太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的研究進展_圖文

1、第4卷第3期2011年6月中國光學Chinese OpticsVol4No3June 2011收稿日期:2011-01-21;修訂日期:2011-04-13基金項目:國家973重點基礎研究發(fā)展計劃資助項目(No2010CB227101文章編號1674-2915(201103-0233-07太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的研究進展韓雪冰1,2,魏秀東1,盧振武1,吳宏圣1,郭邦輝1,楊洪波1(1中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,吉林長春130033;2中國科學院研究生院,北京100049摘要:概述了太陽能熱發(fā)電技術的發(fā)展狀況,介紹了用于太陽能熱發(fā)電的5種聚光系統(tǒng),包括槽式、碟式、塔式、線性菲涅耳式以

2、及地面接收式。詳細闡述了這些聚光系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)、聚光原理以及聚光器件的設計方法和制作工藝,指出了不同聚光系統(tǒng)在聚光過程中的優(yōu)缺點。文中的討論可為太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的設計提供參考。關鍵詞:太陽能熱發(fā)電;聚光系統(tǒng)中圖分類號:TK5131文獻標識碼:AReview of concentration system in solar thermal power plantHAN Xue-bing 1,2,WEI Xiu-dong 1,LU Zhen-wu 1,WU Hong-sheng 1,GUO Bang-hui 1,YANG Hong-bo 1(1Changchun Institute of Op

3、tics ,Fine Mechanics and Physics ,ChineseAcademy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2Graduate University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China Abstract :The development of solar thermal power generation technology is introducedFive kinds of concen-tration systems ,including paraboli

4、c trough concentrators ,solar dishes ,solar towers ,lineal Fresnel concentra-tors and beam down concentrators ,are presentedThe optical structures ,concentration principles ,design methods and production process for the solar concentrators are described and the advantages and disadvantages of the di

5、fferent optical systems in the solar thermal power plant are commentedThe discussion in this paper can provide references for design of solar thermal power plant concentration systemsKey words :solar thermal power plant ;concentration system1引言能源和環(huán)境問題已經(jīng)成為當今社會的重大研究課題,太陽能作為清潔、豐富、可再生并可廣泛獲取的能源備受關注。近10年來

6、,太陽能熱發(fā)電技術1以其生命周期排碳低、電價低和對電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)勢發(fā)展迅猛。與傳統(tǒng)火力發(fā)電不同,太陽能熱發(fā)電利用聚光集熱系統(tǒng)收集太陽輻射并獲得高溫熱能,再將熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽推動熱輪機發(fā)電。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由聚光器、集熱器、儲熱/補燃裝置和熱發(fā)電裝置組成。與太陽光伏發(fā)電技術相比,太陽能熱發(fā)電技術最大的優(yōu)勢是可以使用廉價的儲熱/補燃裝置實現(xiàn)電站的無間斷運行,并持續(xù)為用戶供電。另外,隨著電站規(guī)模的擴大,太陽能熱發(fā)電成本可以進一步降低并實現(xiàn)與傳統(tǒng)化石能源的競爭,因此具有很好的發(fā)展前景。我國太陽輻射資源豐富,發(fā)展太陽能熱發(fā)電的前景非常廣闊,因此開展太陽能熱發(fā)電研究意義重大。本文概述了國內(nèi)外太陽能熱

7、發(fā)電的發(fā)展狀況,介紹了5種太陽能熱發(fā)電用聚光系統(tǒng),包括槽式、碟式、塔式、線性菲涅耳式和地面接收式。詳細闡述了這5種聚光系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)、聚光原理以及聚光器的設計方法和制作工藝,指出了不同聚光系統(tǒng)在聚光過程中的優(yōu)缺點。2太陽能熱發(fā)電研究狀況太陽能熱發(fā)電技術研究始于20世紀中葉,但由于當時技術尚不成熟,發(fā)展比較緩慢。自1977年石油危機發(fā)生以后,對太陽能利用研究的興趣被重新激起,從而使太陽能熱發(fā)電技術得到了突飛猛進的發(fā)展。近年來,隨著能源需求的不斷增長以及對環(huán)境污染和氣候變化問題的重視,在全世界范圍內(nèi)掀起了太陽能熱發(fā)電研究的熱潮。到目前為止,太陽能熱發(fā)電技術已經(jīng)發(fā)展了5種方式:槽式、碟式、塔式、線性

