第３７卷第１期 ２０１０年１月 华北电力大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏａｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．１ Ｊａｎ．，２０１０ 槽式集热场与燃煤机组混合发电系统经济性分析 侯宏娟，高 嵩，杨勇平，崔映红 （华北电力大学能源的安全与清洁利用北京市重点实验室，北京１０２２０６） 摘要：在对用太阳能槽式集热场替代燃煤机组加热器抽汽的混舍发电系统进行优化的基础上。对混合发电系 统进４ｉ＇４￣术经济分析，结果表明混合热发电系统中太阳能发电部分的ＬＥＣ大大低于纯太阳能热发电系统， 与风力发电相当；此外还对太阳直射辐射资源，系统寿命，集热场年平均效率，单位集热面积的成本对 ＬＢＣ的影响进行了分析。 关键词：槽式太阳集热场；燃煤机组；混合热发电系统 中图分类号：ＴＫ５１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—２６９１（２０１０）Ｏ１—００２０—０３ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｔｒｏｕｇｈ ｓｏｌａｒ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｃｏａｌ－・ｆｉｒｅｄ ｕｎｉｔｓ ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ＨＯＵ Ｈｏｎｇ・ｊｕａｎ，ＧＡＯ Ｓ。ｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｐｉｎｇ，ＣＵＩ Ｙｉｎｇ—ｈｏｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓａｆｅ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎｏｍｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｃｔｅｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｈｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｏｆ ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｔｒｏｕｇｈ，ｓｏｌａｒ ｆｉｅｌｄ／ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ａｆｌａ－ ｌ ｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＬＥＣ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｉｎ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍｌｏｗｅｒｔｈａｎｓｏｌｒｏｎｌａｙｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｎ，ｔｈｅｉｏｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＤＮＩ，ｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｉｆｅｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ａｎｎｕａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆｔｈｅ ｓｏｌｒ ａｃｏｌｌｃｔｏｒｆｉｅｅｌｄ，ｃａｐｉｔａｌ ＣＯＳｔ ｐｅｒ ｕｎｉｔａｒｅａｏｆｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｏｎ ｔ ＬＥｃ ｗｅｒｅ ｎａｌｙｚｅｄ．ａ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｔｒｏｕｇｈ ｓｏｌｒ ｆｉａｅｌｄ；ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｈｙｂｒｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ 向。１９９７年国际能源署ｌＥＡ和Ｓｏｌａｒｐａｃｅｓ将太阳 ０ 引 言 经济的快速发展使得对电力的需求越来越 大，同时长期以来电力生产以化石燃料为主的能 源结构所造成的环境污染及全球气候变暖问题， 使得利用风能、太阳能、生物能等可再生能源进 行发电越来越受到人们的关注。 能和化石能源混合发电（Ｓｏｌａｒ—Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ） 列为二十一世纪近期和中期太阳能热利用的发展 目标［１ｌ。 １ 混合系统说明 本文以固定面积的槽式集热场为热源替代 ６００ ＭＷ各级加热器的抽汽来对系统进行优 化［ 。在优化过程中集热器的瞬时效率按文献 太阳能热发电作为未来进行大规模发电的一 种方式虽然受到越来越多的关注，但目前其经济 性还无法与常规能源发电竞争。