是一根表面帶有選擇性吸收涂層的金屬管，外面套有一根抽真空的玻璃管，兩端采用金屬波紋管，可伐合金及法蘭將玻璃管和金屬管相連。

圖1 真空集熱管結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)來(lái)說(shuō)，聚光集熱器及時(shí)跟蹤太陽(yáng)，使入射光和拋物面光軸平行，保證陽(yáng)光能夠很好地聚焦于集熱管線(xiàn)處，對(duì)于提高太陽(yáng)能利用效率有很大意義。對(duì)于槽式熱發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單軸跟蹤系統(tǒng)是更加合適的一種選擇[5]。

1.1.2 蓄熱子系統(tǒng)

蓄熱子系統(tǒng)是太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中重要的組成部分，對(duì)于保證槽式太陽(yáng)能熱電站在云遮天氣時(shí)穩(wěn)定出力有著重要作用，對(duì)于夜間和陰雨天則需借助于輔助能源系統(tǒng)。一般的蓄熱方式主要有顯熱蓄熱、相變蓄熱和化學(xué)蓄熱3種方式[6]。

顯熱蓄熱是利用材料升溫吸熱、降溫放熱的原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的蓄熱和放熱。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)一般有兩種布置形式：直接蓄熱和間接蓄熱。相變蓄熱的蓄熱原理主要是物質(zhì)在相變過(guò)程中會(huì)吸收或釋放相變潛熱?；瘜W(xué)蓄熱的指導(dǎo)思想是利用可逆化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而達(dá)到蓄熱作用?；瘜W(xué)蓄熱優(yōu)點(diǎn)較多，蓄熱密度大、蓄熱時(shí)間長(zhǎng)、便于輸運(yùn)；但也存在明顯的缺陷，如技術(shù)復(fù)雜、投資較大等。現(xiàn)階段化學(xué)蓄熱仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。

1.1.3 換熱子系統(tǒng)

在雙回路系統(tǒng)中，從太陽(yáng)能集熱管處吸收熱量的合成油會(huì)在換熱系統(tǒng)中把吸收來(lái)的熱量傳給工質(zhì)。換熱子系統(tǒng)的布置會(huì)根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般有預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過(guò)熱器和再熱器幾種，另外還配有加壓泵和膨脹箱保證導(dǎo)熱油按照要求穩(wěn)定流動(dòng)。

1.1.4 動(dòng)力發(fā)電子系統(tǒng)

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中的動(dòng)力發(fā)電子系統(tǒng)同傳統(tǒng)火電廠的動(dòng)力發(fā)電子系統(tǒng)類(lèi)似，也是由汽輪機(jī)、凝汽器、給水泵等一系列裝置組成，具體進(jìn)口參數(shù)可根據(jù)聚光集熱器的參數(shù)來(lái)選擇。同時(shí)，也可采用其他的如卡琳娜循環(huán)、有機(jī)郎肯循環(huán)等新型循環(huán)作為動(dòng)力發(fā)電子系統(tǒng)的主要循環(huán)。

1.2 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

1.2.1 干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)

干蒸汽發(fā)電就是把地?zé)嵴羝苯訌牡責(zé)峋幸氲狡啓C(jī)中進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。具體工作流程為：從生產(chǎn)井中引出的地?zé)嵴羝M(jìn)入分離器剔除掉巖屑和水蒸汽后進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。為防止地?zé)峋莺捅ＷC地?zé)峋鏊姆€(wěn)定，做功后的乏汽和從分離器分離出來(lái)的水滴一道進(jìn)入回灌井完成回灌。

干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)裝置相對(duì)比較簡(jiǎn)單，熱效率約為10%～15%，廠用電效率約為 12%。對(duì)于地?zé)峋某隹趨?shù)要求較高[7]。

1.2.2 擴(kuò)容蒸汽發(fā)電系統(tǒng)

