摘要:光热发电具有很高的电能质量及可靠性,虽然目前设计的大规模光热电站有很好的储能性能,但仍存在夜间无法持续发电及冬季发电量减少的问题。生物质能发电在可再生能源发电中同样具有电能质量好、可靠性高的优点,可以作为小水电、风电、太阳能发电的补充能源,具有很高的经济价值,但由于生物质燃料收储运困难燃料成本高,基本抵消了生物质发电产业的天然优势,甚至有些电力集团以少亏损作为对生物质发电项目的考核指标。本文将主要阐述光热与生物质耦合发电的方式提高光热与生物质发电的盈利能力。
引言
光热热发电通常叫做聚光式太阳能发电,与传统发电站不一样的是,它是通过聚集太阳辐射获得热能,将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。当前光热发电大规模应用主要采用太阳能槽式热发电、太阳能塔式热发电两种模式。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上,并将管内的传热工质加热产生蒸汽,推动常规汽轮机发电;塔式系统是利用众多的定日镜,将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器(太阳锅炉)上,加热工质产生过热蒸汽,或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽,驱动汽轮机发电机组发电。
生物质直燃是目前生物质发电的主要模式,直燃发电就是直接燃烧发电是将生物质燃料在锅炉中直接燃烧,生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质原料预处理、锅炉防腐、锅炉的原料适用性及燃料效率、蒸汽轮机效率等技术。
1.光热发电运行特点与生物质发电运营特点
1.1光热发电运行特点
光热发电运行方式与常规机组不同,光热发电机组受太阳能的变化相应变化,一天中的变化也较大,早晨在启动初期,太阳能辐射强度偏低,机组在低负荷下运行,随着太阳能辐射强度的增加,机组缓慢增加负荷,直到达到额定负荷,目前大部分工程设置了储热系统,中间时间段可以满足额定负荷运行的要求,到下午,随着太阳能辐射的减弱,机组负荷随之下降,下降到一定负荷,太阳能集热场关闭,启动自循环防凝,储能系统启动,机组利用储能系统继续运行,根据储能时间设定,运行一段时间后机组按计划停机,完成一天的运行。
1.2生物质发电运营特点
当前生物质发电中存在一些实际问题, 秸秆收购受季节约束性强,且秸秆体积大、密度小,不易储存。以中国东三省为例,东三省主要是玉米、大豆、水稻等主产区,粮食收割基本在每年9、10月份,秸秆收购主要集中在每年10月份到来年3月份,相应该段时间内燃料收购成本较小电厂基本可处于盈利阶段,相反随着春耕开始秸秆及农林废弃物减少收购价格增加且无法满足发电需求量电厂运营出现亏损,这也是大部分生物质发电项目亏损的主要原因。
2.光热与生物质耦合发电意义
我国对生物质能的利用规模远低于风电、光伏,本来是与火电具有一样稳定性的生物质发电,目前却不受企业青睐,发展速度一直不如人意,经济性差是其中重要原因。短期内电力投资企业不太看好生物质能的发展,因为生物质收储半径过长、规模化不足、燃料收购受季节影响严重等问题,让其难以实现经济性。如果采用光热与生物质耦合发电模式将有如下优势:
2.1冬季当光热发电负荷受光照辐射强度及时间影响负荷下降时增加生物质锅炉出力提升发电量,保证机组24小时连续运行。
2.2太阳辐射强度可以满足机组正常发电及储热时,夜间采用生物质补热模式运行,保证机组24小时连续运行。
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2.3由于光热发电与生物质发电共用一台汽轮发电机组,相较常规生物质发电项目可减少很大投资成本。
2.4光热生物质耦合发电对生物质燃料的需求与农林废弃物稳定供应数量相吻合,可减少生物质燃料收购成本。
2.5光热生物质耦合发电运行维护人员,将相交于常规光热发电与生物质发电单独同时运行时有很大就少,既将很大程度上减少人工成本。
2.6在寒冷天气太阳能集热场不运行时由于生物质锅炉提供导热油防凝所需热量,将减少天然气和网购电成本。
3.光热生物质耦合发电运行模式
光热生物质耦合发电可在光热发电机组的基础上不再增加发电机组,只需增加相应容量生物质锅炉;也可以在项目前期开发及设计阶段通过合理测算匹配合适容量机组及生物质锅炉容量。
3.1当光热锅炉提供蒸汽量无法满足机组正常运行时,可将生物质燃烧锅炉产生蒸气送入到锅炉再热器或送到汽轮机低压缸,这种耦合方式可在冬季日间太阳辐射强度不够、夜晚光热电站储热熔岩温度不足、多云阴雨天气时采用。
3.2生物质燃烧锅炉直接产生蒸气直接并入汽轮机主蒸汽管道,此时发电机组可完全进入生物质发电模式,此时还可以通过汽轮机抽汽为光热场导热油防凝提供热源。
4.光热生物质耦合发电适用地区
目前我国大部分光热项目集中在青海、内蒙西部、甘肃等太阳辐射值高的西部地区,这些项目大多建设在人口稀少荒漠、戈壁边缘,由于无农业支撑不适用光热生物质耦合发电。但如内蒙古东部、东三省西部、河北北部等虽太阳辐射值不如上述地区,但农林废弃物充足比较适合发展光热生物质耦合发电。以河北张家口为例,张家口市是我国华北地区太阳能资源最丰富的地区之一,国务院批复同意设立张家口市可再生能源示范区,并由国家发改委正式发布了示范区发展规划,该规划展望到2030年,规划到2020年实现100万千瓦光热发电装机,到2030年实现600万千瓦装机,由于该地区光照资源丰富且生物质燃料充足是光热生物质耦合发电的最适合地区。
5.光热生物质耦合发电存在问题
5.1我国光热发电处于起步阶段虽2016年国家能源局批复20个示范项目,但真正开工建设的不到2位数,目前只有中广核德令哈50兆瓦槽式光热发电项目于10月10日正式投运。因此光热生物质耦合发电目前还无路可寻,还需要通过科研、建设、设计等单位的不断努力。
5.2目前我国光热发电和生物发电都享受国家补贴电价,由于项目造价高,总投资大,运行成本高等诸多问题,尽管国家给予了电价优惠政策,但盈利水平任然非常低。尤其是可再生能源补贴拖欠的问题,已经严重影响了相关企业的投资热度。
结束语
近日,值国家主席习近平对西班牙进行国事访问之际西班牙光热发电巨头Abengoa与沙特电力公司AcwaPower、上海电气以及中国银行在西班牙签署了在光热发电领域的长期战略合作协议,这也为我国光热行业发展注射一剂强心剂。光热生物质耦合发电目前虽还没有相关的项目支持,但通过对光热行业热爱的人们的不断努力必将有所突破、有所成就。
参考文献
[1]《太阳能热发电站》机械工业出版社2012-10,作者宋记锋,丁树娟
[2]《生物质能源利用技术》化学工业出版社2009-03作者:张建安,刘德华。
论文作者:武同军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签:光热论文; 生物论文; 机组论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 太阳能论文; 燃料论文; 《电力设备》2018年第26期论文;