第9章太陽熱發(fā)電系統(tǒng)

第九章

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

Solarthermalpowersystem2024/11/8太陽能熱發(fā)電1.什么是太陽能發(fā)電？

通過水或其他工質(zhì)和裝置將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，稱為太陽能發(fā)電

太陽能發(fā)電熱發(fā)電光伏發(fā)電先將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)換為電能通過光電器件直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能2024/11/8太陽能熱發(fā)電2024/11/82.太陽能熱發(fā)電技術(shù)分類利用太陽熱能直接發(fā)電,如利用半導(dǎo)體材料或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱離子發(fā)電，堿金屬的熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。其特點(diǎn)是發(fā)電裝置本體無活動(dòng)部件。但它們目前的功率均很小，有的仍處于原理性試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用太陽能熱動(dòng)力發(fā)電，這種類型已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平

2024/11/8第一節(jié)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理第二節(jié)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成第三節(jié)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本類型第四節(jié)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀與未來展望主要內(nèi)容2024/11/8第十章

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

第一節(jié)工作原理一、火力發(fā)電系統(tǒng)工作原理二、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本工作原理2024/11/8一、火力發(fā)電系統(tǒng)工作原理2024/11/81、火力發(fā)電系統(tǒng)概述

火力發(fā)電系統(tǒng)是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發(fā)電的動(dòng)力設(shè)施，包括燃料燃燒釋熱、熱能電能轉(zhuǎn)換以及電能輸出的所有設(shè)備、裝置、儀表器件，以及為此目的設(shè)置在特定場所的建筑物、構(gòu)筑物和所有有關(guān)生產(chǎn)和生活的附屬設(shè)施。

煤、石油、天然氣火力發(fā)電是利用煤、石油或天然氣等燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能的

基本生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。2024/11/8火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍“十五”期間中國火電建設(shè)項(xiàng)目發(fā)展迅猛。2001年至2005年8月，經(jīng)國家環(huán)?？偩謱徟幕痣婍?xiàng)目達(dá)472個(gè)，裝機(jī)容量達(dá)344382MW，其中2004年審批項(xiàng)目135個(gè)，裝機(jī)容量107590MW，比上年增長207%；2005年1至8月份，審批項(xiàng)目213個(gè)，裝機(jī)容量168546MW，同比增長420%。2、我國電力發(fā)展?fàn)顩r2024/11/82006年12月，全國火電發(fā)電量繼續(xù)保持快速增長，但增速有所回落。隨著冬季取暖用電的增長，火電發(fā)電量環(huán)比增長較快，當(dāng)月全國共完成火電發(fā)電量2266億千瓦時(shí)，同比增長15.5%，12月份與上月相比火電發(fā)電量增加223億千瓦時(shí)，環(huán)比增長10.9%。但增速同比回落1個(gè)百分點(diǎn)，環(huán)比回落3.3個(gè)百分點(diǎn)；2006年1-12月，全國火電發(fā)電量為2.3×108萬千瓦小時(shí)，同比增長15.8%，增速高于2005年同期3.3個(gè)百分點(diǎn)。2、我國電力發(fā)展?fàn)顩r2024/11/82007年1-10月，全國火電發(fā)電量為2.17×108萬千瓦小時(shí)，比上年同期增長了16.04%。8月份的火電發(fā)電量最高，為2.39×107萬千瓦小時(shí)，同比增長了10.19%。2008年1-12月，全國火力發(fā)電量累計(jì)產(chǎn)量為2.79×108萬千瓦小時(shí)，2009年1-5月，全國火力發(fā)電量累計(jì)產(chǎn)量為1.09×108萬千瓦小時(shí)。2、我國電力發(fā)展?fàn)顩r2024/11/8雖然當(dāng)前火電發(fā)展增速減慢，但長遠(yuǎn)來看，在環(huán)保技術(shù)進(jìn)步、發(fā)電成本降低、電力需求增加等積極因素的推動(dòng)下，火電行業(yè)未來發(fā)展前景較為樂觀。現(xiàn)在在中國已有部分核電機(jī)組，但我國煤炭豐富、電力偏緊的資源特征決定了今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，火力發(fā)電仍將在電力工業(yè)中占據(jù)重要地位。但火電技術(shù)必須不斷提高發(fā)展，才能適應(yīng)和諧社會(huì)的要求。在現(xiàn)在提出和諧社會(huì)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境中，我們?cè)谔岣呋痣娂夹g(shù)的方向上要著重考慮電力對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)不可再生能源的影響。2、我國電力發(fā)展?fàn)顩r2024/11/83、火力發(fā)電系統(tǒng)分類一、按蒸汽壓力和溫度分中低壓發(fā)電系統(tǒng)（3.92MPa，450度）高壓發(fā)電系統(tǒng)（9.9MPa，540度）超高壓發(fā)電系統(tǒng)（13.83MPa，540度）亞臨界壓力發(fā)電系統(tǒng)（16.77MPa，540度）超臨界壓力發(fā)電系統(tǒng)（22.11MPa，550度）二、按發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量分小容量發(fā)電系統(tǒng)（100MW以下）中容量發(fā)電系統(tǒng)（100~250MW）大中容量發(fā)電系統(tǒng)（250~1000MW）大容量發(fā)電系統(tǒng)（1000MW以上）2024/11/83、火力發(fā)電系統(tǒng)分類三、按燃料分