8、菲涅耳式和地面接收式,其中以槽式聚光技術最為成熟,已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化運行,碟式、塔式和菲涅耳式的商業(yè)化示范電站已經(jīng)建立,其商業(yè)化投資和運行成本還需證實,地面接收式也正在開展示范性研究。在太陽能熱發(fā)電研究方面,美國和歐盟國家投入較早,在技術上處于領先地位。美國于1983 1990年間在加州建成了9座商業(yè)化槽式電站,總裝機容量為353.8MW,年發(fā)電總量為8108kW·h。1981年,美國在加州建成首座塔式太陽能示范電站,裝機容量為10MW。法國于1983年建成Themis塔式試驗電站,輸出電功率為2MW。西班牙于1984年建成塔式試驗電站CESA-1,峰值功率為1MW。德國在太陽能聚光設備

9、加工方面處于世界領先地位,生產(chǎn)的拋物槽式聚光鏡以及真空集熱管在太陽能熱發(fā)電市場占有很大比重。近年來,美國及歐盟政府非常重視可再生能源的開發(fā)利用,并在政策上對太陽能熱發(fā)電研究給予大力支持。這些政策加快了太陽能熱發(fā)電的商業(yè)化進程。2005年,西班牙建成歐洲第一座商業(yè)化示范運行的塔式電站PS10,峰值發(fā)電功率為11MW2。2008年,美國的Esolar公司開發(fā)了模塊化塔式聚光發(fā)電技術,建成了模塊化示范電站,發(fā)電功率為5MW3。2009年,德國的NOVATEC公司在法國南部建成世界上第一座菲涅耳式商業(yè)化太陽能示范電站,峰值發(fā)電功率為1.4MW。與美國及歐盟國家相比,世界其它國家對太陽能熱發(fā)電的研究投入

10、較晚,只是近年來才開始加大研究力度,并在政策上給予支持。2005年,澳大利亞建成CSIRO塔式聚光系統(tǒng)4,鏡場采光面積為800m2,另外對密集型線性菲涅耳聚光技術進行了試驗研究,建成了功率為1MW的示范電站5。以色列的Weiz-mann實驗室對地面接收式聚光進行了試驗,并將該系統(tǒng)用于太陽爐的相關研究6。2006年,中國建成70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)7,并將于2010年底在北京延慶建成1MW塔式太陽能電站8。另外,日本和韓國也開展了太陽能熱發(fā)電的研究,力求掌握相關技術。印度、北非以及中東等太陽能資源豐富的地區(qū),通過引進或自行研發(fā)等方式,也在加快發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術。目前,太陽能熱發(fā)電面臨的主要

11、問題是發(fā)電成本較高,仍無法與常規(guī)化石能源發(fā)電競爭,因此,降低發(fā)電成本、提高發(fā)電效率是太陽能熱發(fā)電研究的主要目標。近年來采取的研究方案主要包括電站的規(guī)?；?、聚光系統(tǒng)的優(yōu)化、吸熱傳熱系統(tǒng)432中國光學第4卷的優(yōu)化及新材料的制備等,另外,太陽能電站對環(huán)境的影響也是需要考慮的問題。3太陽能聚光系統(tǒng)太陽能聚光系統(tǒng)用于將低密度的太陽輻射會聚到吸熱器表面,進而獲得可用于熱發(fā)電的高溫熱流。目前,太陽能熱發(fā)電常用的聚光方式主要有拋物槽式、碟式、塔式和線性菲涅耳式,地面接收式由于在某些方面具有優(yōu)勢,也受到了關注。31拋物槽式聚光系統(tǒng)拋物槽式聚光系統(tǒng)由拋物柱面聚光鏡和真空吸熱管組成,如圖1所示 。圖1西班牙Euro

12、Trough 拋物槽式聚光發(fā)電系統(tǒng)Fig1“EuroTrough ”parabolic trough concentration sys-tem in Spain拋物柱面聚光鏡利用拋物面對平行光的理想會聚特性將太陽直射光會聚于焦線處的吸熱管上。聚光鏡呈水平放置,可繞單軸旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽。旋轉(zhuǎn)軸沿南北方向,并與吸熱管平行。在聚光鏡跟蹤太陽的過程中,太陽直射光方向始終平行于旋轉(zhuǎn)軸與吸熱管所在的平面,保證系統(tǒng)具有最好的聚光特性。拋物槽式聚光系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)簡單,需要設計的幾何參數(shù)包括聚光鏡口徑、焦距、邊緣角等,在設計中需要考慮的性能參數(shù)包括聚光比、光斑溢出損失等。槽式聚光鏡經(jīng)過了幾代的發(fā)展,其口徑、焦距、

