太阳能辅助燃煤机组发电技术与政策研究

【摘要】：为了应对气候变化,世界各国都把提高能源效率和减少化石能源消耗作为其重要的能源政策。中国由于能源禀赋,电力生产中燃煤发电所占比例较大,电力工业面临较大的节能减排挑战。太阳能辅助燃煤机组发电为燃煤火电机组“深度”节能提供了一个发展方向。太阳能辅助燃煤机组发电系统是基于常规燃煤火电机组,根据太阳能热利用系统的热力特性而合理集成太阳能热的发电技术。基于太阳能热发电的实践与发展,槽式太阳能集热系统因其集热温度、换热流体及工质控制、系统稳定性、经济性等方面,适合与燃煤机组集成。太阳能辅助燃煤发电系统一方面可利用太阳能热,替代部分燃煤量以降低燃煤消耗,另一方面利用燃煤机组可调整的能力,克服了太阳能热存在的间歇性和波动性问题,减少了蓄能设备,同时太阳能热利用系统还可与燃煤机组“共享”汽轮机,降低了太阳能热利用的成本。太阳能辅助燃煤机组发电是一种可行、环保和高效的发电技术,发展前景良好。本文基于燃煤机组变工况理论与槽式太阳能热利用系统的热力特性,针对太阳能辅助燃煤机组发电技术进行了系统分析,并通过政策建模对其发展政策也进行了分析,主要研究工作与结论如下：首先,依据“能量品位对等”原则与太阳能热利用系统的热力特性,分别从锅炉侧、汽轮机及辅机侧,设计了槽式太阳能热利用系统与燃煤机组集成的各方案,并基于燃煤火电机组变工况理论建立集成方案分析模型,对燃煤机组集成太阳能热的各方案进行了计算分析,总结了锅炉侧、汽轮机及辅机侧集成太阳能热对集成系统影响的规律。例如,经深入分析锅炉侧集成太阳能热对锅炉热力性能的影响,表明锅炉侧集成太阳能热的潜力受减温水等调温措施影响,且调温措施是维持主蒸汽温度与再热蒸汽温度的重要因素,通过对锅炉受热面改造或优化锅炉汽水流程等,提高调温措施的调节能力,可提高锅炉侧集成太阳能热的潜力,减少燃煤消耗量；研究还表明各集成方案的平准化成本(Levelized Electricity Costs, LEC)受到集热器成本、设计年限、煤炭价格、设计辐射强度的影响,如果计入碳收益,集成方案的LEC进一步降低。其次,根据太阳能热利用系统的热力特性及集成太阳能热对燃煤机组的影响,基于等效焓降方法,建立了太阳能辅助燃煤机组发电分析模型,可用于估算分析；基于减排成本分析,建立了太阳能辅助燃煤机组发电系统综合分析模型,可揭示集成系统的主要影响因素,可用于太阳能热与燃煤机组的系统集成分析与优化分析。再次,通过对太阳能辅助燃煤机组发电系统分析,在设定系统边界和基准线基础上,建立了太阳能辅助燃煤机组发电系统中太阳能热与燃煤供电比例分摊模型及温室气体(CO2)减排分析模型,提出了太阳能辅助燃煤机组发电系统太阳能侧与燃煤侧供电量的计算方法,以及温室气体(CO2)减排量的计算方法,为集成系统供电量、温室气体减排量定量分析提供依据。最后,根据可计算一般均衡模型(Computable General Equilibrium, CGE)基本原理与太阳能辅助燃煤机组发电的技术经济特征,构建了太阳能辅助燃煤机组发电CGE政策分析模型,从太阳能辅助燃煤机组发电规划总量、征收碳税、实施间接税税收优惠等政策方面进行了分析,为太阳能辅助燃煤机组发电的相关政策决策提供依据。 【关键词】：太阳能热发电 燃煤火电机组 辅助发电 CGE模型 政策模拟分析
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-28
• 1.1 课题背景15-19
• 1.2 太阳能辅助燃煤机组发电国内外研究概况19-25
• 1.2.1 技术发展概况20-23
• 1.2.2 政策研究概况23-25
• 1.3 课题研究内容及意义25-28
• 1.3.1 课题研究内容25-27
• 1.3.2 课题研究目的和意义27-28
• 第2章 太阳能辅助燃煤机组发电原则性系统分析28-63
• 2.1 引言28
• 2.2 太阳能集热系统分析与选择28-33
• 2.2.1 太阳能集热器传热分析29-31