燃煤發(fā)電系統(tǒng)，燃油發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，余熱發(fā)電系統(tǒng)，以垃圾及工業(yè)廢料為燃料的發(fā)電系統(tǒng)；四、按原動(dòng)機(jī)分

凝氣式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，蒸汽—燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)等；五、按輸出能源分

凝汽式發(fā)電系統(tǒng)（只發(fā)電），熱電系統(tǒng)（發(fā)電兼供熱）；六、按服務(wù)規(guī)模分區(qū)域性火電系統(tǒng)：裝機(jī)容量較大，一般建造在燃料基地如大型煤礦附近。這類電廠又稱為坑口電廠，其電能通過長距離的輸電線路供給用戶地方性火電系統(tǒng)：多建造在負(fù)荷中心，需經(jīng)長距離運(yùn)進(jìn)燃料，它生產(chǎn)的電能供給比較集中的用戶2024/11/84、火力發(fā)電系統(tǒng)組成現(xiàn)代化的火電廠是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的生產(chǎn)電能與熱能的工廠。它由下列5個(gè)系統(tǒng)組成。燃料系統(tǒng)：完成燃料輸送、儲(chǔ)存、制備的系統(tǒng)。燃煤電廠具有卸煤設(shè)施、煤場、上煤設(shè)施、煤倉、給煤機(jī)、磨煤機(jī)等設(shè)備；燃油電廠備有油罐、加熱器、油泵、輸油管道等設(shè)備。燃燒系統(tǒng)：完成燃料燃燒過程，使燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能的系統(tǒng)。主要有燃燒器、爐膛、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、除塵器、除灰設(shè)備等。2024/11/84、火力發(fā)電系統(tǒng)組成汽水系統(tǒng)：完成蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的系統(tǒng)。主要有鍋爐的汽水部分、汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備，如凝汽器、除氧器、回水加熱器、給水泵、循環(huán)水泵、冷卻設(shè)備等。

電氣系統(tǒng)：完成機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)。主要有發(fā)電機(jī)、主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線等。控制系統(tǒng)：完成生產(chǎn)過程中的參數(shù)測量及自動(dòng)化監(jiān)控操作的系統(tǒng)。2024/11/85、火力發(fā)電廠基本過程2024/11/8

基本生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。5、火力發(fā)電廠基本過程550℃過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)20℃高溫高壓蒸汽2024/11/8

首先由鍋爐將燃料燃燒釋放的化學(xué)能通過受熱面使給水加熱、蒸發(fā)、過熱，轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?；再由汽輪機(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的機(jī)械能，然后由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)樵丛床粩嗟南蛲饨巛斔偷碾娔堋?/p>