13、邊緣角等參數(shù)不斷加大。早期LS1的口徑為2.55m ,焦距為0.7m ,邊緣角為85,聚光比為60suns 。目前,HelioTrough 的口徑為6.78m ,焦距為1.71m ,邊緣角為89.5,聚光比為97suns 。利用光學設計軟件如Zemax 、Tracepro 、ASAP 等可對拋物槽式聚光系統(tǒng)進行建模,并借助MATLAB 對聚光系統(tǒng)進行蒙特卡羅光線追跡,分析聚光系統(tǒng)的光學性能,最終確定聚光結(jié)構(gòu)。拋物槽式聚光系統(tǒng)的關鍵工藝在于真空集熱管和拋物柱面反光鏡的加工。真空集熱管由玻璃外管、不銹鋼內(nèi)管及表面選擇性吸收涂層、內(nèi)外管間高度真空環(huán)形空間、內(nèi)管內(nèi)插固體阻塞件以及絕熱端等部分組成,其關

14、鍵技術包括能耐400以上高溫、高效率吸熱涂層材料且在高溫下不脫落、長壽命真空度、玻璃-金屬間的有效銜接等。拋物柱面反光鏡的制作工藝較真空集熱管簡單,關鍵技術在于鏡面面形的高精度。目前多采用4mm 厚的熱彎玻璃并在背面鍍銀反射膜及多層保護膜,也可采用在基底材料上粘貼薄玻璃反射鏡或高反射耐候性薄膜。目前,拋物槽式聚光技術已經(jīng)成熟,并已實現(xiàn)商業(yè)化,在聚光鏡及真空集熱管的加工方面均已具備生產(chǎn)能力,電站設計規(guī)模為30 100MW ,聚光比約為50 90,年光電轉(zhuǎn)化效率約為14%,發(fā)電成本約為12cent /kW ·h ,當發(fā)電成本降到8cent /kW ·h 時,太陽能發(fā)電可與常規(guī)礦

15、物能源發(fā)電相媲美。為了進一步降低發(fā)電成本,槽式聚光的研究主要集中在:通過光學、機械等優(yōu)化設計降低聚光鏡成本,提高聚光效率;延長真空集熱管的使用壽命并實現(xiàn)500高溫運行等。32碟式聚光系統(tǒng) 碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)可分為單碟式和多碟式兩圖2西班牙EuroDish 碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)Fig2“EuroDish ”solar dish concentration system inSpain532第3期韓雪冰,等:太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的研究進展種。單碟式聚光系統(tǒng)由單個旋轉(zhuǎn)拋物面反光鏡和斯特林發(fā)動機組成,如圖2所示。多碟式聚光系統(tǒng)由多個尺寸較小的碟形反光鏡和斯特林發(fā)動機組成,如圖3所示 。圖3北京通縣多碟式聚光

16、系統(tǒng)Fig3Multi-dish concentration system in Beijing碟式聚光鏡利用旋轉(zhuǎn)拋物面對平行光的理想會聚特性將太陽光會聚于焦點處的斯特林發(fā)電機上。聚光鏡可繞雙軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對太陽的三維跟蹤,始終使陽光的入射方向與聚光鏡的光軸方向一致,保證聚光鏡有最好的聚光性能。多碟式聚光鏡與單碟式的聚光原理一致,聚光性能相近,多碟式聚光鏡用多個尺寸較小的碟形反光鏡代替單個大尺寸拋物面鏡,降低了聚光鏡的加工難度。碟式聚光系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)簡單,設計方法與槽式聚光系統(tǒng)相似。碟式聚光系統(tǒng)的關鍵技術在于斯特林發(fā)動機和旋轉(zhuǎn)拋物面反光鏡的加工。斯特林發(fā)動機是一種外燃(或外部加熱封閉循環(huán)活塞式發(fā)動