为降低成本，将 太阳能与化石能源相结合构成的混合发电系统为 促进太阳能热发电技术的进一步发展提供了方 收藕日期：２００９－０８ ０７． ［３］得到的公式（１）进行计算： △￡叩 ＝ｋ［７３．３—０．００７ ２７６（Ａｔ）］一 ０．４９６（竽）一０．上 ０６９ １（ ）ｊ （１） 式中：愚为入射角修正系数；Ａｔ为集热器工作 温度与环境温度之差；Ｊ为太阳直射辐照强度， ， 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７７６０２８）；国家 “９７３’’项目（２００９ＣＢ２１９８０１）． 优化后的结果列于表１中。 第１期 侯宏娟，等：槽式集热场与燃煤机组混合发电系统经济性分析 ２１ 由表中可看出用太阳能槽式集热场取代第８ ２．２案例分析 级抽汽，多做的功最多，太阳能的光一热一电转化 为了便于比较本文所计算的ＬＥＣ均为太阳 效率也最高。由此在下面的分析中本文以槽式集 能部分的ＬＥＣ。在本例中用槽式太阳集热场的得 热场全部取代第８级抽汽为例进行技术经济分析。 热取代全部第８级抽汽。集热场的设计容量为 ２技术经济分析 １ＶｉＶｆｆｔ・ｈ，若当地的太阳直射辐射资源为２ ０００ ｋＷ・ｈ／（ｍ２・ａ），则年节约标准煤２１ ４４５．７ ｔ，相 应的减排ｃｃｈ５３ ６１４．３ ｔ，ＣＯ２减排收益取１５￥／ ０ ２．１评价模型 技术经济评价的指标是多种多样的［４－－８』，他 ｔ。计算中系统寿命取３０年，利率取６％［４］，单 们从不同的角度反映了工程技术方案的经济性。 位面积集热场的投资按２００￥／ｍ２计算，集热场 这些指标大致分为三类。一是以时间作为计量单 的年平均集热效率按５０％Ｅ９］计算，集热场的管路 位的时间型指标，如投资回收期、借款偿还期 损失按２％计算【 ，运行维护费用取总投资的 等；二是以货币金额表示的价值型指标，如净现 ３％，集热场的泵功耗按８％计，则太阳能发电部 值、净年值等；三是反映资源利用率的效率型指 分的ＬＥＣ为０．０５３￥／ｋＷ・ｈ，若不计ｃｃｈ减排 标，如投资利用率、内部收益率、投资净现值率 部分则ＬＥＣ为０．０６８￥／ｋＷ・ｈ。 等。可再生能源发电通常有较高的初投资和低的 系统的ＬＥＣ会随地区的太阳辐射资源，系 运行维护成本。单纯的太阳能热发电成本很高， 统寿命，集热场年平均集、热效率集热场的投资 将槽式太阳能集热场与燃煤机组结合起来一方面 成本等的变化而变化，如图１～４所示： 降低了太阳能发电的成本，另一方面减少了煤耗 和ｃｃｈ的排放。本文采用了国际上惯用的比较比 较可再生能源发电系统技术经济性的能源成本 宝 （ＬＥＣ）进行技术经济分析。它既体现－Ｙ＂Ｎ金的 时间价值，考虑了电站在整个生命周期内的成 本，又可以对不同规模的电站进行比较。虽然 ＬＥＣ的定义非常简单，但是其数学描述远不像表 １ ８００ ２０００ ２２００ ２４００ ２６００ ２８００ 太阳直射辐射强度／ｋＷ・ｈ・ｍ ・ａ 面那么简单。不同的学者采用不同的ＬＥＣ定义 方式。本文采用文献［４］所用的定义式： 图１ ＬＥＣ随地区直射辐射资源的变化 ＬＥＣ＝ ： ２± Ｆｉｇ．１ ＬＥＣ ｖｓ．ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆＤＮＩ Ａ ± （２） 由此可见，随着太阳辐射资源，系统寿命， 式中：ＣＣ为总初投资；ＡＦ为年系数。 集热场年平均集热效率，单位面积集热场的投资 备 对ＬＥＣ的影响均很大，目前许多已有的槽式热 ＝发电厂设计寿命都达到了２５年、３０年，甚至４０ 式中：ｑ＝１＋ｉ，ｉ为利率；Ｄ为系统寿命； 年以上ｌ９Ｊ。集热场的年平均及热效率也从ＳＥＧＳ Ｏ＆Ｍ为年运行维护费用；Ａ为年净发电量， Ⅵ的３７．５％达到了Ａｎｄａｍｌ的５０％，集热器每平 ｋＷ．ｈ； 为燃料费用。 米的造价也有望降到１７５￥／ｍ２以下［１０］。 Ｏ Ｏ Ｏ 华北电力大学学报 ２０ｌＯ年 童 詈 图２ ＬＥＣ随集热器造价的变化 Ｆｉｇ．２ ＬＥＣ ＶＳ．ｃａｐｉｔａｌ ｃｏｓｔｐｅｒ ｕｎｉｔ ａｌ－ｅ８ｏｆｔｈｅ ｃｏｌ— Ｉｅｃｔｏｒ ０－３６ ０－３８ ０．４０ ０．４２ ０．４４ ０．４６ ０．４８ ０．５０ ０．５２ ０．５４ 集热场年平均集热效率 图３ ＬＥＣ随集热场年平均集热效率的变化 Ｆｉｇ．３ ＬＥＣ ＶＳ．ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ａｎｎｕａｌ ｅｆｆｉｄｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｆｉｅｌｄ 宝 暑 图４ ＬＥＣ随系统寿命的变化 Ｈｇ．４ ＬＥＣ ｖｓ．ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ３ 结 论 本文在用槽式太阳集热场代替６００ ＭＷ机组 加热器抽汽的混合发电系统优化结果：用太阳得 热替代第８级抽汽系统的热性能最优的基础上对 混合系统进行了技术经济分析，得出在直射辐射 资源为２ ０００ ｋＷ・ｈ／（ｍ ・ａ）的地区，其太阳能 发电部分的ＬＥＣ为０．０６２￥／ｋＷ・ｈ，若不计Ｃ０２ 减排部分则Ｕ１Ｃ为０．０６８￥／ｋｗ・ｈ，大大低于相 同规模的ＳＥＧＳⅥ纯太阳能发电０．１６￥／ｋＷ・ｈ， 与风力发电相当。 