蔡翔

摘 要：隨著近年來國內(nèi)天然氣消費需求的明顯提升和人們對能源認識的逐漸加深，燃氣發(fā)電項目逐漸增多，太陽能等新型能源得到了有效開發(fā)，有效滿足電力需求增長，使能源結(jié)構(gòu)更加合理，為社會發(fā)展提供動力支持的同時創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，在此過程中具備高效利用、低程度消耗、不產(chǎn)生直接環(huán)境破壞的太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，而且在此過程中得到較快發(fā)展，文章結(jié)合此聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的實際應(yīng)用展開分析，為促進我國經(jīng)濟、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展而努力。

關(guān)鍵詞：太陽能集熱系統(tǒng)；燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；應(yīng)用

前言

為滿足人們生產(chǎn)生活對電力供應(yīng)的需求，發(fā)電企業(yè)不斷嘗試在利用傳統(tǒng)能源的同時加大新型能源利用，達到不影響社會正常發(fā)展的前提下，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進經(jīng)濟增長、保護自然環(huán)境的目的，太陽能集熱系統(tǒng)和燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)對太陽能和天然氣兩種能源進行了有效的利用，符合現(xiàn)代發(fā)展理念，所以對其進行應(yīng)用研究具有重要的實際意義。

1 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能集熱系統(tǒng)

太陽能集熱系統(tǒng)主要指利用太陽能集熱器、儲水箱、抽水泵等構(gòu)件實現(xiàn)接受太陽輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的系統(tǒng)，其將自然界中存在的太陽能轉(zhuǎn)化成供人類生產(chǎn)生活所需的電能、熱能；當太陽能集熱系統(tǒng)應(yīng)用于ISCC電站中，其聚光集熱系統(tǒng)由槽形拋物面聚光器、線聚焦接收器、跟蹤機構(gòu)等部件組成，目前我國已建成的太陽能集熱場大部分采用槽式拋物面集熱器陣列，其屬于單軸對太陽進行跟蹤的系統(tǒng)，以軸線為組裝諸多拋物線型反射鏡的太陽能集熱器的分布依據(jù)，呈南北方向水平布置，在此基礎(chǔ)上根據(jù)太陽的運動軌跡，對其由東向西進行動態(tài)跟蹤，實現(xiàn)散落于集熱器上的太陽光集中于處于拋物線焦點線上的高溫太陽能真空集熱管中，與其相連接的熱導(dǎo)介質(zhì)會使其內(nèi)部存儲的太陽能產(chǎn)生的熱量傳輸至高溫高壓過熱蒸汽發(fā)生器，轉(zhuǎn)換后的高溫高壓過熱蒸汽進入汽輪機進行發(fā)電，為充分利用太陽能產(chǎn)生的熱量，在進行管道系統(tǒng)設(shè)計的過程中要結(jié)合直接返回、反向返回和中心供給三種形式[1]。

2 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)在發(fā)電項目中的使用可以大幅度地提升熱力發(fā)電廠的熱效率，使發(fā)電過程對環(huán)境的破壞作用明顯降低，據(jù)研究顯示利用此技術(shù)其發(fā)電效率比傳統(tǒng)的燃煤電廠高出17%，而二氧化碳等有害氣體的排放量僅為其40%左右，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于ISCC電站，其主要由燃氣輪機，蒸汽輪機、余熱鍋爐及發(fā)電機等部件組成，壓氣機在運作的過程中會連續(xù)地從外界吸入空氣致使其內(nèi)部氣壓上升，而且內(nèi)部空氣會隨著運作的持續(xù)進行而升高，由內(nèi)部氣壓不斷增大而被迫流進燃燒室，使其內(nèi)部燃氣轉(zhuǎn)化成高溫、高壓燃氣，其在透平中受溫度及空氣影響不斷膨脹，產(chǎn)生透平和壓氣機把天然氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能的動力，值得注意的是在這個過程中所產(chǎn)生的熱能中有一部分會繼續(xù)轉(zhuǎn)化成機械能，在燃氣輪機的排氣被傳輸至余熱鍋爐后，在加熱工質(zhì)作用下，會與太陽能即熱系統(tǒng)產(chǎn)生的過熱蒸汽共同進入汽輪機，從而帶動發(fā)電機發(fā)電，由此可見，太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可以在發(fā)電領(lǐng)域聯(lián)合使用[2]。