17、機,其對燃燒方式或外燃系統(tǒng)的特性無特殊要求,只要外燃溫度高于閉式循環(huán)中的工質(zhì)溫度即可。近年來,美國、日本、德國等對斯特林發(fā)動機進行了研究,并已具備生產(chǎn)能力,如西班牙的Eurodish 碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)采用了德國SO-LO 公司生產(chǎn)的斯特林發(fā)動機。拋物面反光鏡的制作關鍵在于面形精度的控制。制作方法主要有兩種,一種是采用小尺寸的曲面鏡進行拼接,另一種是在基底材料上粘貼薄的鍍銀玻璃反射鏡或高反射耐候性薄膜。碟式聚光系統(tǒng)的聚光比較高,可超過1000,工作溫度達700,采用斯特林發(fā)動機,最高光電轉(zhuǎn)化效率可達29.4%。碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)單臺最大裝機容量約為25kW ,可單獨供電,也可多臺并網(wǎng)發(fā)電,無需用水

18、,適合在沙漠地區(qū)使用。由于聚光鏡、驅(qū)動裝置以及斯特林發(fā)動機等關鍵元件的制造成本較高,導致碟式聚光系統(tǒng)的投資成本較高,約為12000$/kW 。為了實現(xiàn)商業(yè)化,還需進一步降低碟式聚光發(fā)電的成本。33塔式聚光系統(tǒng)塔式聚光系統(tǒng)可分為單塔式和多塔式聚光陣列,單塔式聚光系統(tǒng)由鏡場、單塔和塔頂吸熱器組成,如圖4所示 。圖4西班牙PS10塔式聚光發(fā)電系統(tǒng)Fig4PS10solar tower concentration system in Spain鏡場將低密度的太陽輻射會聚于塔頂吸熱器,再由吸熱器將高密度能流轉(zhuǎn)化為熱能并通過傳熱工質(zhì)傳輸?shù)降孛孢M行發(fā)電。鏡場由定日鏡布置而成,定日鏡繞雙軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對太陽的三維

19、跟蹤,并將陽光反射到塔頂吸熱器上。定日鏡的聚光性能決定了鏡場光斑的質(zhì)量。定日鏡的面形有平面和曲面兩種,平面定日鏡加工裝調(diào)簡單,成本低,由于對光線無會聚作用,定日鏡尺寸一般較小,以保證較小的鏡場光斑。曲面定日鏡加工裝調(diào)較困難,成本高,但聚光性能較好,定日鏡可以做得很大。單塔式聚光系統(tǒng)的規(guī)模受到塔高以及定日鏡跟蹤精度的限制,電站的規(guī)模不能無限大。為了實現(xiàn)更大規(guī)模的塔式太陽能發(fā)電,提出了多塔式太陽聚光陣列結(jié)構(gòu)9,如圖5所示。多塔式鏡場聚光陣列由定日鏡場和多個裝有吸熱器的塔組成,各塔之間距離較近以至于不同塔的定日鏡場部分重疊,傳熱工質(zhì)通過吸熱器加熱到高溫以后匯聚起來,實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)電。隨著632中國光學

20、第4卷 圖5多塔式太陽聚光陣列Fig5Multi-tower solar concentrator array太陽的運動,定日鏡場一些區(qū)域的光學效率不斷變化,為了獲得最大的鏡場光學效率,可有選擇地控制定日鏡場的一些區(qū)域?qū)⑻栞椛渫渡涞讲煌系奈鼰崞魃?有效減少了入射余弦損失和定日鏡間的陰影擋光損失,并提高了土地使用率。塔式聚光系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)比較復雜,在設計中需要考慮定日鏡和鏡場兩部分。定日鏡的光學設計主要在于面形設計,可采用光學設計軟件如ZEMAX,設計過程比較簡單。定日鏡在聚光過程中陽光的入射角變化范圍較大,球面或其它旋轉(zhuǎn)曲面存在較大的像散,致使定日鏡的光斑較大,不利于吸熱器的接收。采用可

21、校正像散的輪胎面聚光鏡10可減小光斑的變化,提高聚光性能,但缺點是加工裝調(diào)比較困難,制作工藝還需驗證。鏡場設計是通過優(yōu)化鏡場的結(jié)構(gòu)參數(shù),設計出成本低、年聚光效率高的鏡場布置,設計過程比較復雜,需要編制專用的設計軟件。鏡場的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括地理緯度、定日鏡尺寸及數(shù)量、定日鏡的布置方式及間距、吸熱器位置及傾斜角度等,需要在設計中考慮的性能參數(shù)包括鏡場的余弦效率、相鄰定日鏡間的陰影擋光損失、大氣對會聚光束的吸收散射損失、光斑在吸熱器上的溢出損失等。鏡場的設計軟件11主要有HELIOS、DELSOL3、HFLCAL、WinDELSOL10、SENSOL等,國內(nèi)的鏡場優(yōu)化設計軟件有HFLD1012,已用于北

