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太陽能與天然氣聯合供能的發電廠文章來源: | 發布日期:2013-12-30 | 作者: | 點擊次數:
2013年美國新墨西哥州的公共服務部決定關閉兩個位于SanJuan發電廠的燃煤發電機組。這兩個機組的總發電量為868兆瓦。取而代之的是燃料天然氣的鍋爐。這是執行美國環境保護署減少碳排放條例的措施之一。按照整個計劃的部署,這個項目將在2017年完成。令人失望的是,這個項目中沒有太陽能技術的投入。 其實,太陽能與天然氣是一對能夠很好配合的“伙伴”。太陽能發電的運作具有間歇性,當陽光燦爛時,太陽能發電能提供十分豐富的電能。但是這個時候往往并不一定是用戶電力需求最高的時段。作為用戶,他們希望發電廠只在他們需要電力的時候才運作,這樣能降低電力供應的成本。當然,這是不可能的。在太陽能發電系統上加上能量儲存可以部分解決這個問題,甚至可以解決在沒有太陽的情況下繼續為用戶提供電力,但是這卻相對增加了供能系統的成本。再說,在有云的天氣下,即使有儲能裝置,單獨太陽能發電系統還得需要輔助能源。 但是,在太陽能和天然氣組成復合供能的發電廠里,情況就不一樣了。燃燒天然氣的鍋爐蒸汽發生器代替了儲能裝置。他比燃燒煤的蒸汽發生器具有好得多的靈活性。因此,從這個角度說,燃氣系統能更好地與太陽能系統結合。 San Juan位于陽光燦爛的Four Corners沙漠地區,是一個建造聚焦式太陽能發電(CSP)系統的理想地方。而聚焦式太陽能發電(CSP)又是一個最適合于燃氣鍋爐結合組成復合能源發電的方式。這是因為兩者都能夠產生供給蒸汽汽輪發電機和冷凝器所需的高壓蒸汽。再者,San Juan有充足的土地面積提供太陽能系統采集陽光。 天然氣發電運行時引起的碳排放只有燃煤發電廠的一半,另外產生的對人體健康有害的氣體,比如氮氣、二氧化硫和汞也少的多。根據美國環境保護署的報告,燃煤發電向燃氣發電的轉換是美國部署在2012年前減少碳排放計劃的組成部分。美國的二氧化碳排放量在近20年一直保持在較低的水平。在全球二氧化碳排量創紀錄大增的情況下,美國是僅用的幾個二氧化碳排放量保持較低水平的國家之一。 如果在燃煤發電向燃氣發電的轉換中結合太陽能的投入,那將是一個經濟效果和減排效果闊都非常理想的方案。根據美國能源信息部提供的信息,美國在今后兩年將有相當于發電容量為150億瓦的發電廠退役。其中的許多地點在技術上都適合于采用復合供能的太陽能發電來代替。姑且估計只有一半的退役發電廠改建成太陽能復合供能的發電廠,并且發電容量只有原來的一半,到2015年新的太陽能復合供能發電廠產生的電力也可以達到將近40億瓦。也就是說每年產生20億兆瓦。即是,在當前安裝的速度下,新裝機容量的增值率為37%。 用于與燃氣復合供能的太陽能聚焦發電往往采用拋物面槽型集熱器或塔式太陽能發電的形式。兩者均采用傳熱工質將熱量輸送到換熱鍋爐,提高高壓高溫蒸汽從而使發電機產生電力。供給鍋爐的熱量既可以來自儲熱系統,也可以來自燃燒的天然氣。太陽能系統提供的是最基本的熱能。當晚上或云雨天氣太陽能系統的熱量不足時,則利用燃油補充。這樣的系統設計原則是,安排盡可能大的太陽能采集面積,再配以小規模的儲能設備,就能保障運行的穩定性。經濟性和能獲取盡可能多的太陽能采集面積是設計中兩個關鍵因素。建廠現場的地理環境和氣候對太陽能復合供能發電廠的成敗也有很大的影響,這是因為聚焦式太陽能發電需要在晴朗的天空下才能精確地讓太陽輻射聚焦在接收器上。 另一個太陽能復合供能發電廠設計方案的趨向是:大面積的太陽能光伏電池和一個或多個一臺噴射式引擎帶動一臺發電機。這樣組合的最大優點是啟動非常迅速,從怠機到滿負荷運轉的加速時間僅僅只有幾秒。從機械特性上說,這樣的機組特別適合于與太陽能光伏發電的配合。因為它幾乎能在同一時間迅速補充云天太陽能光電系統電能輸出的不足。發電機能有效地在短時間內工作,但在較長的時間段輸出較大的功率在經濟上是不合理的。這樣,設計者們就需要在太陽能光電模塊的成本和燃氣發電的規格之間尋找最合理的平衡點。 太陽能復合發電廠是一項有利可圖的投資,但在技術上可選擇的范圍較窄。燃煤發電廠的廠主必須面對越來越沉重、越來越嚴格的削減碳排放壓力。因此,奧巴馬政府最近對此增加了一些激勵政策。然而,大部分發電廠的廠主對太陽能復合發電缺乏經驗,不了解復合發電廠的工作原理。因此,當前太陽能團體面臨的挑戰是盡快加深對這些轉換計劃的認識,并向發電廠的廠主們和政策制定者雙方提出適當的太陽能方案,以供給有關方面選擇。 對于燃煤發電來說,燃氣發電并不是一個最理想的替代方案,但燃氣和太陽能搭配的復合發電廠在一定程度上是燃煤發電的一個較好的改進。
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