太陽能中高溫集熱器及應(yīng)用

太陽能中高溫集熱器及應(yīng)用第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六目錄一、中高溫太陽能熱利用概述二、中溫太陽能集熱器分類三、中溫太陽能集熱器四、槽型拋物面高溫太陽能集熱器五、中高溫太陽能集熱器應(yīng)用第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六一、中高溫太陽能熱利用概述資源種類煤炭（億噸）石油（億噸）天然氣（億M3）水力（GW裝機(jī)）探明可開采儲(chǔ)量114532.73611704353可開采年限54-81年15-20年28-58年38-104年可開采到2060-20902020-20402035-20652045-2110■化石能源緊缺，需求壓力巨大第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六—目前我國鍋爐數(shù)量近50萬臺(tái)，80%左右為燃煤鍋爐。耗煤量占全國原煤產(chǎn)量的1/3。燃煤鍋爐效率低、耗煤量大、污染嚴(yán)重?！茉垂?yīng)結(jié)構(gòu)的變化，節(jié)能環(huán)保要求日益嚴(yán)格，節(jié)能減排任務(wù)更加艱巨。■環(huán)境污染嚴(yán)重，環(huán)保任重道遠(yuǎn)第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■太陽能熱利用三階段太陽能熱利用根據(jù)使用目的不同大致可分為三個(gè)階段：熱水階段：～100℃以下為低溫?zé)崂?，主要是提供生活熱水；熱能階段：100～250℃為中溫?zé)崂?，主要是提供工農(nóng)業(yè)用熱；熱電階段：250℃以上為高溫?zé)崂?，主要提供發(fā)電用熱。

對(duì)應(yīng)的集熱器類型：低溫集熱器（普通集熱器）中溫集熱器高溫集熱器第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六二、中溫太陽能集熱器分類

中溫集熱器類型定義主體結(jié)構(gòu)真空管型中溫集熱器采用玻璃管并在管壁和和吸熱體之間形成真空空間的中溫太陽能集熱器。平板型中溫集熱器吸熱體表面基本上為平板形狀的中溫太陽能集熱器加熱介質(zhì)液體中溫集熱器用液體作為加熱介質(zhì)的中溫太陽能集熱器空氣中溫集熱器用空氣作為加熱介質(zhì)的中溫太陽能集熱器采光形式聚光集熱器利用反射器、透鏡或其他光學(xué)器件將進(jìn)入采光口的太陽輻射改變方向并聚集到吸熱體上的中溫太陽能集熱器。非聚光集熱器進(jìn)入采光口的太陽輻射不改變方向也不聚集到吸熱體上的中溫太陽能集熱器。跟蹤太陽跟蹤型集熱器繞單軸或雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)全天跟蹤太陽視運(yùn)動(dòng)的中溫太陽能集熱器。非跟蹤型集熱器全天跟蹤太陽視運(yùn)動(dòng)的中溫太陽能集熱第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六三、中溫太陽能集熱器—中溫真空管太陽能集熱器

熱管式真空管集熱器

玻璃金屬真空管集熱器中溫真空管集熱器結(jié)構(gòu)第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六內(nèi)置反射器中溫集熱器外置反射器中溫集熱器第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫真空管太陽能集熱器——

CPCU型管中溫真空管集熱器(外置式聚光板)