22、京延慶1MW塔式電站的鏡場設計與性能分析中。塔式聚光系統(tǒng)的關鍵在于低成本高精度的定日鏡加工及跟蹤控制。對于小尺寸平面定日鏡,鏡面成本較低,但定日鏡數(shù)量龐大,控制復雜。對于大尺寸曲面定日鏡,鏡場控制成本較低,但曲面反射鏡的加工裝調(diào)成本高,且在外場環(huán)境下受風力、溫度變化及自身重力等影響,鏡面變形和跟蹤誤差均較大。目前,平面定日鏡多采用4mm厚的鍍銀玻璃反射鏡,曲面定日鏡則采用在曲面基底上粘貼薄的鍍銀玻璃反射鏡或反射膜,曲面基底材料可以是玻璃鋼或不銹鋼等。由于塔式聚光發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復雜,在鏡場規(guī)模、鏡場結(jié)構(gòu)設計、鏡場跟蹤控制、定日鏡的加工與裝調(diào)等方面還不成熟,塔式發(fā)電技術目前還處于商業(yè)化運行的示

23、范階段。目前,塔式商業(yè)示范電站的設計規(guī)模約為10 20MW,聚光比約為300 1000,年光電轉(zhuǎn)化效率約為15%。塔式聚光系統(tǒng)的研究焦點在于定日鏡光學、機械結(jié)構(gòu)及鏡場布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。34線性菲涅耳聚光系統(tǒng)線性菲涅耳聚光系統(tǒng)由主、次聚光鏡和吸熱管組成,它是由拋物槽式聚光系統(tǒng)演化而來的,如圖6所示 。圖6德國NOVATEC公司的線性菲涅耳聚光發(fā)電系統(tǒng)Fig6NOVATEC's linear Fresnel concentrator system in Germany菲涅耳聚光系統(tǒng)的主聚光鏡由一系列可繞水平軸旋轉(zhuǎn)的條形平面反射鏡組成,可跟蹤太陽并將陽光會聚于鏡場上方的吸熱管上。為了提高聚

24、光比,在吸熱管的上方需增加次聚光鏡,進行二次聚光,次聚光鏡的面形為二維復合拋物面(CPC, CPC是一種理想的非成像聚光器,聚光性能可達到最優(yōu)。菲涅耳聚光的另一種改進形式是密集型線性732第3期韓雪冰,等:太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的研究進展238 中國光學 第4 卷 菲涅耳聚光， 它具有兩個或多個吸熱管， 在工作過 相鄰的條形反射鏡可瞄準不同的吸熱管進 程中， 行聚光， 這樣可以減少反射鏡間的陰影擋光損失 及鏡場占地面積。菲涅耳式聚光系統(tǒng)采用二次聚 光方式， 光學結(jié)構(gòu)比較復雜， 需要設計的參數(shù)包括 條形反射鏡的尺寸及間距、 主聚光鏡場的口徑及 吸熱管的高度、 次聚光鏡的口徑及接收角 邊緣角、 等，

25、 需要在設計中考慮的性能參數(shù)包括陰影擋光 損失、 聚光比、 光斑溢出損失以及主、 次聚光鏡的 匹配等。菲涅耳聚光系統(tǒng)主聚光鏡為一系列離散 的條形反射鏡， 且不同時刻反射鏡的法線方向不 次聚光鏡為 CPC 非成像聚光鏡， 利用傳統(tǒng)光 同， ASAP 等很難對菲涅耳聚光 學設計軟件如 Zemax、 系統(tǒng)進行實時模擬和分析， 可使用 MATLAB 進行 并采用蒙特卡羅光線追跡法對聚光系統(tǒng)進 編程， 行建模和分析， 最終確定聚光系統(tǒng)的光學參數(shù)。 菲涅耳主聚光鏡為條形平面玻璃反射鏡， 次 生產(chǎn)工藝已經(jīng)很 聚光鏡與拋物槽式聚光鏡相似， 成熟， 因此， 菲涅耳聚光系統(tǒng)的加工比較簡單 。吸 熱管通過透明的平板

