太阳能-燃煤互补超临界二氧化碳发电系统设计与优化

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近几十年来,大量化石能源的使用对环境和生态造成了很大程度的破坏。提高能源使用效率,寻求更高的功率转换形式成为当务之急。在燃煤发电厂中引入太阳能进行互补发电不仅可以实现太阳能依靠大功率机组稳定发电,还能够减少煤炭的消耗量。除此之外,超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环具有较高的能量转换效率。本文基于S-CO2布雷顿循环,在EBSILON软件上搭建太阳能-燃煤互补发电(SCCP)系统及其改进模型并进行仿真计算和系统经济性分析。首先,搭建了两种SCCP系统,分析了太阳能模块的引入对系统的影响。结果表明,两种互补系统的省煤量和补充电功率均随着太阳能模块做功量的增加而增加。其次,完成了SCCP系统的冷、热端优化分析,选取效率最高、经济性最优的改进组合作为SCCP系统的改进模型。同时得到结论,SCCP1改进模型维持最大净效率的第二分流比(SR2)区间更广(SCCP1改进模型为0.065-0.141,SCCP2改进模型为0.076-0.141),太阳能模块做功量和系统煤耗量随着SR2变化的曲线较SCCP2改进模型更为平缓,具有更好的灵活性和适应性。然后,进行了互补系统及其改进模型在设计工况下的单耗分析。同时还进行了互补系统改进模型在变工况下的参数分析和单耗分析。结果表明,锅炉的附加单耗在互补系统及其改进模型中占比均为最大,负荷由100%减小到50%的过程中,SCCP改进模型中各主要设备的附加单耗随着负荷的减小而增大,而系统主蒸汽压力、效率等变量均随着负荷的增大而增大。最后,进行了太阳能模块的变工况运行和互补系统改进模型的经济性分析。结果表明,互补运行模式可以达到全年运行模式的60%,引入太阳能模块后的发电系统全年省煤量可以达到1.3×10~5t。SCCP系统改进模型的平准化度电成本(LCOE)为60.10$/MWh,并且其数值随着储热系统成本、定日镜场成本、燃煤成本和CO2排放成本的增加而增加。
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