3 太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

我國巴彥淖爾、拉薩、三亞等地區(qū)都屬于太陽能資源和天然氣資源相對豐富的地區(qū)，所以利用聯(lián)合太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電具有可能性，由于太陽輻射到地球大氣表層的輻射總量基本呈恒定穩(wěn)定不變狀態(tài)，所以利用太陽赤緯、太陽時角、日天文輻射總量、月天文輻射總量、日照百分率、實際太陽能輻射量、瞬時輻射值等有效的公式可以對其進行較精確的計算，通過計算可以發(fā)現(xiàn)巴彥淖爾、拉薩、三亞雖光照強度優(yōu)越，但太陽輻射能量不穩(wěn)定、風(fēng)速較大，ISCC這種將太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用的電站比單純的太陽能發(fā)電更有保證[3]。

作為可再生能源的太陽能和作為清潔能源的天然氣作為主要燃料的環(huán)保電站可以直接選址于城市及其周圍，參與電力供應(yīng)調(diào)峰，這是傳統(tǒng)熱電站所不具備的優(yōu)勢，而且為供熱、制冷等熱電生產(chǎn)相關(guān)項目的開展提供了可能，結(jié)合我國能源利用梯級的傳統(tǒng)經(jīng)驗，實現(xiàn)對有效能源的充分利用。另外，由于電力需求由人類的生產(chǎn)作息規(guī)律直接決定，而人類的生產(chǎn)作息又以自然界中太陽的運動為依據(jù)，所以電力需求通常表現(xiàn)出白天高于夜晚，午夜達到最低的特點，這與太陽能輻射強度變化具有較強的相似性，所以利用太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)共同參與調(diào)峰可以改變傳統(tǒng)單一燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)參與調(diào)峰時24小時運行中存在8小時未滿負荷運行和單純太陽能發(fā)電完全依賴太陽輻射強度進行調(diào)峰的缺點，在白天時充分利用太陽能集熱系統(tǒng)發(fā)電，在夜晚時利用儲能即可完成調(diào)峰任務(wù)，彌補太陽能熱發(fā)電負荷不穩(wěn)定，對電網(wǎng)沖擊大等缺點，也有效緩解了燃氣輪機運行狀態(tài)發(fā)生變化對設(shè)備造成的損害，起到了進一步節(jié)約燃料的作用。

但太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的共同應(yīng)用的過程中需注意太陽能集熱系統(tǒng)的集熱面積、溫度變化、輻射強度等都會對聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成影響，例如當集熱面積達到32000平方米時，相應(yīng)的太陽能輻射會達到近900瓦每平方米，太陽能部分發(fā)電總量達為15.20MW，ISCC電站的凈熱效率達到55%，當集熱器面積上升為原集熱面積二倍64000平方米時，太陽能部分發(fā)電總量達為30.20MW，ISCC電站的凈熱效率變成近60%，由此可見，太陽能部分的各項指標會隨著集熱面積的增加而明顯呈現(xiàn)出上升的浮動趨勢；除此之外，從經(jīng)濟學(xué)角度分析，可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用太陽能集熱系統(tǒng)與燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的ISCC電站使用了可再生的太陽能資源，使單位電能的生產(chǎn)所使用的天然氣明顯降低，這不僅大幅度地減少了污染氣體和溫室氣體的排放，使電力生產(chǎn)對環(huán)境的破壞性明顯降低，而且也避免了單純太陽能系統(tǒng)為保證電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定輸出所要支付的高額費用[4]。

太陽能集熱系統(tǒng)除應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域外，在集中供熱、建筑等領(lǐng)域也得到了有效的應(yīng)用，例如憑借與建筑立面易結(jié)合、便于安裝運行維護、使用壽命較長等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于承壓系統(tǒng)和二次循環(huán)系統(tǒng)的平板太陽能集熱器，現(xiàn)階段常被應(yīng)用于建筑陽臺、分體別墅、集中集熱分戶儲熱、集中集熱集中儲熱等多種太陽能熱水系統(tǒng)中，由此可見其仍存在較大發(fā)展空間。

4 結(jié)束語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，太陽能集熱系統(tǒng)和燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)都屬于對新型能源開發(fā)利用方面的成果，其在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，有效地緩解了經(jīng)濟發(fā)展與電力供應(yīng)、經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾，這是社會發(fā)展、人們思想觀念轉(zhuǎn)變的重要體現(xiàn)，所以應(yīng)積極挖掘其實際應(yīng)用潛力，為社會發(fā)展提供能源動力。

參考文獻

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[2]林汝謀，韓巍，金紅光，等.太陽能互補的聯(lián)合循環(huán)（ISCC）發(fā)電系統(tǒng)[J].燃氣輪機技術(shù)，2013，2：1-15.

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[4]劉剛鋒，田維漢，王成軍.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)在武鋼的應(yīng)用[J].鋼鐵研究，2012，6：48-51.