太阳能辅助燃煤发电系统是可再生能源与传统化石能源互补集成的发电系统,它通过聚光集热的方式将收集到的太阳能热量引入传统燃煤发电机组,用于加热锅炉给水,从而替代原单纯燃煤发电系统的部分燃煤消耗。太阳能辅助燃煤发电系统一方面可实现太阳能热发电规模化、低成本开发利用,另一方面也可提高传统燃煤电站的节能减排效能,是解决日益严峻的环境污染问题和传统化石能源供给的有限性的新途径。本论文依托国家重点科研项目,针对太阳能辅助燃煤发电系统具有的多输入、单输出及输入端能量品位差异的特点,对太阳能辅助燃煤发电系统开展系统耦合机理、能耗及能耗成本分配评价和设计辐射强度分布规律的研究。(1)太阳能辅助燃煤发电系统的耦合机理研究针对太阳能辅助燃煤发电系统的复杂性导致的目前尚未有统一的太阳能辅助燃煤发电系统的集成原则,从太阳能辅助燃煤发电系统和单纯燃煤发电系统的能量转换过程出发,建立两种不同能量输入的发电系统的能量转换物理模型,推导出太阳能辅助燃煤发电系统的瞬时光电效率的表达式,并指出影响太阳能辅助燃煤发电系统性能的主要因素,对太阳能辅助燃煤发电系统的性能进行研究,为太阳能辅助燃煤发电系统的设计集成提供理论依据。本研究为实际中进行太阳能辅助燃煤发电系统的设计集成提供了基本的理论依据,即应综合考虑燃煤机组容量、被取代抽汽品位等因素,以选取合适的法向直射辐照度(即DNI)、集热面积和集成方式,从而使太阳能辅助燃煤发电系统的性能达到最优。(2)太阳能辅助燃煤发电系统的能耗性能研究针对太阳能辅助燃煤发电系统的多输入和单输出的特点,本研究基于单耗分析理论对简单能量系统的单耗分析方法进行扩展,建立了太阳能辅助燃煤发电系统的能耗分析模型,探究不同运行工况下太阳能辅助燃煤发电系统的能耗在各主要设备间的分布,并指出影响太阳能辅助燃煤发电系统能耗特性的主要因素。研究结果表明,不论对于哪种集成方案或系统运行工况如何,单纯燃煤发电机组中引入太阳能热量,均使系统的燃料单耗有所下降,且太阳能热量取代燃煤机组最高级抽汽的系统燃料单耗最低;其次,相比75%THA和50%THA运行工况,在100%THA运行工况下太阳能热量引入燃煤发电机组使各设备的附加单耗及系统的总附加单耗减小幅度均最大;此外,DNI和集热面积是影响太阳能辅助燃煤发电系统的燃料单耗和成本单耗的关键因素,当太阳集热场得热量不足以替代某级全部抽汽时增大DNI或集热面积,系统的能耗均有所下降,而当某级抽汽被太阳能热量全部取代后,继续增大DNI或集热面积,系统的能耗均有所增加。本研究揭示了太阳能辅助燃煤发电系统的能耗在各主要设备间的分布特性及其外部因素对系统能耗影响的变化规律,为太阳能辅助燃煤发电系统热力性能的提升和成本降低提供了一定的理论基础。(3)太阳能辅助燃煤发电系统的能耗成本分配研究在太阳能辅助燃煤发电系统能耗性能研究的基础上,基于太阳能辅助燃煤发电系统的太阳能贡献度解析算法,建立了太阳能辅助燃煤发电系统的太阳能能耗成本分配模型,研究太阳能辅助燃煤发电系统的太阳能能耗成本分配特性,探寻外部热源变化所引起的太阳能能耗成本分配的变化规律。研究结果表明,太阳能辅助燃煤发电系统在设计工况下运行、太阳能取代燃煤发电机组的高品位抽汽及太阳能热输入份额较大时,太阳能对系统总体的综合贡献最大。本研究通过探索多能量输入系统的能耗成本分配评价方法,揭示太阳能辅助燃煤发电系统的太阳能能耗成本分配特性。对太阳能辅助燃煤发电系统集成方案的选择和太阳能辅助燃煤发电系统的实际运行提出了一定的指导意见,并从能量的有效利用和经济性两方面证明了太阳能辅助燃煤发电系统的优势,同时也为太阳能辅助燃煤发电系统相关政策的制定提供了一定的理论依据。(4)太阳能辅助燃煤发电系统设计辐射强度分布规律研究针对太阳辐射小时值变化的特点,以提高太阳能辅助燃煤发电系统的年热力性能和年经济性能为目标,对在有效设计辐射强度变化下不同地区的系统的年性能进行对比分析,并对太阳能辅助燃煤发电系统设计点有效法向辐照度的选取进行了研究,得到了最优设计辐射强度的分布规律;在此基础上提出了太阳能辅助燃煤发电系统最优有效设计辐射强度的选取方法,并与传统的设计辐射强度的选取方法进行案例对比分析。本研究揭示了额定太阳能发电功率下太阳能辅助燃煤发电系统设计点最优法向辐射度的分布规律,探索太阳能辅助燃煤发电系统设计点辐射强度优选的新方法。