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发表于 2009/9/7 9:58:48

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标签: 新能源 电力 绿色能源

太阳能辅助燃煤发电清洁化

  随着可再生能源技术的逐渐升温,对其实用性的质疑和要求采用其他可行的办法来解决能源问题的呼声也开始有愈演愈烈的趋势,就连太阳能技术也被牵扯进了诸如如何处理报废的光伏板的雾水之中不得幸免。
  美国电力研究院(EPRI)是电力行业的科研主力,涉及的课题包括最新的发电、输电和用电技术。它的成员机构对全美超过90%的电力负责,同时与来自全球超过40个国家的相关机构保持着合作关系。该组织参与了众多环境和可再生项目的研究,对这些项目从概念到评估、报告,直至商业化的整个发展过程提供指导性服务。
  作为其可再生能源项目之一,EPRI正在对两项能够对常规热技术起到补充作用的太阳能蒸汽发电项目进行评估,该技术可以帮助电厂有效提高发电量或减少矿物燃料的消耗量。这项研究的目的是为了确定将太阳能蒸汽发电技术与现有的天然气联合循环发电厂和常规的燃煤发电厂相结合的可行性和有效性。
  太阳能技术长期以来一直被认为是可再生能源发电的主要研究领域,而它最大的缺陷在于能量转换的效率不高。地表所接收到的太阳能远远超过了我们实际所需要的数量,但是我们缺乏实用有效的技术来利用它。既然矿物燃料是由远古时期的植物躯干演变而来,那么我们地球上各种类型的能源(除了核能与地热)其实最终都可归结于太阳能。

太阳能平均储备量
太阳能平均储备量
这张太阳能地理分布示意图中的太阳能是以平均“日照时间”(小时)或者每天辐射量超过
每平米1kW的小时数来计算的。图上的两个小红点在地理上相隔甚远,但令人意外的是,
它们的太阳能储量却非常接近。来源: Control Engineering with information from Kyocera Solar

  光伏技术vs.热技术
  光伏技术是有用的,但是现阶段,它的转换效率还相当有限。那些被认为是有经济效益的,事实上也仅仅能达到15%的转换率,每平方英尺光伏板能发电12W,当然实际数字正在逐渐提升。一项有些超前的顾虑认为,鉴于其制造过程中使用了一些有毒物质,因此那些已经耗尽效能的光伏板最终会成为有害废物。
  太阳能技术对电厂来说是有相当吸引力的,因为每日阳光的强弱通常与该时段的电力需求相契合。“确实,大致来说这是不错的。”EPRI的太阳能蒸汽项目经理Cara Libby说,“当然如果用电高峰出现在傍晚,那阳光就可能不太够了,但总体来说,比起通常晚间更强大的风能来说,太阳能与用电需求的契合度就要高得多了。但是太阳能的输入并不总是那么稳定的,通常上午会比较少,最高峰常在午后,随后就开始下降了。”
  采用太阳能蒸汽补充发电的燃煤发电厂通常会采用敏捷控制的方式来将各个条件保持在一个平衡的状态下运行。“控制和协调太阳能输出和传统蒸汽循环的变化和平衡是一个极为重要的方面。”Libby补充道,尤其是当高压电网系统要求跟踪这些变化的时候更是如此。
  太阳能制造蒸汽的技术已经出现了不短的一段时间,其中有些方法已相对成熟。这些方式普遍采用了抛物面槽式太阳能收集技术,并在这些通过表面反射集中太阳光线的槽上安置一些长长的管道,管道中形成的蒸汽可以达到700华氏度的高温,它们因此可被应用在电厂的许多方面。但是目前存在的问题是,这些蒸汽的温度与从电站锅炉中产生的蒸汽温度不相匹配,后者可高达1000华氏度,甚至更高。
  这就意味着,把太阳能蒸汽直接补充进主涡轮机供料,将不可避免地降低效率,当然,实际的影响还很难确定。“这就是我们研究的初衷,”Libby说,“我们也同时根据不同项目的需要,考虑其他不同的情况。有些情况下,需要满足RPS(可再生能源组合标准)的要求:有些则希望减少工业排放物或降低其燃料消耗量;还有些则需要决定能增加多少太阳能蒸汽进入发电环节,当然这主要取决于所选的太阳能技术。”