此外本文通过对太阳辐射资源，系统寿命， 集热场年平均效率，单位集热面积的成本对ＬＥＣ 影响的分析得到： 将混合电厂建在辐射条件好的地区，采用高 技术延长系统的寿命，提高集热场效率，降低集 热器的成本均有助于降低ＬＥＣ成本。 根据我国国情，在我国的现有技术和经济条 件下，采用太阳能与燃煤机组混合发电模式既有 利于降低太阳能发电的成本，又有利于逐步推进 我国太阳能热发电技术的进步。 参考文献： 【１ Ｊ ＹＡＮＧ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ，ＣＵＩ Ｙｉｎｇｈｏｎｇ，ＨＯＵ Ｈｏｎｇｊｕａｎ，ｅｔ １ａ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｏｌａｒ ａｉｄｅｄ ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎ Ｃｈｉｎａ （ＳｅｒｉｅｓＥ），２００８，５１（８）：１２１１—１２２１． ［２］’林万超．火电厂热系统节能理论［Ｍ］．西安：西安 交通大学出版社，１９９４． １３ １ Ｖｅｒｎｏｎ Ｅ．Ｄｕｄｌｅｙ．Ｔｅｓｔ Ｒｅｓｕｌｔｓ ＳＥＧＳ ＬＳ一２ Ｓｏｌａｒ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ Ｉ ＲＩ．ＳＡＮＤ ９４—１８８４，１９９４． ［４］Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ Ｌａ Ｐｏｒｔａ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ６ ｄｉ Ｐａｄｏｖａ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ ｓｏｌａｒｔｈｅｒ— ｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ［Ｒ］．ｗｗｗ．ｅｆｐｅ．ｏｒｇ／Ｄｏｗｎｌｏａｄ— Ｔｈｅｓｉｓ．ａｓｐ？ｆｉｌｅ＝４＆ｔｈｅｓｉｓ＝：６． ［５］李鑫，李安定，李斌，等．蝶式嘶特林太阳能热发 电系统经济性分析［Ｊ］．中国电机工程学报，２００５， ２５（１２）：１０８—１１１． ［６］Ｐｒｉｃｅ Ｈ．Ａ ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｔｒｏｕｇｈ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌｎａｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ［Ｃ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｈａｗａｉｉ，Ｍａｒｃｈ １６—１８，２００３． ［７］ＰｒｉｃｅＨ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆｐａｒａｂｏｌｉｃｔｒｏｕｇｈａｎｄ ｐｏｗｅｒｔｏｗ— ｅｒ ｓｏｌａｒ ｔｃｅｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｓ［Ｒ］． Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ ＬＬＣ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｈｉｃａｇｏ。Ｉｌｌｉ— ｎｏｉｓ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００３．ＮＲＥＬ／ＳＲ一５５０—３４４４０． ［８］ＳＢｅｅｒｂａｕｍＳ，ＷｅｉｎｒｅｂｅＧ．Ｓｏｌａｒｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａ— ｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｄｉａ—ａ ｔｃｅｈｎｏ—ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌ￣ｓ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗ— ａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ．２０００，２１：１５３—１７４． ［９］Ｓｏｌａｒ Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ ＡＧ Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｐｏｒｔ［Ｒ］．２００７／２００８． ［１０］Ｐｒｉｃｅ Ｈ．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｔｒｏｕｇｈ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｙｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｒｎａｓａｃ— ｔｉｏｎｓ ｏｆｔｅｈＡＳＭＥ，２００２，１２４（５）：１０９—１２５． 作者简介：侯宏娟（１９７２一），女，讲师，主要研究方向为 太阳能热利用。