豎單排中溫真空管太陽能集熱器

第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六橫雙排無蓋板中溫真空管集熱器

橫雙排帶蓋板中溫真空管集熱器

第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫真空管太陽能集熱器效率方程

其中：，歸一化溫差；0

—瞬時(shí)效率的截距，0＝F’()en，

()en—玻璃蓋板或罩管的太陽透射比與吸收涂層太陽吸收比的有效乘積(法向)；

F’—

集熱器的效率因子；G—太陽輻照度；a1—

與集熱器熱損有關(guān)的系數(shù)；a2—

太陽能集熱器瞬時(shí)效率非線性系數(shù),與集熱器熱損有關(guān)第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫真空管太陽能集熱器瞬時(shí)效率曲線能集熱器瞬時(shí)效率曲線豎單排中溫真空管太陽第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六陽能集熱器瞬時(shí)效率曲線橫雙排帶蓋板中溫真空管太第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫真空管太陽能集熱器性能中溫集熱器類型企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（力諾瑞特）備注無蓋板有反射器瞬時(shí)效率截距≥0.62=150℃，≥0.40a1W/(m2·℃)≤1.0a2W/(m2·℃2)≤0.010有蓋板有反射器瞬時(shí)效率截距≥0.55=150℃，≥0.40a1W/(m2·℃)≤0.8a2W/(m2·℃2)≤0.008第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫真空管太陽能集熱器的熱性能要求：一、要提高集熱器的光學(xué)效率，需研制具有高太陽吸收比、低半球發(fā)射比的吸收涂層，以及高太陽透射比的罩玻璃管；二、要降低集熱器的熱損失。第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫太陽能集熱器與國標(biāo)曲線對(duì)比第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六中溫太陽能集熱器與國際知名品牌集熱器對(duì)比第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六創(chuàng)造性與先進(jìn)性1）采用山東力諾公司與清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的新產(chǎn)品—中溫太陽能真空集熱管，它具有高的太陽吸收比與低的半球發(fā)射比，各項(xiàng)性能優(yōu)異。2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)了真空管內(nèi)插U型管加聚光CPC反射器、加減反射膜玻璃蓋板。3）集熱器效率測試裝置先進(jìn)，測試方法科學(xué)合理，集熱器測試進(jìn)口溫度能夠達(dá)到并穩(wěn)定在150℃，首次實(shí)現(xiàn)了溫度為150℃的集熱器效率測試。4）中溫太陽能集熱器能夠穩(wěn)定工作在150℃，集熱器效率＞0.40，與國際同類知名集熱器相比有明顯的優(yōu)勢，處于國際領(lǐng)先水平。第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六三、中溫太陽能集熱器—小型槽型拋物面中溫太陽能集熱器

槽型拋物面中溫太陽能集熱器結(jié)構(gòu)

由槽式拋物面反射鏡、真空集熱管、跟蹤裝置等幾部分組成。這種集熱器可以將運(yùn)行溫度提高到250℃左右，是最具有發(fā)展前景的中溫太陽能集熱器之一。第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六槽型拋物面中溫太陽能集熱器效率方程提高集熱器效率的途徑提高集熱器效率的途徑主要有：①提高玻璃管透光率，提高吸熱體吸收率、降低吸熱體發(fā)射比。②提高反射鏡反光率，提高集熱熱效率。③保持真空管的真空度將吸收熱體的對(duì)流換熱損失降到最低程度。④提高集熱器的聚焦比，以提高集熱器的熱性能。第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六四、槽型拋物面高溫太陽能集熱器

槽型拋物面高溫太陽能集熱器基本結(jié)構(gòu)

由槽式拋物面反射鏡、高溫真空集熱管、跟蹤裝置等幾部分組成。這種集熱器可以將運(yùn)行溫度提高到400℃左右，是目前太陽能熱發(fā)電最成熟的集熱技術(shù)。第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六高溫真空集熱管高溫真空集熱管結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由太陽能吸收管、玻璃罩管、金屬管、環(huán)形空間、玻璃--金屬過渡元件、向內(nèi)指向套環(huán)、向外指向套環(huán)、伸縮平衡裝置、可折疊法蘭、聯(lián)接裝置等構(gòu)成。其關(guān)鍵技術(shù)有下列幾個(gè)方面：第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六①罩玻璃管的減反射涂層大部分的涂層有一個(gè)這樣的缺點(diǎn)，即時(shí)間久了膜層容易從高硼硅玻璃上脫落。因此，高溫發(fā)電管集熱器要具有獨(dú)有的減反射涂層，膜層能夠不受侵蝕而可以保持一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間。與此同時(shí)該減反射涂層使得超過96%的太陽光能夠透過罩玻璃管。高質(zhì)量的玻璃管與高透射率的減反射涂層，透射率大于96%，抗腐蝕能力強(qiáng)。第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六②鋼管的太陽選擇性吸收涂層該吸收器中心的鍍膜管是由鋼制成的，鍍膜管必須要有高吸收率和低發(fā)射率，吸收率應(yīng)達(dá)到95%左右，在溫度400攝氏度時(shí)，其發(fā)射率不大于14%。③罩玻璃管與鋼管的熔封玻璃與鋼管之間的封接一直是一個(gè)很難解決的問題。鋼管與玻璃光學(xué)膨脹系數(shù)的差異，是由金屬與玻璃之間一個(gè)連接法蘭來抵消的，該連接是由金屬制成的。堅(jiān)固的玻璃金屬封接，是采用金屬材料和相匹配的膨脹系數(shù)玻璃的全新結(jié)合，鋼管與玻璃之間的封接能夠經(jīng)受住強(qiáng)烈的天氣變化。④簡捷的法蘭連接:因?yàn)槠溥B接法蘭特別短，使得整個(gè)集熱器管的采光面積達(dá)到整個(gè)管長度的96%以上。⑤優(yōu)秀的真空品質(zhì)先進(jìn)的元件去氣工藝和優(yōu)良的排氣工藝保證高溫管的真空維持。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六拋物面反光鏡

拋物面反射鏡是槽式中高溫集熱系統(tǒng)的核心部件之一，形狀是拋物線式的?？筛鶕?jù)不同的用熱需要設(shè)計(jì)不同的開口大小。拋物面反射鏡分玻璃鏡面，陶瓷鏡面，金屬鏡面等。根據(jù)所需要的溫度不同可采用不同材質(zhì)的反射鏡面。金屬鏡面可采用進(jìn)口材料，具有極高的反射率，反射率可達(dá)95%以上，可以收集太陽能漫反射光線，并將光線進(jìn)行整理聚焦，可以有效提高集熱器工作溫度。