5、火力發(fā)電廠基本過程火力發(fā)電廠生產(chǎn)的電能需要經(jīng)過多次能量轉(zhuǎn)換過程？燃料化學(xué)能煙氣的熱能工質(zhì)的熱能汽輪發(fā)電機(jī)組的機(jī)械能電能燃燒（鍋爐）傳熱（鍋爐）轉(zhuǎn)換（汽機(jī)）轉(zhuǎn)換(發(fā)電機(jī))煤汽輪機(jī)鍋爐給水泵冷凝器發(fā)電機(jī)化學(xué)能熱能機(jī)械能電能鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)2024/11/8汽輪機(jī)水泵冷凝器鍋爐鍋爐:燃料燃燒產(chǎn)生熱量，將水變成蒸汽(吸熱過程)汽輪機(jī):將蒸汽攜帶的熱能→動(dòng)能→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能(對(duì)外作功過程)冷凝器:將作功后的低溫低壓蒸汽凝結(jié)成水(對(duì)外放熱過程)水泵:提高水的壓力,將水送入鍋爐(消耗外功)工質(zhì):水和水蒸汽5、火力發(fā)電廠基本過程2024/11/8火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖1-鍋爐；2-汽輪機(jī)；3-發(fā)電機(jī)；4-凝汽器；5-凝結(jié)水泵；6-低壓加熱器；7-除氧器；8-給水泵；9-高壓加熱器；10-汽輪機(jī)抽氣管道；11-循環(huán)水泵5、火力發(fā)電廠基本過程2024/11/8燃煤電廠的Flash動(dòng)畫2024/11/8鍋爐工作原理動(dòng)畫鍋爐工作原理(動(dòng)畫)1-原煤斗;2-給煤機(jī);3-磨煤機(jī);4-汽包;5-高溫過熱器;6-屏式過熱器;7-下降管;8-爐膛水冷壁;9-燃燒器;10-下聯(lián)箱;11-低溫過熱器;12-再熱器;13-再熱蒸汽出口;14-再熱蒸汽入口;15-省煤器;16-給水;17-空氣預(yù)熱器18-排粉風(fēng)機(jī);19-排渣裝置;20-送風(fēng)機(jī);21-除塵器;22-引風(fēng)機(jī);23-煙囪2024/11/84×1000MW華能玉環(huán)電廠2024/11/84×600MW＋2×1000MW

山東鄒縣電廠2024/11/8二、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本工作原理2024/11/8第十章

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

第二節(jié)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成一、集熱子系統(tǒng)二、熱傳輸子系統(tǒng)三、蓄熱與熱交換子系統(tǒng)四、發(fā)電子系統(tǒng)Solarthermalpowersystem2024/11/8太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成2024/11/8一、集熱子系統(tǒng)1.為什么需要集熱呢？

太陽輻射能流密度低，在利用太陽能時(shí)，為了獲得足夠的能量或者為了提高溫度，必須采用一定的技術(shù)和裝置（集熱器），對(duì)太陽能進(jìn)行采集。

2.什么是集熱子系統(tǒng)集熱子系統(tǒng)是吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)換為熱能的裝置，主要包括聚光裝置、接收器、跟蹤機(jī)構(gòu)等部件。不同功率和不同工作溫度的集熱系統(tǒng)有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)集熱包含兩個(gè)過程：（a）吸收太陽能（b）傳遞熱量2024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類太陽能集熱器非聚光類聚光類照射到采光面的太陽輻射不改變方向也不集中射到吸熱體上的太陽集熱器通常有特殊的鏡發(fā)射器或折射器能將陽光會(huì)聚在面積較小的吸熱面上，以提高吸熱器上的能流密度，從而獲得較高集熱溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤系統(tǒng)。主要應(yīng)用于太陽能熱動(dòng)力發(fā)電2024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類（1）平板集熱器

平板集熱器是太陽能低溫?zé)崂玫幕静考?，是非聚光類集熱器中最簡單且?yīng)用最廣的集熱器。與聚光型集熱器相比具有下列特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，不需要跟蹤；工作可靠，成本較低；可同時(shí)接受直射輻射和散射輻射；熱流密度較低，工質(zhì)溫度較低，運(yùn)行安全2024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類（1）平板集熱器

平板型太陽集熱器的應(yīng)用范圍：為生活及服務(wù)業(yè)提供熱水；用于采暖空調(diào)及制冷；為地下工程除濕、加溫；提供工業(yè)用熱水，如食品加工業(yè)、制革、印染等用熱水；為各種養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)提供低溫?zé)崴?024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類（2）聚光集熱器

