太陽(yáng)能熱發(fā)電概述

太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)能及其利用

中國(guó)的太陽(yáng)能資源

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的基本類型

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)可望一：太陽(yáng)能及其利用萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，太陽(yáng)是地球永恒的能源，地球上一年接收到的太陽(yáng)輻射能是全球能耗的數(shù)萬(wàn)倍太陽(yáng)能特點(diǎn)

普遍無(wú)害長(zhǎng)久巨大——到處陽(yáng)光到處電

但太陽(yáng)能也具有分散性、隨機(jī)性、間歇性等缺點(diǎn)，而需儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行配合使用，以便保證夜間或雨雪天時(shí)的連續(xù)供電。也可考慮混合型發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能的基本利用方式

光熱利用太陽(yáng)能發(fā)電光化利用光生物利用二：我國(guó)的太陽(yáng)能資源

等級(jí)劃分一類地區(qū)：該地區(qū)全年日照時(shí)數(shù)為3200—3300h，年接收太陽(yáng)輻射總量6680—8400MJ/m2，相當(dāng)于225--285kg的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量。主要分布在：寧北、隴北、新東南、青西、藏西等地。二類地區(qū)：該地區(qū)全年日照時(shí)數(shù)為3000—3200h，年接收太陽(yáng)輻射總量5852—6680MJ/m2，相當(dāng)于200--225kg的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量。主要分布在：冀西北、晉北、蒙南、寧南、隴中、青東、新南、藏東南等地

三類地區(qū)：該地區(qū)全年日照時(shí)數(shù)為2200—3000h，年收太陽(yáng)輻射總量5016—5852MJ/m2，相當(dāng)于170--200kg的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量。主要分布在：魯東南、豫東南、冀東南、晉南新北吉遼云、陜北、隴東南、粵南閩南、蘇北皖北、京津、臺(tái)西南等地。此三類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于2200h，太陽(yáng)年輻總量高于5016MJ/m2，是中國(guó)太陽(yáng)能資源較為豐富的地區(qū)。中國(guó)太陽(yáng)能資源帶三：太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)1.基本工作原理太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是利用聚光設(shè)備將太陽(yáng)光聚集后，通過(guò)超白玻璃、吸熱膜層材料、高溫儲(chǔ)熱材料等轉(zhuǎn)化為足夠溫度的熱能進(jìn)行儲(chǔ)存，然后接入類似火力發(fā)電廠的汽輪機(jī)系統(tǒng)，產(chǎn)生高溫高壓蒸氣的驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于整個(gè)發(fā)電過(guò)程中的熱源來(lái)自于太陽(yáng)能，因此稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。這種形式的太陽(yáng)能利用還有一個(gè)其他形式的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，即太陽(yáng)能所燒熱的水可以儲(chǔ)存在巨大的容器中，在太陽(yáng)落山后幾個(gè)小時(shí)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)與火力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本相同,其根本區(qū)別在于熱源不同,前者以太陽(yáng)能為熱源,后者則以煤炭、石油和天然氣等化石燃料為熱源。2.太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)組成太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由以下4部分組成：集熱子系統(tǒng)、熱傳輸子系統(tǒng)、蓄熱與熱交換子系統(tǒng)、和發(fā)電子系統(tǒng)，如下圖所示。1.集熱子系統(tǒng)：是吸收太陽(yáng)能輻射并將其轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。該系統(tǒng)包括聚光裝置、接收器和跟蹤裝置等部件。聚光器：聚光器用于收集陽(yáng)光并將其聚集到一個(gè)有限尺寸面上，以提高單位面積上的太陽(yáng)輻照度，從而提高被加熱工質(zhì)的工作溫度。為使聚光器、接收器發(fā)揮最大的效果，反射鏡應(yīng)配置跟蹤太陽(yáng)的跟蹤機(jī)構(gòu)。

2.熱傳輸子系統(tǒng)：

對(duì)于熱傳輸子系統(tǒng)的基本要求是：輸熱管道的熱損耗小、輸送傳熱介質(zhì)的泵功率小、熱量輸送的成本低。

3.蓄熱與熱交換子系統(tǒng)

由于地面上的太陽(yáng)能受季節(jié)、晝夜和云霧、雨雪等氣象條件的影響,具有間歇性和隨機(jī)不穩(wěn)定性,因此為保證太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定地發(fā)電,需設(shè)置蓄熱裝置。蓄熱裝置常由真空絕熱或以絕熱材料包覆的蓄熱器構(gòu)成。

4.發(fā)電子系統(tǒng)

發(fā)電子系統(tǒng)由熱力機(jī)和發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備組成,與火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同。應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等

四：熱發(fā)電系統(tǒng)的基本類型

槽式線聚焦系統(tǒng)

塔式系統(tǒng)

碟式系統(tǒng)1、槽式線聚焦系統(tǒng)

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用圓柱拋物面的槽式反射鏡將太陽(yáng)聚焦到管狀的接收器上，而將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱。在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：

