10MW级塔式太阳能热发电系统
201８年第５期(总第4６卷 第327期) 建筑节能 ?可再生能源及其应用
ｄｏｉ:10.39６9∕ｊ.ｉｓｓｎ.1６73-7237.201８.0５.002
收稿日期:2017-0８-03； 修回日期:201８-0５-17
?基金项目:高压加热器启动及运行模拟仿真技术研究(20071001-1)
１０ＭＷ级塔式太阳能热发电系统火用分析?
李成阳, 李科群, 张荣鹏, 陈玉娇, 李 剑
(上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093)
摘要: 以美国ＳｏlａｒOｎｅ塔式太阳能热发电站为研究对象，建立10ＭＷ级塔式太阳能热发电模型三
该模型以水/水蒸气为集热工质，并在系统中加入蒸汽蓄热系统三将系统整体上分为三个子系统，运用热力学定律，并结合能量系统的火用分析方法，对三个子系统进行火用分析，评估各个系统的性能，最后串联成整个系统，分析了整个系统的性能状况，并与已知的槽式二碟式热发电站系统进行性能比较，明确综合利用效率最好的光热利用方式，为今后的技术发展提供依据三
关键词: 太阳能热发电； 火用分析； 白箱模型； ＳｏlａｒOｎｅ； 储能系统
中图分类号: ＴＵ1８；ＴＫ６1５ 文献标志码: Ａ 文章编号: 1６73-7237(201８)0５-000６-04
ＥｘｅｒｇｙＡｎａlｙｓｉｓａｎｄＣａlｃｕlａｔｉｏｎｏｆＴｅｎＭＷＴｏｗｅｒＳｏlａｒＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ
ＬI Ｃｈｅｎｇ-ｙａｎｇ,ＬI Ｋｅ-ｑｕｎ,ZＨＡＮＧＲｏｎｇ-ｐｅｎｇ,ＣＨＥＮＹｕ-ｊｉａｏ,ＬI Ｊｉａｎ(ＣｏllｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒ
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏlｏｇｙ,Ｓｈａｎｇｈａｉ200093,Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴａｋｉｎｇｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏlａｒOｎｅｔｏｗｅｒｓｏlａｒｔｈｅｒｍａl ｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ,ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｓｔａｂlｉｓｈｅｓａｍｏｄｅl ｏｆＴｅｎＭＷｔｏｗｅｒｓｏlａｒｔｈｅｒｍａl ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅl.Ｔｈｅｍｏｄｅl ｔａｋｅｓｗａｔｅｒ/ｓｔｅａｍａｓｈｅａｔｃｏllｅｃｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍ,ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｄｄｅｄ.Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ.Ｕｓｉｎｇｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎａlｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ,ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＥｘｅｒｇｙａｎａlｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ,ｔｈｅｙｗｅｒｅａｎａlｙｚｅｄ,ａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｅａｃｈｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｖａlｕａｔｅｄ.Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｗｈｏlｅｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａlｙｚｅｄ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐａｒａｂｏlｉｃｔｈｒｏｕｇｈｓｏlａｒｐｏｗｅｒａｎｄｄｉｓｈｓｏlａｒｐｏｗｅｒ,ｔｈｅｂｅｓｔｗａｙｏｆｓｏlａｒｔｈｅｒｍａl ｕｔｉlｉｚａｔｉｏｎｉｓｃlｅａｒ,ａｎｄｉｔｃａｎａlｓｏｐｒｏｖｉｄｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｅｃｈｎｏlｏｇｙｄｅｖｅlｏｐｍｅｎｔ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｏlａｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ；Ｅｘｅｒｇｙａｎａlｙｓｉｓ；ｗｈｉｔｅｍｏｄｅl ；ＳｏlａｒOｎｅ；ｔｈｅｒｍａl ｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ
０ 引言
评估热力系统的性能,传统上以热效率分析法为主,是利用设备的输入与输出能量之比,来评判系统的热性能三此分析法从数量上反映了热力设备的用能水平,但能量的质并没有很好的表现出来[1]
三火用分
析法是结合热力学定律,综合考虑能量的质与量的问
题,对实际用能与节能更有参考意义三
ＳｏlａｒOｎｅ是最早聚焦于太阳能光热使用的项目,其实验电站的一系列运营经验对后续发展的塔式太阳能光热项目有很好的参考价值三通过收集ＳｏlａｒOｎｅ电站的运行数据
[2]
,该文建立了合理的系统模
型,利用火用分析法对其子系统进行火用计算,并利用白箱模型将各个子系统串联起来综合分析,得到系统整
体的火用效率,并和已知的槽式二碟式电站系统进行了比较,通过对比,明确了综合利用效率最好的光热利用方式,为今后的技术发展提供依据三
１ ＳｏlａｒOｎｅ电站系统模型
ＳｏlａｒOｎｅ的工作原理是利用分布于塔四周的
1８1８面定日镜,将太阳光反射到塔顶的吸热器表面,加热流经吸热器的工质水/水蒸气,吸热后的水/水蒸气变为过热蒸汽(10 1ＭＰａ,５1６?),经管道,大部分的过热蒸汽进入汽轮机中做功,小部分进入储能系统,经热交换器换热后,流回吸热器三在汽轮机中的水蒸气做功后被排入凝汽器,在泵压下,被汽轮机的抽汽加热,回到吸热器中,至此一个热力循环完成,详细过程见图1三
电站实际的运行情况十分复杂,但主要的运行模式有两种,因此该文只考虑以下两种常见的运行情
６万方数据