• 2.2.2 集热器换热效率与集热器场设计31-33
• 2.3 太阳能集成方案设计33-36
• 2.3.1 锅炉侧集成方案33-34
• 2.3.2 汽轮机及辅机侧集成方案34-36
• 2.4 集成方案建模与评价指标36-40
• 2.4.1 基于燃煤机组变工况理论建模36-39
• 2.4.2 集成方案评价指标39-40
• 2.5 模拟结果与分析40-61
• 2.5.1 模拟分析假定40-41
• 2.5.2 集成太阳能热对锅炉热力性能影响分析41-48
• 2.5.3 锅炉侧集成太阳能经济性分析48-55
• 2.5.4 汽轮机及辅机侧集成太阳能经济性分析55-61
• 2.6 本章小结61-63
• 第3章 基于等效焓降与减排成本集成太阳能热分析63-84
• 3.1 引言63
• 3.2 太阳能集热器运行条件分析63-65
• 3.3 基于等效焓降燃煤机组集成太阳能热分析65-73
• 3.3.1 汽轮机及辅机侧集成太阳能热分析66-67
• 3.3.2 锅炉侧集成太阳能热分析67-71
• 3.3.3 太阳能系统发电效率与太阳能热等效焓降效率比较71-73
• 3.4 基于减排成本燃煤机组集成太阳能热分析73-83
• 3.4.1 减排成本分析模型建立73-76
• 3.4.2 减排成本技术经济分析76-78
• 3.4.3 计算实例分析78-83
• 3.5 本章小结83-84
• 第4章 太阳能与燃煤供电分摊及减排分析84-97
• 4.1 引言84
• 4.2 太阳能热与燃煤供电比例分摊关键问题84-86
• 4.2.1 热力系统特性变化84-86
• 4.2.2 基准线和系统边界86
• 4.3 太阳能与燃煤供电分摊模型及减排量模型86-94
• 4.3.1 太阳能与燃煤供电分摊模型87-90
• 4.3.2 集成系统减排量模型90-94
• 4.4 实例分析94-95
• 4.5 本章小结95-97
• 第5章 太阳能辅助燃煤机组发电CGE模型构建97-118
• 5.1 引言97
• 5.2 CGE模型基本原理及构建概述97-102
• 5.2.1 CGE模型基本原理97-98
• 5.2.2 CGE模型基本结构98-100
• 5.2.3 CGE模型参数设定与计算求解100-102
• 5.3 太阳能辅助燃煤机组发电CGE模型102-117
• 5.3.1 模型构建思路102
• 5.3.2 能源电力CGE模型构建102-110
• 5.3.3 太阳能辅助燃煤机组发电技术子模型110-112
• 5.3.4 SAM表选取编制及相关参数标定112-117
• 5.4 本章小结117-118
• 第6章 太阳能辅助燃煤机组发电政策设计及模拟118-136
• 6.1 引言118
• 6.2 太阳能辅助燃煤机组发电规划总量影响分析模拟118-124
• 6.2.1 引入规划总量分析的思路118-119
• 6.2.2 规划总量影响分析119-124
• 6.3 碳税对太阳能辅助燃煤机组发电影响分析模拟124-130
• 6.3.1 引入碳税分析的思路124
• 6.3.2 碳税影响分析124-130
• 6.4 间接税对太阳能辅助燃煤机组发电影响分析模拟130-134
• 6.4.1 引入间接税分析的思路130
• 6.4.2 间接税影响分析130-134
• 6.5 本章小结134-136
• 第7章 结论与展望136-139
• 7.1 主要研究结论136-138
• 7.2 后续工作展望138-139
• 参考文献139-148
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果148-149
• 攻读博士学位期间参加的科研工作149-150
• 致谢150-151
• 作者简介151

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