擴(kuò)容蒸汽發(fā)電系統(tǒng)也是把地?zé)峋泄べ|(zhì)直接引入膨脹機(jī)中進(jìn)行發(fā)電的一種技術(shù)，但是它針對(duì)的工質(zhì)不是干蒸汽，而是指地?zé)釤崴蚋啥容^低的地?zé)峄旌险羝?。工作流程和原理為：將地?zé)峋隹诘臒崴雺毫^低的密閉容器中降壓擴(kuò)容(壓力應(yīng)低于出口熱水溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力)，使熱水迅速沸騰變成蒸汽，然后將該蒸汽引入汽輪機(jī)進(jìn)行做功。做功后的廢水和閃蒸過(guò)程中的鹵水會(huì)混合并回灌回地?zé)峋?/p>

1.2.3 中間介質(zhì)地?zé)崴l(fā)電系統(tǒng)

中間介質(zhì)法地?zé)崴l(fā)電系統(tǒng)與上面兩種發(fā)電方法間最大的不同就是地?zé)崴粫?huì)直接引入膨脹機(jī)中進(jìn)行做功，而是用來(lái)加熱另外一種工質(zhì)，而把這種工質(zhì)引入汽機(jī)發(fā)電。一般來(lái)說(shuō)都會(huì)選擇加熱一種較低沸點(diǎn)的有機(jī)工質(zhì)來(lái)進(jìn)行加熱。中間介質(zhì)法同樣也可分為單級(jí)中間介質(zhì)法和雙(多)級(jí)中間介質(zhì)法。多級(jí)中間介質(zhì)法類(lèi)似于傳統(tǒng)火電廠中再熱裝置，將做一部分功的工質(zhì)重新引入換熱器吸熱，然后再進(jìn)行做功。

單機(jī)中間介質(zhì)法系統(tǒng)較多級(jí)也簡(jiǎn)單，但是熱效率和做功量都更低，熱效率比起雙級(jí)也是低了約 20%。中間介質(zhì)法由于采用沸點(diǎn)較低的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行做功，所以在溫度較低的時(shí)候仍能夠保持一定的效率，比較適合于約100 ℃的地?zé)崴M(jìn)行發(fā)電。但是中間介質(zhì)法的有機(jī)工質(zhì)一般都對(duì)環(huán)境有害，所以對(duì)整個(gè)裝置的氣密性有相當(dāng)高的要求。

2 聯(lián)合循環(huán)的形式

太陽(yáng)能熱發(fā)電采用技術(shù)較成熟的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電方式。地?zé)崮苄问接懈烧羝?、閃蒸和雙工質(zhì)循環(huán)3種?？紤]到我國(guó)最多的是中溫和中低溫地?zé)崮?，故不考慮干蒸汽形式；因閃蒸的循環(huán)壓力受到出口溫度的限制和提高工質(zhì)參數(shù)的設(shè)備復(fù)雜度較雙工質(zhì)更大，故地?zé)崮苎h(huán)將會(huì)采用雙工質(zhì)循環(huán)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 朗肯循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于朗肯循環(huán)設(shè)計(jì)的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)是以田素樂(lè)[9]30 MW槽式太陽(yáng)能為原型改造而成，系統(tǒng)模型如圖2所示。

圖2 朗肯循環(huán)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)中，槽式太陽(yáng)能和地?zé)崮芏疾捎秒p循環(huán)模式。太陽(yáng)能子系統(tǒng)由太陽(yáng)能鏡場(chǎng)、導(dǎo)熱油HTF、膨脹箱、泵和各級(jí)換熱器組成。太陽(yáng)能鏡場(chǎng)將太陽(yáng)能的熱量傳給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油再進(jìn)入膨脹箱，一部分導(dǎo)熱油用來(lái)加熱再熱器，另一部分導(dǎo)熱油沿途經(jīng)過(guò)過(guò)熱器、蒸汽發(fā)生器和預(yù)熱器，兩股導(dǎo)熱油在換熱完成后匯合重新進(jìn)入太陽(yáng)能鏡場(chǎng)重新受熱完成循環(huán)。

