太阳能与燃煤互补发电技术已被证明是一种利用太阳能规模化发电的有效方式。将太阳能热引入到常规燃煤机组,一方面可以大幅降低太阳能热发电成本、提高光电效率,另一方面也可提高燃煤机组的节能减排效应。论文主要针对槽式太阳能燃煤互补发电系统的动态特性展开仿真研究,主要研究内容总结如下:(1)槽式太阳能热与燃煤互补发电系统全工况动态仿真建模基于STAR-90采用模型结构化的建模方法,建立了槽式太阳能燃煤互补发电系统关键子系统的动态仿真模型,主要包括了太阳能集热场、汽轮机、锅炉等完整的关键子系统模型,并以序贯模块法按照互补系统工质流动方向建立了互补系统全工况仿真实验系统,可实现实时和超实时动态仿真。(2)太阳能引入规模对互补系统关键参数影响规律的研究以330 MWe互补发电机组为对象开展动态仿真实验研究,获得了典型工况下太阳能引入规模对互补系统关键参数:主蒸汽流量、燃煤消耗量、系统输出功率、主/再热蒸汽汽温等的影响规律。结果表明,在“燃料节省型”运行模式下,随着太阳能引入规模的不断增大,主蒸汽流量下降,燃煤消耗量减少,系统输出功率能够维持在额定值。然而,主蒸汽、再热蒸汽汽温出现下降甚至超出了锅炉安全运行规范的要求。论文针对这一问题的内在机理展开研究,并在此基础上提出了改进的汽温调节控制方案,使得该机组的太阳能吸纳极限由原来的27.1 MWth提高到99.9 MWth。(3)太阳能的引入对互补系统热力性能和经济性能的影响研究基于上述太阳能引入对互补系统关键参数影响规律的研究结果,对太阳能引入给各子系统及系统整体性能带来的影响展开研究。结果表明,在吸纳极限内,随着太阳能引入量的增加,互补系统的热力循环效率下降、锅炉效率提高,太阳能热电效率提高,相较于原有系统,互补系统的整体能效提高。相应地,“燃料节省型”和“功率增大型”两种运行模式对应的互补系统年光电效率可达18.5%和20.2%,标准化发电成本(LCOE)可降至5.1和4.6美分/kWh。在我国太阳能资源丰富的地区大部分是缺水地区,因此论文对太阳能辅助空冷机组的经济背压变化规律开展了研究,获得了全工况经济背压数据库。研究结果表明,相比于固定背压、固定风机功率等其他运行方案,可显著改善互补系统的热力性能和经济性能,年光电效率由8.47%和15.44%提高至17.8%,LCOE从18.9和10.4美分/kWh降低至9.0美分/kWh。(4)太阳能瞬变特性对互补系统安全运行的影响研究论文研究了集热场启动、云遮工况下,太阳能不稳定性和间歇性对互补系统关键参数的影响规律。结果表明,在未配置蓄热的情况下,太阳辐照瞬变造成的主蒸汽、再热蒸汽及各级抽汽等相关参数波动均在可接受范围内,但互补系统的输出功率波动较大,变化率最高可达15.8 MWe/分钟,超过了安全允许范围(<3MWe/分钟)。为解决这一问题引入蓄热,开展了蓄热对抑制互补系统关键参数波动的影响研究。结果表明,配置小规模(0.5小时)的蓄热即可有效减小辐照间歇性对互补系统运行产生的影响,使系统的功率变化率维持在1 MWe/分钟内,保障了互补系统的安全运行。在此基础上,本文进一步对蓄热系统容量及运行策略进行优化研究,使得互补系统的热力性能和经济性能得以显著改善,年光电效率从18.7%提高至19.3%,LCOE从9.3美分/kWh下降至8.8美分/kWh。