摘要：本文通过对太阳能热发电技术和热电联产技术的分析和结合，提出了一套分布式太阳能光热热电联产系统，并计算了一个小型分布式太阳能光热热电联产系统的主要参数和热经济性并对其进行了优化设计，结果表明，该分布式太阳能光热热电联产系统热经济性良好，适宜进行推广。
关键词：分布式能源、光热发电、热电联产
引言
近年来，我国在集中式能源方面取得了长足的发展，但也存在着一定的系统性风险，因此，国家开始重视对于分布式能源的发展，作为大型能源站的补充。分布式能源是建在用户侧的能源供应方式，能够实现能源的梯级利用，运行灵活、损耗小，投资小，因此受到了社会的广泛关注，投资热情很高。
分布式能源系统具有设备小型化、燃料结构的多元化、能源供应形式多样化、网络化和智能化等特点，根据燃料种类不同，可分为天然气分布式能源、地热能分布式能源、光热/光伏分布式能源、风能分布式能源、水力分布式能源、生物质能分布式能源等。
目前光热发电按照聚光方式的不同可分为塔式、槽式和碟式三种，其中碟式本身就具有分布式能源的特点，但是目前技术不够成熟，也无法进行热电联产；塔式电站不适合做小型化电站；槽式由于技术成熟，温度适宜，是作为光热分布式能源的最佳选择。
1系统假定
为了论述方便，我们对系统做一些假定：
（1）太阳能集热场采用槽式聚光技术，光热转换效率取70%；
（2）采用传统导热油作为传热介质；
（3）采用无蓄热并网式系统，多余电量上网；不足时从电网上取电；
（4）采用背压机系统，排汽用于采暖供热或者供应生活热水，输出电功率为0.5MW；
（5）背压机的进汽参数定为3.6MPa，370℃；
（6）背压机相对内效率为80%，忽略发电机机械损失及系统内部其他管道以及换热器的热损失；
因此，整个系统为：导热油吸收槽式聚光器聚集的热量，温度上升至393℃，成为高温导热油，高温导热油在换热器中将给水加热至370℃，加热后的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机，推动蒸汽轮机做功，背压机排汽用于用户端的采暖供热。
2系统热平衡图
根据以上假定，设计和拟定的了如下系统，并计算了原则性热力系统图如图1所示。
图1 分布式光热热电联产原则性热力系统图
由上面的热平衡图可知，汽轮发电机功率为0.5MW时，太阳能输入系统的净热量为2.604MW，汽轮机排汽参数为0.15MPa，105℃，可以向外供热2.104MW。
根据国家能源局公布的2014年全社会用电量数据显示，2014年1~12月份，城乡居民生活用电量为6928亿，按国家统计局数据，2014年末，全国人口总数为13.6072亿，即2014年全国城乡居民人均生活用电量约为509.1kWh，人均每天用电量约为1.4kWh。0.5MW的发电量如果全部用于居民用电，可满足8620人的生活用电需求。
背压机排汽用于采暖供热，按常规采暖，用户端进出水温设为70/95℃，背压机排汽可将72.3t/h的用户端来水进行加热，换热量为2.104MW。以西安地区为例，人均采暖面积按30㎡计算，采暖热指标取45W/㎡（城镇供热管网设计规范CJJ34-2010），背压机排汽可以满足1560个人的采暖需求，每户按5人计算，可满足312户的采暖供热需求。
3系统的热经济性指标
由图1的热平衡可知，太阳能系统输入发电系统的热量为2.604MW，如果年利用小时数按2500h考虑，较之常规的火力发电厂（锅炉热效率按90%考虑），系统每年可节约标煤耗约890t。下表是系统的各项热经济指标值。
表1 太阳能光热热电联产系统的热经济性指标
4系统优化
鉴于太阳能自身的不稳定性，上述系统存在很大的不稳定性，在太阳光照不足的时候，系统将不能正常运行，无法保证用户的正常供热。为提高系统采暖期的供热稳定性，可增加天然气或者电锅炉作为系统的辅助热源。如图3所示，辅助锅炉添加在汽轮机之后，与汽轮机排汽并联布置，当太阳能镜场无法提供能量时，汽轮机停机，采用该辅助锅炉对用户供热，此时辅助锅炉功率为2.48MW，辅助锅炉可采用燃气锅炉或者电锅炉。
图2 增加辅助锅炉的系统图
也可以将辅助锅炉添加在汽轮机之前，与太阳能集热场并联布置，可代替太阳能集热场工作，也可作为补充热源参与系统运行，不仅可以保证供热稳定性，也可以保证连续的电力供应，为了满足国家环保要求，辅助锅炉可采用天然气燃气锅炉，当镜场停止运行是，锅炉功率为3.06MW。
这两种方案各有优缺点，图3的方案仅保证采暖期的供热连续性，对于电力不予保证，由用户从网上获取，减少了天然气的消耗；另一种方案能够保证整个系统孤网运行，不需要从网上取电，但是需要消耗大量的天然气。因此，选择何种方案，取决于当地的实际情况即天然气的供应和价格、电价及电网对于分布式能源站的相关政策。
结论
通过对拟定的分布式光热热电联产系统进行计算，表明该系统具有良好的热经济性，适宜推广；为了提高该系统的稳定性，对该系统进行优化，提出了两种增加辅助锅炉的方式。
论文作者:田永红,闫英,申娜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/23
标签：系统论文; 分布式论文; 光热论文; 能源论文; 太阳能论文; 锅炉论文; 采暖论文; 《电力设备》2017年第16期论文;