地?zé)崮芄嶙酉到y(tǒng)比較簡(jiǎn)單，地?zé)猁u水從地?zé)嵘a(chǎn)井引出后經(jīng)泵加壓進(jìn)入加熱器，加熱器加熱冷凝水到預(yù)定參數(shù)，加熱完成后的鹵水被引入地?zé)峄毓嗑瓿苫毓唷?/p>

系統(tǒng)的動(dòng)力子系統(tǒng)同傳統(tǒng)火電機(jī)組相似，主汽機(jī)進(jìn)入高壓缸做功后進(jìn)入再熱器加熱，重新加熱后進(jìn)入低壓缸做功，做功完成后的乏汽在冷凝器中冷凝。冷凝器中排除的冷凝水在地?zé)犷A(yù)熱器中受熱，接著進(jìn)入除氧器，除氧完成后加壓，經(jīng)過(guò)1#、2#回?zé)崞骱笊令A(yù)定參數(shù)，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器和過(guò)熱器重新進(jìn)入主蒸汽做功。

3.2 聯(lián)合循環(huán)同單一能源循環(huán)的比較

本文所涉及的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是從文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]中設(shè)計(jì)的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)改造而來(lái)的。原系統(tǒng)同改造的系統(tǒng)出口參數(shù)等方面完全一致。為便于比較，表1列出原循環(huán)和單一循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)果。

表1 聯(lián)合系統(tǒng)和原系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果比較

從中我們可以看出，原系統(tǒng)的熱效率比起聯(lián)合系統(tǒng)來(lái)更高，因?yàn)榈責(zé)峒訜崞魈娲嗽到y(tǒng)中的回?zé)峒訜崞?，地?zé)峒訜崞鞯男в孟喈?dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)單的預(yù)熱器，自然會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。但是地?zé)峒訜崞鞯募尤朊黠@提高了電力產(chǎn)量，根據(jù)西藏地區(qū)的自然條件，以及初始條件汽輪機(jī)機(jī)組功率30 MW和地?zé)猁u水溫度150 ℃計(jì)算，約提高了8.9%。

原有的太陽(yáng)能系統(tǒng)如果達(dá)成同樣目的，只能采用兩種措施：1)提高入口參數(shù)，但由于槽式太陽(yáng)能自身的溫限，提高入口參數(shù)的方式比較有限；2)增大汽耗量，增大供熱量，這也就意味著更大的太陽(yáng)能鏡場(chǎng)面積，但由于太陽(yáng)能鏡場(chǎng)高昂的成本，這一措施顯然是比較不經(jīng)濟(jì)的。

滲透檢測(cè):利用毛細(xì)現(xiàn)象，通過(guò)滲透劑覆蓋在試件表面來(lái)顯示放大缺陷痕跡。滲透檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單、攜帶方便、適合野外工作，適用于陶瓷、玻璃、塑料、粉末煉金等各種材料制造的零部件表面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)。

從該例中我們可看出，太陽(yáng)能的引入對(duì)于提高地?zé)犭娬緹嵝实闹卮笠饬x。地?zé)犭娬咀陨碛捎谑艿綔叵薜南拗疲退悴捎迷诘蜏貤l件下效率較高的有機(jī)朗肯循環(huán)，效率仍然較低，但是在引入太陽(yáng)能循環(huán)后，地?zé)崮茏陨頍崃康玫搅烁玫睦?，這一點(diǎn)上凸顯了聯(lián)合循環(huán)相較于單一循環(huán)電站的優(yōu)勢(shì)所在。

4 卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)

4.1 卡琳娜循環(huán)簡(jiǎn)介

卡琳娜循環(huán)是俄裔美國(guó)人Alexander I. Kalina于80年代中期提出的，相較于傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)，該循環(huán)沒(méi)有采用單一工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)，而是采用了水氨混合物作為整個(gè)循環(huán)的工質(zhì)。水氨混合物工質(zhì)同以往單一工質(zhì)最大區(qū)別為變溫吸熱和變溫放熱。相較于傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)，變溫吸熱可有效降低傳熱溫差，減少可用能損失，這一點(diǎn)是卡琳娜循環(huán)最大優(yōu)勢(shì)。

