太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统的应用

摘 要：随着近年来国内天然气消费需求的明显提升和人们对能源认识的逐渐加深，燃气发电项目逐渐增多，太阳能等新型能源得到了有效开发，有效满足电力需求增长，使能源结构更加合理，为社会发展提供动力支持的同时创造出可观的经济效益和社会效益，在此过程中具备高效利用、低程度消耗、不产生直接环境破坏的太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统发挥了重要作用，而且在此过程中得到较快发展，文章结合此联合循环发电系统的实际应用展开分析，为促进我国经济、环境可持续发展而努力。

关键词：太阳能集热系统；燃气蒸汽联合循环发电系统；应用

前言

为满足人们生产生活对电力供应的需求，发电企业不断尝试在利用传统能源的同时加大新型能源利用，达到不影响社会正常发展的前提下，调整能源结构、促进经济增长、保护自然环境的目的，太阳能集热系统和燃气蒸汽联合循环发电系统对太阳能和天然气两种能源进行了有效的利用，符合现代发展理念，所以对其进行应用研究具有重要的实际意义。

1 联合循环发电系统中的太阳能集热系统

太阳能集热系统主要指利用太阳能集热器、储水箱、抽水泵等构件实现接受太阳辐射并向传热工质传递热量的系统，其将自然界中存在的太阳能转化成供人类生产生活所需的电能、热能；当太阳能集热系统应用于ISCC电站中，其聚光集热系统由槽形抛物面聚光器、线聚焦接收器、跟踪机构等部件组成，目前我国已建成的太阳能集热场大部分采用槽式抛物面集热器阵列，其属于单轴对太阳进行跟踪的系统，以轴线为组装诸多抛物线型反射镜的太阳能集热器的分布依据，呈南北方向水平布置，在此基础上根据太阳的运动轨迹，对其由东向西进行动态跟踪，实现散落于集热器上的太阳光集中于处于抛物线焦点线上的高温太阳能真空集热管中，与其相连接的热导介质会使其内部存储的太阳能产生的热量传输至高温高压过热蒸汽发生器，转换后的高温高压过热蒸汽进入汽轮机进行发电，为充分利用太阳能产生的热量，在进行管道系统设计的过程中要结合直接返回、反向返回和中心供给三种形式[1]。

2 联合循环发电系统中的燃气蒸汽联合循环发电系统

燃气蒸汽联合循环技术在发电项目中的使用可以大幅度地提升热力发电厂的热效率，使发电过程对环境的破坏作用明显降低，据研究显示利用此技术其发电效率比传统的燃煤电厂高出17%，而二氧化碳等有害气体的排放量仅为其40%左右，燃气蒸汽联合循环发电系统应用于ISCC电站，其主要由燃气轮机，蒸汽轮机、余热锅炉及发电机等部件组成，压气机在运作的过程中会连续地从外界吸入空气致使其内部气压上升，而且内部空气会随着运作的持续进行而升高，由内部气压不断增大而被迫流进燃烧室，使其内部燃气转化成高温、高压燃气，其在透平中受温度及空气影响不断膨胀，产生透平和压气机把天然气的化学能转化成热能的动力，值得注意的是在这个过程中所产生的热能中有一部分会继续转化成机械能，在燃气轮机的排气被传输至余热锅炉后，在加热工质作用下，会与太阳能即热系统产生的过热蒸汽共同进入汽轮机，从而带动发电机发电，由此可见，太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统可以在发电领域联合使用[2]。

3 太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统的应用

我国巴彦淖尔、拉萨、三亚等地区都属于太阳能资源和天然气资源相对丰富的地区，所以利用联合太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统发电具有可能性，由于太阳辐射到地球大气表层的辐射总量基本呈恒定稳定不变状态，所以利用太阳赤纬、太阳时角、日天文辐射总量、月天文辐射总量、日照百分率、实际太阳能辐射量、瞬时辐射值等有效的公式可以对其进行较精确的计算，通过计算可以发现巴彦淖尔、拉萨、三亚虽光照强度优越，但太阳辐射能量不稳定、风速较大，ISCC这种将太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统联合应用的电站比单纯的太阳能发电更有保证[3]。

作为可再生能源的太阳能和作为清洁能源的天然气作为主要燃料的环保电站可以直接选址于城市及其周围，参与电力供应调峰，这是传统热电站所不具备的优势，而且为供热、制冷等热电生产相关项目的开展提供了可能，结合我国能源利用梯级的传统经验，实现对有效能源的充分利用。另外，由于电力需求由人类的生产作息规律直接决定，而人类的生产作息又以自然界中太阳的运动为依据，所以电力需求通常表现出白天高于夜晚，午夜达到最低的特点，这与太阳能辐射强度变化具有较强的相似性，所以利用太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统共同参与调峰可以改变传统单一燃气蒸汽联合循环发电系统参与调峰时24小时运行中存在8小时未满负荷运行和单纯太阳能发电完全依赖太阳辐射强度进行调峰的缺点，在白天时充分利用太阳能集热系统发电，在夜晚时利用储能即可完成调峰任务，弥补太阳能热发电负荷不稳定，对电网冲击大等缺点，也有效缓解了燃气轮机运行状态发生变化对设备造成的损害，起到了进一步节约燃料的作用。

但太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统的共同应用的过程中需注意太阳能集热系统的集热面积、温度变化、辐射强度等都会对联合循环发电系统构成影响，例如当集热面积达到32000平方米时，相应的太阳能辐射会达到近900瓦每平方米，太阳能部分发电总量达为15.20MW，ISCC电站的净热效率达到55%，当集热器面积上升为原集热面积二倍64000平方米时，太阳能部分发电总量达为30.20MW，ISCC电站的净热效率变成近60%，由此可见，太阳能部分的各项指标会随着集热面积的增加而明显呈现出上升的浮动趋势；除此之外，从经济学角度分析，可以发现，应用太阳能集热系统与燃气蒸汽联合循环发电系统的ISCC电站使用了可再生的太阳能资源，使单位电能的生产所使用的天然气明显降低，这不仅大幅度地减少了污染气体和温室气体的排放，使电力生产对环境的破坏性明显降低，而且也避免了单纯太阳能系统为保证电力系统保持稳定输出所要支付的高额费用[4]。

太阳能集热系统除应用于发电领域外，在集中供热、建筑等领域也得到了有效的应用，例如凭借与建筑立面易结合、便于安装运行维护、使用寿命较长等优点，被广泛应用于承压系统和二次循环系统的平板太阳能集热器，现阶段常被应用于建筑阳台、分体别墅、集中集热分户储热、集中集热集中储热等多种太阳能热水系统中，由此可见其仍存在较大发展空间。

4 结束语

通过上述分析可以发现，太阳能集热系统和燃气蒸汽联合循环发电系统都属于对新型能源开发利用方面的成果，其在实际生产生活中的应用，有效地缓解了经济发展与电力供应、经济发展与环境保护之间的矛盾，这是社会发展、人们思想观念转变的重要体现，所以应积极挖掘其实际应用潜力，为社会发展提供能源动力。

参考文献

[1]王晓苹.太阳能-燃气联合循环发电系统经济性分析[D].北京：华北电力大学，2013.

[2]林汝谋，韩巍，金红光，等.太阳能互补的联合循环（ISCC）发电系统[J].燃气轮机技术，2013，2：1-15.

[3]康玉洁.燃气-蒸汽联合循环发电系统的现状和展望[J].电气时代，2013，6：60-61+64.

[4]刘刚锋，田维汉，王成军.燃气-蒸汽联合循环发电技术在武钢的应用[J].钢铁研究，2012，6：48-51.

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