容量可大可?。唤?jīng)濟(jì)效益好；安裝維護(hù)方便；控制成本低。缺點(diǎn)：

能量集中過(guò)程依賴于管道和泵，使得輸熱管路比塔式系統(tǒng)復(fù)雜，輸熱損失和阻力損失也比較大；抗風(fēng)能力較差。槽式線聚焦系統(tǒng)的特點(diǎn)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)的定日鏡群，將陽(yáng)光聚集到一個(gè)固定在接收塔頂部的接收器上，接收器上的吸熱器吸收由定日鏡系統(tǒng)反射來(lái)的高熱流密度輻射能，并將其轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的高溫?zé)崮堋?/p>

塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是在空曠平地上建立高大的塔，塔頂安裝固定一個(gè)接收器（相當(dāng)于鍋爐），塔的周圍安置大量的定日鏡，將太陽(yáng)光聚集并反射到塔頂?shù)慕邮掌魃袭a(chǎn)生高溫，接收器內(nèi)生成的高溫蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)來(lái)發(fā)電。2、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

2、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電遠(yuǎn)景亞洲首座MW級(jí)塔式“大漢”電站

塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)1.反射鏡及其自動(dòng)跟蹤

自動(dòng)跟蹤與太陽(yáng)同步而獲得最大熱源

2.接收器

太陽(yáng)能鍋爐，要求體積小，熱能效率高

3.蓄熱裝置

宜選用傳熱和蓄熱性能好的材料作為蓄熱工質(zhì)塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有規(guī)模大、熱傳遞路程短、熱損耗少、聚光比和溫度較高等特點(diǎn)，極適合于大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電缺點(diǎn)：聚光光強(qiáng)度波動(dòng)大；占地面積大；中心塔必須足夠高；造價(jià)高。塔式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電的示意圖

3、碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

是利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽(yáng)光聚焦在焦點(diǎn)上，放置在焦點(diǎn)處的太陽(yáng)能接收器收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組。碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱盤(pán)式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1：光熱轉(zhuǎn)換效率高，在三類系統(tǒng)中位居首位；

2：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。缺點(diǎn)：

1：造價(jià)昂貴，在三種系統(tǒng)中也是位居首位，初投資成本高達(dá)4.7～6.4萬(wàn)元/kW；2：高聚光度的優(yōu)點(diǎn)實(shí)際上并不能得到充分的發(fā)揮；3：熱儲(chǔ)存困難，熱熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)危險(xiǎn)性大而且造價(jià)高。

比較

和槽式一樣，碟式系統(tǒng)的太陽(yáng)能接收器也不固定，隨著碟形反射鏡跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，克服了塔式系統(tǒng)較大余弦效應(yīng)的損失問(wèn)題，光熱轉(zhuǎn)換效率大大提高。和槽式不同的是，碟式接收器將太陽(yáng)聚焦于旋轉(zhuǎn)拋物面的焦點(diǎn)上，而槽式接收器則將太陽(yáng)聚焦于圓柱拋物面的焦線上。4.其他五：發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)展望

發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始，中國(guó)一些高等院校和研究所等單位和機(jī)構(gòu)，在天津建造了一套功率為1kW的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電模擬實(shí)驗(yàn)裝置，在上海建造了一套功率為1kW的平板式低沸點(diǎn)工質(zhì)太陽(yáng)能熱發(fā)電模擬實(shí)驗(yàn)裝置。在北京，中科院電工研究所建立了一套1kW碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，近期又在北京建設(shè)一套1MW的塔式太陽(yáng)能熱系統(tǒng)。另外，河海大學(xué)、南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司通過(guò)與以色列合作研究獲取了一定的接收器設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及運(yùn)行等相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在南京江寧建設(shè)的中國(guó)首座75kW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。

但總體而言，我國(guó)在太陽(yáng)能熱發(fā)電方面的研究還是比較落后的，盡管近年來(lái)國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研究給予了相當(dāng)?shù)闹匾?，并且也取得了一定的成果，但與國(guó)際先進(jìn)水平的差距還很大，中國(guó)研究太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。關(guān)于我國(guó)光熱發(fā)電的思考1：國(guó)外的技術(shù)尚未完全成熟，還需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)才能在太陽(yáng)能熱發(fā)電站商業(yè)化上實(shí)現(xiàn)更大的突破;2：如將國(guó)外的技術(shù)照搬過(guò)來(lái)而沒(méi)有考慮我國(guó)特殊的地形與氣候，大型太陽(yáng)能熱發(fā)電站的適用性不得而知3：

應(yīng)當(dāng)充分了解我國(guó)的氣候與環(huán)境，因地制宜，采用合適的太陽(yáng)熱發(fā)電方式。

4：將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)的發(fā)電系統(tǒng)整合成多能源互補(bǔ)的系統(tǒng)，既有效地解決了太陽(yáng)能利用不穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)也能利用成熟的常規(guī)發(fā)電