采用混合工質(zhì)的卡琳娜循環(huán)可有效減少吸熱過(guò)程的可用能損失[11]，但由于混合工質(zhì)的放熱過(guò)程亦是一個(gè)變溫過(guò)程，要使混合工質(zhì)在大氣溫度下完全冷凝為液體，汽輪機(jī)的排氣溫度就會(huì)很高，造成冷凝過(guò)程的火用損極大，兩相比較下往往得不償失。

卡琳娜最重要的貢獻(xiàn)便是成功解決了混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)在冷凝過(guò)程中過(guò)大的可用能損失的問(wèn)題。以最基本的一級(jí)蒸餾卡琳娜循環(huán)為例。

如圖3所示，以比例為50:50的氨水混合比為例，為保證輸出功足夠，要使混合物在 58.7 kPa下自然冷凝，則需要大氣溫度為-17 ℃，這自然不可能達(dá)到。若提高背壓，則明顯會(huì)增大損?？漳炔捎没?zé)嵴袅锎胧┙鉀Q了該問(wèn)題。透平T排氣首先經(jīng)11-12在回?zé)崞鱎處降溫。然后經(jīng)2在噴淋吸收器中同分餾器D重分流出的富水溶液混合成氨水比為1:3的基本溶液，該基本溶液泡點(diǎn)為21 ℃，在常溫下可完全冷凝，基本容易在低壓冷凝器LC完全冷凝后進(jìn)入低壓泵15升壓，升壓后的溶液泡點(diǎn)升高，經(jīng)3同分餾器D中經(jīng)6分離出來(lái)的富氨蒸汽混合后重新成為1:1的正常工質(zhì)，而該工質(zhì)因壓力足夠高而可在常溫下完全冷凝。混合后工質(zhì)經(jīng)4進(jìn)入高壓冷凝器HC繼續(xù)冷凝，之后在泵8升壓到工作壓力進(jìn)入鍋爐B中經(jīng)9-10受熱。分餾器中的溶液來(lái)源于升壓后的基本成分，應(yīng)該注意的是，基本成分的流量比起鍋爐中的工質(zhì)流量要大，根據(jù)質(zhì)量守恒，本例中的基本工質(zhì)流量約為鍋爐流量的2.7倍。這樣的冷凝方式氣態(tài)線(xiàn)上看比較平坦，可很好地減少排熱過(guò)程的損失。

圖3 Kalinan 循環(huán)示意圖

作為燃?xì)廨啓C(jī)底部循環(huán)時(shí)，卡琳娜循環(huán)的效率是傳統(tǒng)循環(huán)的1.16倍，熱效率可提高約1.3～1.6倍[8]。在熱源溫度為400～550 ℃時(shí)，卡琳娜循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性都要高于朗肯循環(huán)，熱效率至少可以提高3%[4]。同朗肯循環(huán)相比，卡琳娜循環(huán)的換熱器、泵等設(shè)備在結(jié)構(gòu)工藝上相差不大。又因?yàn)樗桶钡南鄬?duì)分子質(zhì)量區(qū)別也很小，所以在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)上也比較接近。所以，在熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)備自身并不存在技術(shù)問(wèn)題[12]。冰島的Husavfk地?zé)犭娬静捎每漳妊h(huán)，而所有的器件都采用標(biāo)準(zhǔn)件，這一點(diǎn)便是卡琳娜循環(huán)設(shè)備通用性好的例證。

雖然卡琳娜循環(huán)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但在其運(yùn)行中仍有需注意的地方。首先，氨是有毒物質(zhì)，需在運(yùn)行中保證密封，由于氨是有異味的物質(zhì)，故氨氣泄漏可很快被發(fā)現(xiàn)，這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)行的影響不會(huì)很大。氨對(duì)于材料有一定的腐蝕性，為了防止這一點(diǎn)，可行的一個(gè)方式是使鋼材在500～540 ℃的情況下氨化。在較高溫度下，氨氣可能會(huì)分解出不凝氣體，這一點(diǎn)需要注意，但是在實(shí)際運(yùn)行中，這一點(diǎn)并沒(méi)有得到驗(yàn)證[13]。

