電力生產(chǎn)概論第5講太陽(yáng)能發(fā)電課件

電力生產(chǎn)技術(shù)概論

第5講太陽(yáng)能發(fā)電本章內(nèi)容概述光伏發(fā)電技術(shù)介紹光熱發(fā)電技術(shù)介紹輻射量的影響因素太陽(yáng)高度角對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，太陽(yáng)高度角是指太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽(yáng)高度角越大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大。地理緯度緯度越高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越小。拉薩：約北緯30°；北京：約北緯39°。輻射量的影響因素大氣透明度和海拔高度晴朗無(wú)云的天氣，大氣透明度高，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射多；海拔越高，空氣越稀薄，太陽(yáng)輻射被吸收、散射的就越少，并且大氣中的水汽和塵埃含量越少，大氣透明度越大。海拔越高，太陽(yáng)輻射能量越大。拉薩：約北緯30°；成都：約北緯30°2、太陽(yáng)能資源的地區(qū)分布美國(guó)西南部、非洲、澳大利亞、中國(guó)西藏、中東等地區(qū)是世界太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)。3、太陽(yáng)能資源的優(yōu)點(diǎn)儲(chǔ)量豐富維持長(zhǎng)久分布廣泛太陽(yáng)能利用設(shè)備的維護(hù)方便，運(yùn)行成本低清潔無(wú)污染太陽(yáng)能資源的缺點(diǎn)能量的分散性能量的不穩(wěn)定性能量的間歇性，不連續(xù)一、太陽(yáng)能發(fā)電方式能量轉(zhuǎn)換過(guò)程光伏發(fā)電：將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換為電能。光熱發(fā)電：將太陽(yáng)輻射的熱能轉(zhuǎn)換為電能。1、光伏發(fā)電原理光子（光波）光電子光伏效應(yīng)形成電壓形成電流1、光伏發(fā)電原理太陽(yáng)能電池N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體PN結(jié)為什么PN結(jié)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差？半導(dǎo)體的主要結(jié)構(gòu)為什么PN結(jié)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差？硼硼硼硼P型半導(dǎo)體磷磷磷磷硼N型半導(dǎo)體磷磷磷硼硼硼為什么PN結(jié)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差？P－N結(jié)硼硼硼硼P型半導(dǎo)體磷磷磷磷硼N型半導(dǎo)體硼硼硼硼磷磷磷磷磷PN結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)阻止了空穴和自由電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，達(dá)到平衡1、光伏發(fā)電原理P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體PN結(jié)太陽(yáng)能電池技術(shù)7000~1萬(wàn)元轉(zhuǎn)換效率：15%轉(zhuǎn)換效率：12%6000~8000元太陽(yáng)能電池技術(shù)第二代太陽(yáng)能電池---薄膜電池太陽(yáng)能電池技術(shù)4000~5000元轉(zhuǎn)換效率：8%2、光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣儲(chǔ)能蓄電池太陽(yáng)能控制器逆變器光伏電池陣列光伏單元→光伏組件→光伏方陣通常：一個(gè)光伏組件由36個(gè)光伏單元串聯(lián)在一起光伏組件要為配套的鉛酸蓄電池充電鉛酸蓄電池額定電壓多為12V典型的100c㎡光伏單元最高產(chǎn)生0.45~0.5V電壓36個(gè)光伏電源串聯(lián)：保證在多云天氣下，總電壓大于13V，以便為蓄電池充電逆變器DC→AC光伏電池和蓄電池輸出：直流電民用電氣設(shè)備，電網(wǎng)：交流電逆變器其他功能：最大功率點(diǎn)跟蹤控制：隨著太陽(yáng)能電池溫度變化和日照強(qiáng)度的變化，相應(yīng)的輸出電壓和電流也變化，應(yīng)自動(dòng)控制太陽(yáng)能電池的輸出功率始終保持最大值逆變器防止單獨(dú)運(yùn)行：系統(tǒng)側(cè)雖然已停電，但由于有太陽(yáng)能繼續(xù)供電，逆變器的輸出電壓并未變動(dòng)。此時(shí)，就不能正確地檢測(cè)出是否停電，為保護(hù)設(shè)備維修人員不受到傷害，應(yīng)設(shè)置防單獨(dú)運(yùn)行功能。逆變器低電壓穿越：當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起太陽(yáng)能電站并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在電壓跌落的范圍內(nèi)，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。二、光熱發(fā)電熱電直接轉(zhuǎn)換：利用太陽(yáng)能提供的熱量直接發(fā)電（依靠特殊的物理現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)）蒸汽熱動(dòng)力發(fā)電：利用太陽(yáng)能提供的熱量產(chǎn)生的蒸汽，在利用高溫高壓蒸汽的熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電二、光熱發(fā)電按太陽(yáng)能采集方式劃分，太陽(yáng)能熱發(fā)電站：槽式塔式碟式槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電原理吸收太陽(yáng)輻射的熱能，然后將熱能轉(zhuǎn)換為電能。如何吸收并集中太陽(yáng)光線以產(chǎn)生熱能？槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)較小的放大鏡→巨型曲面鏡超白玻璃制成：純凈、?。?mm）——最大程度地進(jìn)行光的反射槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)吸熱管安置在曲面鏡的焦點(diǎn)上傳熱工質(zhì)：合成油，溫度可達(dá)400℃；熔融鹽，溫度可達(dá)600℃；等。