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一種溫控加熱型太陽能燃氣聯合循環發電系統及其方法
能源與環境密切相關，是社會經濟發展的重要戰略保障。我國是世界上最大的能源生產消費國，環境污染、溫室效應和化石能源短缺三大問題亟待解決。發展先進的供能系統是緩解能源與環境問題、落實我國節能減排戰略的重大需求，與能源結構清潔化轉型息息相關。太陽能燃氣聯合循環（ISCC）基于“溫度對口，梯度利用”原則，是一種先進可靠的供能系統。ISCC系統中太陽能作為輔助熱源加熱給水，實現了能源互補，克服了單獨太陽能熱發電系統負荷變動大、需要大規模蓄熱裝置的缺陷，大大提升了太陽能的利用效率，減少了污染物排放。
創新點
為了增加變負荷下太陽能集熱器出口蒸汽產量，提出從過熱蒸汽管道或汽輪機中抽汽加熱太陽能集熱器進口水的方法，以達到最佳的蒸汽產量，提升聯合循環的能量利用率且成本低。根據太陽輻射的強弱和排煙溫度自動調整進入太陽能集熱器的進水比例和過熱蒸汽管道或汽輪機的抽汽量，保證太陽能集熱器進口水溫度達到其設計接近點溫差對應的溫度值，實現對能量的梯級互補和綜合利用，提高太陽能聯合循環系統的運行效率。
市場前景
中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。根據國家能源局統計，截至2021年底，全國風電裝機容量約3.3億千瓦，太陽能發電裝機容量約3.1億千瓦。到2030年，風電和太陽能發電的總裝機容量將達到12億千瓦以上，且風電與太陽能發電的裝機容量占比還要提高。但風電和太陽能發電嚴重受限于天氣、季節、風力等自然氣象條件。
太陽能與化石能源互補利用有利于加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系。然而燃煤電站靈活調峰能力尚且不足，現階段燃氣蒸汽聯合循環系統以燃氣輪機實現化石能向熱能的轉換，響應速度遠快于燃煤鍋爐。且集成太陽能集熱器構建ISCC系統實現能源互補的技術比較成熟，作為太陽能利用的可靠方式受到了廣泛關注。
本團隊成果適用于槽式太陽能集熱器與燃氣蒸汽聯合循環集成，可優化機組變負荷與太陽能輻射波動過程中的能量匹配規律，低成本實現多熱源梯級利用，允許系統集成更大太陽能面積促進可再生能源利用，逐步推進雙碳目標。
獲獎情況
2021年12月大學生創新創業訓練計劃項目：基于溫控的復雜熱力系統優化北京市優秀。
該成果主要應用于槽式太陽能集熱器與燃氣蒸汽聯合循環系統組成的太陽能燃氣聯合循環系統。適用于變負荷下槽式太陽能集熱器集成燃氣蒸汽聯合循環系統的多熱源匹配利用，可實現低成本的聯合循環系統效率提升并允許系統進一步增加太陽能集熱場集成面積。
ISCC系統作為太陽能與化石能源系統互補利用方式，對實現“雙碳”目標具有非常意義。但受限于排煙溫度，集成太陽能集熱場面積過大會造成太陽能凈發電效率顯著下降。本團隊成果可允許更多太陽能接入，低成本顯著提高太陽能利用效率，為可再生能源逐步替代傳統火電提供思路。
采用太陽能集熱場進口水加熱方法的情況下ISCC系統變工況運行時循環總功率、循環熱效率及太陽能凈發電效率具有優勢。
1、在設計太陽能集成規模下，通過增設太陽能集熱場進口水加熱器，燃氣輪機在100%、75%、50%、30%負荷運行時，ISCC系統的輸出功率分別增加0、0.129、0.241、0.240MW，循環熱效率分別增加0、0.033%、0.071%、0.083%，太陽能凈發電效率分別增加0、0.191%、0.357%、0.355%。
2、在太陽能輻射強度從設計值600W/m2增至800W/m2的情況下，通過增設進口水加熱器，燃氣輪機在100%、75%、50%、30%負荷運行時，ISCC系統輸出功率分別增加0.109、0.358、0.478、0.477MW，循環熱效率分別增加0.022%、0.083%、0.127%、0.147%，太陽能凈發電效率分別增加0.121%、0.397%、0.530%、0.529%。
3、在環境溫度從15℃升至35℃的情況下，通過增設進口水加熱器，燃氣輪機在100%、75%、50%、30%負荷運行時，ISCC系統輸出功率分別增加0.011、0.209、0.252、0.291MW，循環熱效率分別增加0.002%、0.053%、0.074%、0.101%，太陽能凈發電效率分別增加0.016%、0.309%、0.373%、0.431%。
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