4.2 卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為便于同郎肯循環(huán)比對(duì)，參考了文獻(xiàn)[11]中數(shù)據(jù)，確定了卡琳娜循環(huán)進(jìn)出口參數(shù)。為便于計(jì)算，卡琳娜循環(huán)的分餾冷凝系統(tǒng)采用最為簡(jiǎn)單的一級(jí)蒸餾式的卡琳娜循環(huán)，不考慮再熱機(jī)組。水氨混合物的物性參數(shù)由軟件reprop8.0計(jì)算獲得。聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 卡琳娜循環(huán)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以卡琳娜循環(huán)為聯(lián)合電站系統(tǒng)的動(dòng)力循環(huán)重新設(shè)計(jì)了整套系統(tǒng)，并針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果中我們可看出，卡琳娜循環(huán)的循環(huán)效率較朗肯循環(huán)的循環(huán)效率要高出2.4%，整體的全廠效率高出了 0.94%。僅從本算例分析，卡琳娜循環(huán)的循環(huán)效率明顯較高，但是全廠效率比起朗肯循環(huán)并無(wú)特別明顯的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)考慮到本次計(jì)算中為了簡(jiǎn)化計(jì)算，卡琳娜循環(huán)未采用回?zé)峒訜崞?，也僅采用了單級(jí)分餾冷凝裝置，所以，卡琳娜循環(huán)在效率上還有一定提升空間?？傮w來(lái)說(shuō)，卡琳娜循環(huán)在效率上優(yōu)勢(shì)更大。

在成本上比較兩個(gè)循環(huán)，卡琳娜循環(huán)中，地?zé)崮芴幑崃空颊w供熱量的16.1%，而朗肯循環(huán)的吸熱量占11.3%。這說(shuō)明卡琳娜循環(huán)能更好地利用較低品位的熱源，這主要?dú)w功于混合工質(zhì)的變溫吸熱對(duì)傳熱溫差的有效減少。由于吸收了更多地?zé)崮艿臒崃浚鄳?yīng)太陽(yáng)能處吸熱量也可降低，這可很大程度上減少太陽(yáng)能鏡場(chǎng)面積，減少聚光集熱器的數(shù)量。從這一點(diǎn)可很好地降低成本。當(dāng)然，卡琳娜循環(huán)的冷凝設(shè)備較為復(fù)雜，裝置可能需另外設(shè)計(jì)(可能性不大)等問(wèn)題都會(huì)額外增加成本，所以在成本問(wèn)題上，卡琳娜循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng)并不一定有太多優(yōu)勢(shì)。

從上述一些比較中可看到，同朗肯循環(huán)的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)相比，卡琳娜循環(huán)具有一定的優(yōu)勢(shì)。但是，卡琳娜循環(huán)從上世紀(jì)80年代才開(kāi)始提出，至今沒(méi)有能夠大規(guī)模應(yīng)用，針對(duì)該循環(huán)足夠的運(yùn)行等其他方面的經(jīng)驗(yàn)較為短缺，所以，建設(shè)卡琳娜循環(huán)為主的聯(lián)合循環(huán)電站需要謹(jǐn)慎考慮。

5 總結(jié)

針對(duì)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)成本較高、不能連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電和地?zé)崮馨l(fā)電效率較低的缺陷，對(duì)原有的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了槽式太陽(yáng)能和地?zé)崮苈?lián)合運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)，并針對(duì)新的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了熱力計(jì)算。具體工作主要有：