吸熱管槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)吸熱管外層：帶有防反射涂層的玻璃管鋼管上的特殊漆：吸收95%從鏡子發(fā)射出的太陽(yáng)能真空空間：隔熱，防止熱量外溢槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)鋁制框架傳感器和電動(dòng)機(jī)：用于移動(dòng)框架以便全天精確跟蹤太陽(yáng)，最大程度地吸收太陽(yáng)熱能。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)液體通過(guò)吸熱管，聚集越來(lái)越多的熱能，高溫液體送至熱交換器中，將水加熱成蒸汽。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)→發(fā)電機(jī)發(fā)電槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)致命缺陷：晚上如何發(fā)電？?jī)?chǔ)能系統(tǒng)直接儲(chǔ)存電能？——大規(guī)模儲(chǔ)存成本昂貴儲(chǔ)存熱能：把白天積蓄的熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，夜間產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。熔融鹽：加熱時(shí)變成液體，溫度可達(dá)600℃（足以使水蒸發(fā)）；當(dāng)溫度低于238℃時(shí)凝固。白天將熔融鹽從固態(tài)變成液態(tài)，晚上再用熔融鹽將水變成蒸汽發(fā)電槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)冷卻水——在蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)后需要大量的冷卻水使蒸汽凝結(jié)每生產(chǎn)1兆瓦時(shí)的電能需要消耗3000公升水，而在沙漠地區(qū)要找到這么多水不是件容易的事并不是所有沙漠都可以建造光熱電站，需要有充足的水資源支持空氣冷卻：用水量就可以減少90%，但冷卻的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水冷卻槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)遠(yuǎn)距離輸電光熱發(fā)電占地面積巨大（如內(nèi)華達(dá)太陽(yáng)能一號(hào)電站，占地141公頃，約265個(gè)足球場(chǎng)），電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心。高壓直流輸電技術(shù)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)已商業(yè)化運(yùn)行，但存在以下問(wèn)題：系統(tǒng)機(jī)械笨重抗風(fēng)能力較差，不適宜工作在大風(fēng)地區(qū)接收器長(zhǎng)，散熱面積大。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)美國(guó)內(nèi)華達(dá)太陽(yáng)能一號(hào)電站裝機(jī)容量：64MW投產(chǎn)時(shí)間：2007年7月供電區(qū)域：拉斯維加斯《國(guó)家地理：偉大工程巡禮—太陽(yáng)引擎》塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)高塔接收器定日鏡塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度能量集中過(guò)程是靠反射光線一次完成，方法簡(jiǎn)捷有效接收器散熱面積相對(duì)較小，熱損失較小塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)缺點(diǎn)太陽(yáng)在塔上聚焦的光斑在一天之內(nèi)呈現(xiàn)大幅度變化，導(dǎo)致聚光光強(qiáng)大幅度波動(dòng)。眾多的定日鏡圍繞中心塔而建立，占地面積巨大。各個(gè)定日鏡需要單獨(dú)進(jìn)行兩維控制，控制系統(tǒng)極其復(fù)雜。單位裝機(jī)容量投資過(guò)大(目前塔式系統(tǒng)的初投資成本為3.4～4.8萬(wàn)元/kW)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)西班牙的安達(dá)盧西亞電站裝機(jī)容量：20MW（1.1萬(wàn)個(gè)家庭用電）投產(chǎn)時(shí)間：2009年6月碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)利用旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡將太陽(yáng)光聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)。碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)為閉環(huán)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)氣體在冷熱環(huán)境轉(zhuǎn)換時(shí)的熱脹冷縮做功聚焦的陽(yáng)光直接落在發(fā)動(dòng)機(jī)頭部的吸熱組件上，加熱其內(nèi)部的氣體工質(zhì)氦氣膨脹，推動(dòng)活塞做功，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)優(yōu)點(diǎn)光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)85%使用靈活。既可以作分布式系統(tǒng)單獨(dú)供電也可以并網(wǎng)發(fā)電無(wú)需消耗大量水資源，特別適合在沙漠、山丘等缺水地區(qū)占地面積小碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)缺點(diǎn)造價(jià)昂貴,在3種系統(tǒng)中位居首位。目前碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的初投資成本高達(dá)4.7~6.4萬(wàn)元/kW。盡管碟式系統(tǒng)的聚光比非常高，可以達(dá)到2000的高溫。對(duì)于目前的熱發(fā)電技術(shù)而言，如此高的溫度并不需要，甚至是具有破壞性的。碟式系統(tǒng)的接收器一般并不放在焦點(diǎn)上，而是根據(jù)性能指標(biāo)要求適當(dāng)?shù)胤旁谳^低的溫度區(qū)內(nèi)。高聚光度的優(yōu)點(diǎn)實(shí)際上并不能得到充分的發(fā)揮。碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)太陽(yáng)能發(fā)電一廠由美國(guó)南加州愛迪生公司在加州莫哈韋沙漠興建500MW