  如何使用这些相对低温的蒸汽
  既然太阳能蒸汽并不十分适用于目前使用的涡轮机,那么我们的研究领域也扩展到了其在电厂其他地方的用武之地。这样,在保证正常的输出量的同时,主锅炉的产气量将会大大减少。“对燃煤电厂来说,最直接的应用方式是将其用于水的加热,”Libby建议,“在这些工厂里,水的持续加温涉及5到6个步骤。同时有不少蒸汽驱动的辅助工具和设施可以有效地利用到太阳能蒸汽。”
  EPRI选择了两个富有代表性的燃煤电厂作为研究不同环境应用的基地。其一是位于新墨西哥州Prewitt 市,隶属于Tri-State Generation & Transmission Association的245兆瓦 Escalante发电站。另一个是位于北卡罗来纳州Roxboro市,隶属于Progress Energy and Southern Company的742 兆瓦 Mayo电厂。
  “这两个项目将展示如何在短期内经济有效地使用达到商业规模的太阳能来制造清洁电力。”EPRI分管发电与环境部门的副总裁Bryan Hannegan博士说,“这种‘复合型电厂’将目前矿物燃料发电厂的低成本、可靠性与新能源的环境优势合而为一,并能帮助企业切实实行联邦政府与各州颁布的利用可再生能源减少空气污染物和温室气体排放的指令。”

太阳能蒸汽可以在电厂众多场合发挥效用
太阳能蒸汽可以在电厂众多场合发挥效用,但是可能不一定会直接供给主涡轮机。
来源:EPRI

  企业的动力所在
  Libby一直在与工厂操作人员一起工作,了解他们的心声。她说:“正与我们合作的企业对这些项目有着非常高的热情,所有迹象都表明他们准备像金融海啸爆发之前企业一切正常时一样,全面投入到项目中去。他们并不希望现存的设备资产就此关闭,因此,在延续它们生命的同时还能产生环境效益不啻为一个最好的选择。我们想,对于一个公用事业企业来说,这可能是投入最低的引进太阳能发电效果的方式了。”
  “你不必再重新建造一个新的发电机组,不必再想尽办法获取一张电力调度许可证,也不必费尽心思寻找一块得到所有人认可的、未经开发的新厂址。只要现有厂址还好好的在那,你就能省下一大笔钱。更新永远比从图纸开始重新建设要简单得多。”
  接下来的问题就是看现场能产生多少蒸汽,以及这些蒸汽能对工厂的运营起到什么作用。那么,企业对成功的界定有什么样的心理价位呢?Libby回答说:“我们并没有设定一个具体的数字,只是想知道它在技术上能达到什么程度。在不影响本身可靠性,不用改变运行和维护情况,以及设备不受损害的前提下,系统最多能接受多少量级的太阳能呢?”
  “我们将通过建立模型来观察不同量级的太阳能输入分别对工厂的运营状况和经济情况带来什么样的变化。同时我们也会将烟尘排放税的课征纳入模型的因素之一,并观察它在征收周期内会对工厂的成本结构产生怎样的影响。”
  “变数随时随地都会出现,因此产生的结果也是多种多样的。所以最终还是要企业的股东们来决定是否进行这项资本投资,当然他们所考虑的绝不仅仅是钱。这是一个观念的问题——如果你为你的燃煤电厂增建了一个太阳能加热装置,那你同时也增加了很多的可能。每家企业实行这个项目的出发点各有不同,但他们都面临着新立法的压力,被要求更高水平地利用可再生能源。他们正在仔细研究所有可能的选择,看看可以做些什么,需要花费多大的代价。”
  翻译:陈廷炯

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