26、玻璃被封閉在次聚光鏡中 （ 如圖 7 所示） ， 熱損失較小， 無需采用真空管， 有 利于成本的降低。 比約為 200 ， 工作介質(zhì)的溫度高 于 270 ， 壓 電站的光學效率約為 67% 。 由于菲 強 55 bar， 涅耳聚光的技術難點較少， 成本較低， 因此具有較 值得進一步研究和驗證。 好的發(fā)展前景， 3 5 地面接收聚光系統(tǒng) 地面接收聚光系統(tǒng)由聚光鏡場、 塔頂反射鏡 它是由塔式聚光系統(tǒng)演化而 和地面接收器組成， 來的， 如圖 8 所示。 圖8 Fig 8 以色列 300 kW 地面接收聚光系統(tǒng) 300 kW beamdown concentrator system in Israel

27、 地面接收聚光系統(tǒng)的鏡場與塔式聚光系統(tǒng)相 同， 由一系列雙軸跟蹤的定日鏡布置而成。 塔頂 與鏡場構(gòu)成卡賽格林系 反射鏡采用雙曲面設計， 將鏡場會聚而來的光線反射會聚到地面接收 統(tǒng)， 器。由于地面接收聚光系統(tǒng)的焦距較長， 受太陽 發(fā)散角、 鏡面面形誤差及定日鏡跟蹤誤差的影響 地面接收光斑的尺寸較塔式聚光系統(tǒng)大 ， 聚 較大， 光比較低。為了提高聚光比， 需要增加三維復合 拋物面聚光器（ CPC ） 進行 3 次聚光。地面接收聚 需要設計的參數(shù)包括 光系統(tǒng)光學結(jié)構(gòu)更為復雜， 定日鏡的幾何參數(shù)、 鏡場的布置結(jié)構(gòu)、 塔頂反射鏡 的面形、 尺寸及焦距、 三維 CPC 聚光器的口徑、 接 需要在設計中考慮

28、的性能參 收角及高度等參數(shù)， 數(shù)包括鏡場的聚光效率、 地面接收聚光系統(tǒng)的溢 出損失、 光斑的聚光比以及鏡場與塔頂反射鏡的 匹配等。目前， 地面接收聚光系統(tǒng)采用的設計方 法是： 首先利用鏡場設計軟件設計鏡場結(jié)構(gòu) ， 然后 根據(jù)鏡場的聚光特性設計塔頂反射鏡， 塔頂反射 鏡的設計可采用傳統(tǒng)光學設計軟件如 Zemax， 最 后使用 MATLAB 工具對地面接收聚光系統(tǒng)進行 圖7 Fig 7 菲涅耳次聚光鏡及吸熱管 Second concentrator and receiver pipe in linear Fresnel concentrator system 菲涅耳聚光發(fā)電技術目前尚處于商業(yè)化示范

29、 澳大利亞、 德國、 法國和西班牙等國對該技 階段， 術進行 了 實 驗 研 究。 德 國 的 NOVATEC 公 司 于 2009 年在西班牙南部建成 1. 4 MW 的菲涅耳聚 光太陽能電站， 是世界上第一座采用菲涅耳式聚 光的商業(yè)化示范性電站， 該聚光系統(tǒng)的幾何聚光 第3 期 韓雪冰， 等： 太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的研究進展 239 建模， 并采用蒙特卡羅光線追跡法對聚光系統(tǒng)進 最終確定聚光系統(tǒng)的光學參數(shù)。 行分析， 地面接收聚光系統(tǒng)的加工工藝關鍵在于塔頂 目前的加工方 反射鏡和三維 CPC 聚光鏡的制作， 法是采用小尺寸的平面反射鏡進行拼接， 這樣做 的缺點是面形精度較低且縫隙損失較大

30、。地面接 增加了反射損失， 收聚光系統(tǒng)采用多次反射聚光， 降低了聚光比， 但吸熱器放置在地面上， 減少了熱 損耗， 降低了建塔成本， 因此具有一定的優(yōu)勢。近 以色列、 日本等國對地面接收聚光技術進行 年來， 了理論及實驗研究， 其商業(yè)化可行性還有待進一 步驗證。 參考文獻： 1 STINE W B， GEYER M Power from the Sun M / OL Miami： Miami Country Day School， 2001 20100301 http： / / www powerfromthesun net / book htm 2 10 MW solar thermal p

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