1)在原有 30 MW 的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建立了槽式太陽(yáng)能和地?zé)崮苈?lián)合運(yùn)行發(fā)電系統(tǒng)。針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算，確立了循環(huán)熱效率，一、二級(jí)加熱器和除氧器的抽汽份額等參數(shù)。對(duì)聯(lián)合系統(tǒng)的太陽(yáng)能加熱回路和地?zé)崮芑芈愤M(jìn)行了計(jì)算，得到了太陽(yáng)能集熱場(chǎng)面積、導(dǎo)熱油流量；地?zé)崮艿倪M(jìn)出口參數(shù)和鹵水流量等參數(shù)。

2)取同聯(lián)合系統(tǒng)同樣參數(shù)，另外進(jìn)行了地?zé)崮馨l(fā)電站的系統(tǒng)計(jì)算和槽式太陽(yáng)能發(fā)電站的補(bǔ)充計(jì)算。分析比較了聯(lián)合電站和兩個(gè)單獨(dú)運(yùn)行電站的優(yōu)缺點(diǎn)，得出聯(lián)合電站可更加有效地利用地?zé)崮艿臒崃?、增大槽式太?yáng)能電站的出力，同時(shí)基本不影響槽式太陽(yáng)能熱電站的熱效率的結(jié)論，證明了聯(lián)合電站的優(yōu)越性。

3)提出了新的以卡琳娜循環(huán)為基礎(chǔ)的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，并完成了相關(guān)熱力計(jì)算和系統(tǒng)計(jì)算。通過(guò)對(duì)比卡琳娜循環(huán)系統(tǒng)和朗肯循環(huán)系統(tǒng)，得到了卡琳娜循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng)在效率上更高，可更好地利用低溫地?zé)崮苜Y源的結(jié)論。同時(shí)也提到了卡琳娜循環(huán)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，工質(zhì)具有腐蝕性且有毒等可能增加運(yùn)行成本的危害。

[1] 郭長(zhǎng)城, 石惠嫻, 朱洪光, 等. 太陽(yáng)能-地源熱泵聯(lián)合供能系統(tǒng)研究現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(2): 356－362.

[2] 胡曉微, 張于峰, 張梅. 太陽(yáng)能地?zé)崮車(chē)娚渲评湎到y(tǒng)的研究[J]. 流體機(jī)械, 2007, 35(6): 66－70.

[3] 鄭宋平, 鄭丹星. 太陽(yáng)能與地?zé)崮芙Y(jié)合利用的氨水吸收式循環(huán)[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2005, 26(4): 513－517.

[4] 何梓年. 太陽(yáng)能熱利用[M]. 合肥: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 2009.

[5] 周香香. 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電之聚光集熱器的設(shè)計(jì)[D]. 南京:東南大學(xué), 2012.

[6] Tamme R, Laing D, Steinmann W D, et al. Advanced thermal energy storage technology for parabolic trough [J]. Journal of Solar Energy Engineering, 2004, 126(2): 794－800.

[7] 周大吉. 地?zé)岚l(fā)電簡(jiǎn)述[J]. 電力勘測(cè)設(shè)計(jì), 2003, (3): 1－6.

[8] 馬偉斌, 鄧帥, 龔宇烈. 中低溫地?zé)犭p循環(huán)發(fā)電技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[A]. 2007中國(guó)可持續(xù)發(fā)展論壇暨中國(guó)可持續(xù)發(fā)展學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C], 廣州, 2007.

[9] 田素樂(lè). 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)性能分析[D]. 濟(jì)南: 山東大學(xué), 2012.

[10] 蔣川. 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 南京: 東南大學(xué),2013.

[11] 薄涵亮, 劉咸定, 劉桂玉. 卡林那循環(huán)的熱力學(xué)分析[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 1989, 23(3): 57－63.

[12] 劉齊壽, 王運(yùn)路. 高效率的新型動(dòng)力循環(huán)[J]. 現(xiàn)代電力,2001, 18(4): 9－14.

[13] 呂燦仁, 嚴(yán)晉躍, 馬一太. Kalina循環(huán)的研究和開(kāi)發(fā)及其提高效率的分析[J]. 熱能動(dòng)力工程, 1991, 6(1): 1－7.