太陽能跟蹤系統(tǒng)

拋物柱面槽式聚焦集熱器只能收集太陽的直射光線，而對(duì)散射部分無能為力，因此集熱器的聚光系統(tǒng)必須使光軸指向太陽，即跟蹤太陽。由于太陽時(shí)刻處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，再加上自然天氣隨時(shí)變化，因此全天候全自動(dòng)太陽跟蹤裝置的設(shè)計(jì)就成了一個(gè)難點(diǎn)。第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六太陽能熱發(fā)電跟蹤系統(tǒng)按照入射光線和主光軸位置關(guān)系可以劃分為兩軸跟蹤系統(tǒng)和單軸跟蹤系統(tǒng)。兩軸跟蹤要求入射光和主光軸方向一致；單軸跟蹤只要求入射光線位于含有主光軸和焦線的平面內(nèi)。兩軸跟蹤根據(jù)太陽高度角和赤緯角的變化情況而設(shè)計(jì)，它具有最理想的光學(xué)性能，是最好的跟蹤方式，能夠使入射光與主光軸方向一致，獲得最多的太陽能。但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和維修成本高。單軸跟蹤型只要求入射光線位于含有主光軸和焦線的平面就行，且結(jié)構(gòu)簡單，跟蹤精度要求不高或陽光充裕的地方一般優(yōu)先考慮單軸跟蹤。

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，是利用聚光太陽能集熱器將太陽輻射能收集起來，加熱水或通過其他傳熱介質(zhì)加熱水，使之產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。也就是說，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是先把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，最后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六五、中高溫太陽能集熱器應(yīng)用太陽能工業(yè)應(yīng)用—概述中國歐洲熱力能耗占工業(yè)能耗的53%

熱力能耗占工業(yè)能耗的67%

電力能耗占工業(yè)能耗的47%電力能耗占工業(yè)能耗的33%工業(yè)能耗占全國能耗的70%，并且逐年遞增工業(yè)用熱溫度大部分在80℃~250℃之間第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六主要應(yīng)用領(lǐng)域：造紙，食品，煙草，木材，化工，醫(yī)藥，紡織，塑料等上述行業(yè)的能耗占工業(yè)總能耗大于22.7%

根據(jù)2007年年鑒，八個(gè)行業(yè)熱能總消耗為2.26億噸標(biāo)煤，表中為太陽能替代熱能消耗10％折算成集熱器面積計(jì)算結(jié)果；潛力：若整個(gè)工業(yè)用熱能10％被太陽能替代，則CO2減排量可達(dá)3.4億噸，以我國最新61億噸CO2排放總量為基礎(chǔ)，減排量可達(dá)5％。第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六太陽能工業(yè)應(yīng)用—案例CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)項(xiàng)目簡況

力諾瑞特設(shè)計(jì)制作的CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)，集熱器總安裝面積8400m2

，采光面積5200

m2，CPC中溫集熱器95℃時(shí)平均效率為60%，日均提供95℃熱水138噸，所提供的熱量約占鍋爐所需熱量的10%。第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六

力諾科技園區(qū)現(xiàn)有10噸工業(yè)燃煤鍋爐一臺(tái)，CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)與之結(jié)合，生產(chǎn)150℃蒸汽，向園區(qū)的永寧制藥、力諾光伏等單位提供蒸汽。CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)龐大的集熱器陣列排布在面積為7800m2庫房之上，屬陽光屋頂結(jié)構(gòu)，符合國家節(jié)能省地，環(huán)境友好的要求。該項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)功能兩個(gè)結(jié)合一個(gè)目標(biāo)即：

三個(gè)功能：向鍋爐提供熱能，節(jié)能減排；產(chǎn)品倉儲(chǔ)；為煤場避風(fēng)擋雨。二個(gè)結(jié)合：太陽能與鍋爐有機(jī)結(jié)合；太陽能與建筑完美結(jié)合。一個(gè)目標(biāo)：優(yōu)質(zhì)工程。第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■

CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)主要由中溫太陽能集熱器陣列、集熱循環(huán)系統(tǒng)、儲(chǔ)熱水箱、自動(dòng)控制系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等部分組成。另加鍋爐、廢氣處理系統(tǒng)及熱力管網(wǎng)等組成整個(gè)熱力系統(tǒng)。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)運(yùn)行原理第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)功能—定溫自動(dòng)集熱功能；—自動(dòng)防凍功能；—多點(diǎn)溫度、壓力自動(dòng)監(jiān)控；—雙重自動(dòng)補(bǔ)水，缺水報(bào)警、保護(hù)；—流量、能量自動(dòng)計(jì)量；—集熱系統(tǒng)視頻監(jiān)控太陽能建筑西南一角第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)測試結(jié)果：

