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太阳能与天然气联合供能的发电厂文章来源: | 发布日期:2013-12-30 | 作者: | 点击次数:
2013年美国新墨西哥州的公共服务部决定关闭两个位于SanJuan发电厂的燃煤发电机组。这两个机组的总发电量为868兆瓦。取而代之的是燃料天然气的锅炉。这是执行美国环境保护署减少碳排放条例的措施之一。按照整个计划的部署,这个项目将在2017年完成。令人失望的是,这个项目中没有太阳能技术的投入。 其实,太阳能与天然气是一对能够很好配合的“伙伴”。太阳能发电的运作具有间歇性,当阳光灿烂时,太阳能发电能提供十分丰富的电能。但是这个时候往往并不一定是用户电力需求最高的时段。作为用户,他们希望发电厂只在他们需要电力的时候才运作,这样能降低电力供应的成本。当然,这是不可能的。在太阳能发电系统上加上能量储存可以部分解决这个问题,甚至可以解决在没有太阳的情况下继续为用户提供电力,但是这却相对增加了供能系统的成本。再说,在有云的天气下,即使有储能装置,单独太阳能发电系统还得需要辅助能源。 但是,在太阳能和天然气组成复合供能的发电厂里,情况就不一样了。燃烧天然气的锅炉蒸汽发生器代替了储能装置。他比燃烧煤的蒸汽发生器具有好得多的灵活性。因此,从这个角度说,燃气系统能更好地与太阳能系统结合。 San Juan位于阳光灿烂的Four Corners沙漠地区,是一个建造聚焦式太阳能发电(CSP)系统的理想地方。而聚焦式太阳能发电(CSP)又是一个最适合于燃气锅炉结合组成复合能源发电的方式。这是因为两者都能够产生供给蒸汽汽轮发电机和冷凝器所需的高压蒸汽。再者,San Juan有充足的土地面积提供太阳能系统采集阳光。 天然气发电运行时引起的碳排放只有燃煤发电厂的一半,另外产生的对人体健康有害的气体,比如氮气、二氧化硫和汞也少的多。根据美国环境保护署的报告,燃煤发电向燃气发电的转换是美国部署在2012年前减少碳排放计划的组成部分。美国的二氧化碳排放量在近20年一直保持在较低的水平。在全球二氧化碳排量创纪录大增的情况下,美国是仅用的几个二氧化碳排放量保持较低水平的国家之一。 如果在燃煤发电向燃气发电的转换中结合太阳能的投入,那将是一个经济效果和减排效果阔都非常理想的方案。根据美国能源信息部提供的信息,美国在今后两年将有相当于发电容量为150亿瓦的发电厂退役。其中的许多地点在技术上都适合于采用复合供能的太阳能发电来代替。姑且估计只有一半的退役发电厂改建成太阳能复合供能的发电厂,并且发电容量只有原来的一半,到2015年新的太阳能复合供能发电厂产生的电力也可以达到将近40亿瓦。也就是说每年产生20亿兆瓦。即是,在当前安装的速度下,新装机容量的增值率为37%。 用于与燃气复合供能的太阳能聚焦发电往往采用抛物面槽型集热器或塔式太阳能发电的形式。两者均采用传热工质将热量输送到换热锅炉,提高高压高温蒸汽从而使发电机产生电力。供给锅炉的热量既可以来自储热系统,也可以来自燃烧的天然气。太阳能系统提供的是最基本的热能。当晚上或云雨天气太阳能系统的热量不足时,则利用燃油补充。这样的系统设计原则是,安排尽可能大的太阳能采集面积,再配以小规模的储能设备,就能保障运行的稳定性。经济性和能获取尽可能多的太阳能采集面积是设计中两个关键因素。建厂现场的地理环境和气候对太阳能复合供能发电厂的成败也有很大的影响,这是因为聚焦式太阳能发电需要在晴朗的天空下才能精确地让太阳辐射聚焦在接收器上。 另一个太阳能复合供能发电厂设计方案的趋向是:大面积的太阳能光伏电池和一个或多个一台喷射式引擎带动一台发电机。这样组合的最大优点是启动非常迅速,从怠机到满负荷运转的加速时间仅仅只有几秒。从机械特性上说,这样的机组特别适合于与太阳能光伏发电的配合。因为它几乎能在同一时间迅速补充云天太阳能光电系统电能输出的不足。发电机能有效地在短时间内工作,但在较长的时间段输出较大的功率在经济上是不合理的。这样,设计者们就需要在太阳能光电模块的成本和燃气发电的规格之间寻找最合理的平衡点。 太阳能复合发电厂是一项有利可图的投资,但在技术上可选择的范围较窄。燃煤发电厂的厂主必须面对越来越沉重、越来越严格的削减碳排放压力。因此,奥巴马政府最近对此增加了一些激励政策。然而,大部分发电厂的厂主对太阳能复合发电缺乏经验,不了解复合发电厂的工作原理。因此,当前太阳能团体面临的挑战是尽快加深对这些转换计划的认识,并向发电厂的厂主们和政策制定者双方提出适当的太阳能方案,以供给有关方面选择。 对于燃煤发电来说,燃气发电并不是一个最理想的替代方案,但燃气和太阳能搭配的复合发电厂在一定程度上是燃煤发电的一个较好的改进。
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