經(jīng)山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院檢測，其結(jié)果如下（2011.05）：當(dāng)日太陽輻照量：H=16.92MJ系統(tǒng)的日有用得熱量:q17=7.12

MJ/m2符合GB/T20095《太陽熱水系統(tǒng)性能評(píng)定規(guī)范》q17=7.0MJ/m2的要求。第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)—

首次將力諾瑞特與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的CPC中溫真空管太陽能集熱器應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域；—

開發(fā)了大規(guī)模中溫太陽能集熱器陣列技術(shù)；—

開發(fā)了多點(diǎn)溫度、壓力監(jiān)控，多點(diǎn)防凍控制技術(shù)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行；—

創(chuàng)新應(yīng)用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)通信、自控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

?！?/p>

實(shí)現(xiàn)了與原有燃煤鍋爐不停爐、不悶爐的有機(jī)結(jié)合，不影響企業(yè)生產(chǎn)，為該系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域推廣積累了經(jīng)驗(yàn)；第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保效益公司現(xiàn)有10噸燃煤鍋爐一臺(tái)，全年日均生產(chǎn)蒸汽140噸，CPC中溫太陽能集熱器輪廓采光面積5200m2，95℃時(shí)中溫集熱器平均效率η=60%，經(jīng)測算得到下列數(shù)據(jù)：■該系統(tǒng)將138噸自來水由15℃加熱到95℃，所提供的能量約占蒸汽（150℃）總耗能的

10%；■該系統(tǒng)每年可節(jié)約標(biāo)煤1156

噸，減排二氧化碳2600噸?！鲈撓到y(tǒng)投資回收期約5～6年，太陽能集熱系統(tǒng)使用壽命10-15年。第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六2、意義：力諾瑞特研發(fā)的CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)示范工程，是公司與清華大學(xué)合作研制的中溫真空管太陽能集熱器在工業(yè)領(lǐng)域成功應(yīng)用的范例，是太陽能應(yīng)用的新突破。它實(shí)現(xiàn)了太陽能熱利用由生活熱水向工業(yè)熱能邁進(jìn)，開辟了太陽能熱利用的新領(lǐng)域，對(duì)我國的節(jié)能減排具有重大意義！工業(yè)能耗占全國能耗的70%，工業(yè)用熱溫度大部分在100℃～250℃之間，CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)適合在此溫區(qū)應(yīng)用，該系統(tǒng)若得到全面推廣，將對(duì)工業(yè)能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境保護(hù)將產(chǎn)生重要影響。CPC中溫太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)，不僅能夠應(yīng)用于工業(yè)用熱，而且還將在空調(diào)制冷、海水淡化、農(nóng)業(yè)烘干等方面發(fā)揮重要作用。第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六力諾瑞特低耗能館采用了中溫集熱器和吸收制冷機(jī)150oC下集熱效率42%，可以驅(qū)動(dòng)雙效溴化鋰吸收制冷機(jī)。第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六■本項(xiàng)目是太陽能制冷、采暖、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)；■采用單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，制冷機(jī)功率17kW;■該系統(tǒng)夏季制冷、冬季采暖，日常提供生活熱水，季節(jié)匹配性高；■太陽能集熱器面積105㎡；低耗能房面積174㎡；■光伏發(fā)電1520W，年發(fā)電量1950

kWh，供室內(nèi)照明；■低耗能房實(shí)驗(yàn)工程年節(jié)約標(biāo)煤9.6噸，減排二氧化碳19.2

噸。第四十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六高溫太陽能集熱器應(yīng)用太陽能熱發(fā)電其發(fā)電方式第一類：是太陽能與其他能源組合的發(fā)電方式；第二類：是以太陽能發(fā)電為主，無蓄熱或少蓄熱，即使蓄熱也以解決多云天氣的負(fù)荷波動(dòng)為主的發(fā)電方式；第三類：是以解決連續(xù)發(fā)電方式為主，連續(xù)發(fā)電不依靠其他補(bǔ)燃，而依靠太陽能自身的蓄熱來解決的發(fā)電形式。

第四十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六形式系統(tǒng)特點(diǎn)典型機(jī)組槽式+地?zé)?、地?zé)岚l(fā)電，太陽能補(bǔ)充；2、單介質(zhì)(水)，無蓄熱，連續(xù)發(fā)電。墨西哥CPIV(水)槽式+燃?xì)鈾C(jī)組聯(lián)合循環(huán)1、10~35%的太陽能，其余燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電；2、雙介質(zhì)(導(dǎo)熱油+水)，無蓄熱，連續(xù)發(fā)電。摩洛哥、阿爾及利亞ISCC