你能想象到的聚光方式有哪些？常見聚光集熱器：線聚焦集熱器點(diǎn)聚焦集熱器菲涅爾透鏡塔式聚光集熱裝置2024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類（a）線聚焦集熱器2024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類（b）點(diǎn)聚焦集熱器2024/11/83.集熱子系統(tǒng)的分類（c）菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓。它被廣泛地應(yīng)用在投影顯示、聚光聚能、航空航海、科技研究、紅外探測、照明光學(xué)等領(lǐng)域上

2024/11/8（d）塔式聚光集熱器

3.集熱子系統(tǒng)的分類2024/11/8各種不同類型集熱子系統(tǒng)的性能比較2024/11/8二、熱傳輸子系統(tǒng)

將集熱器收集起來的熱能傳輸送給蓄熱子系統(tǒng)2024/11/8二、熱傳輸子系統(tǒng)2024/11/8二、熱傳輸子系統(tǒng)2024/11/8二、熱傳輸子系統(tǒng)

對(duì)于熱傳輸子系統(tǒng)的基本要求是：(1)輸熱管道的熱損耗??；

(2)輸送傳熱介質(zhì)的泵功率??；

(3)熱量輸送的成本低。2024/11/8三、蓄熱與熱交換子系統(tǒng)2024/11/8三、蓄熱與熱交換子系統(tǒng)1.為什么對(duì)采集到的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)呢？（1）由于地面上的太陽能受季節(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，為保證太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定地發(fā)電，需設(shè)置蓄熱裝置。（2）適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度2024/11/82024/11/8（1）低溫蓄熱以平板式集熱器收集太陽熱和以低沸點(diǎn)工質(zhì)作為動(dòng)力工質(zhì)的小型低溫太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，一般用水蓄熱，也可用水化鹽等。（2）中溫蓄熱指100～500℃的蓄熱，但通常指300℃左右的蓄熱。這種蓄熱裝置常用于小功率太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),適宜于中溫蓄熱的材料有高壓熱水、有機(jī)流體和載熱流體。（3）高溫蓄熱指500℃以上的高溫蓄熱裝置。其蓄熱材料主要有鈉和熔化鹽等。（4）極高溫蓄熱指1000℃左右的蓄熱裝置。常用鋁或氧化鋯耐火球等做蓄熱材料。2.蓄熱和熱交換系統(tǒng)的類型2024/11/8四、發(fā)電子系統(tǒng)類似常規(guī)火電機(jī)組2024/11/8燃煤電廠的Flash動(dòng)畫2024/11/8第十章

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

第三節(jié)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本類型一、槽式線聚焦系統(tǒng)二、塔式系統(tǒng)三、碟式系統(tǒng)2024/11/8太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本類型槽式電站塔式電站碟式電站2024/11/8拋物面槽式

塔式碟式斯特林2024/11/8拋物柱面槽式反射器將陽光聚焦到管狀的接收器上，將管內(nèi)的傳熱工質(zhì)加熱，產(chǎn)生高溫水蒸氣，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電槽式太陽能熱電系統(tǒng)原理圖一、槽式線聚焦系統(tǒng)2024/11/82024/11/8槽式電站槽式電站把聚焦器分散布置，使載熱介質(zhì)在單個(gè)分散的太陽能聚焦集熱器中加熱成蒸汽，再匯集至汽輪機(jī)。如采用雙回路系統(tǒng)，則加熱后的載熱介質(zhì)不直接送到汽輪機(jī)，而是集中在一個(gè)熱交換器內(nèi)，然后把熱量傳遞給汽輪機(jī)回路中的工質(zhì)。

2024/11/8槽式聚光器Parabolictroughconcentrator2024/11/8槽式電站集熱器示意圖One-axistrackingparabolictroughwithaxisorientedeast-west2024/11/8CollectorsinsouthernCA2024/11/82024/11/8槽式太陽能熱發(fā)電流程2024/11/8拋物面槽式2024/11/8拋物面槽式真空集熱管球形連接器支架反射鏡2024/11/8槽式太陽能熱電廠產(chǎn)能64兆瓦，可為14000個(gè)家庭提供足夠的電能。由西班牙阿希奧納集團(tuán)負(fù)責(zé)建造，占地面積250英畝，擁有18.2萬塊凹面鏡。

“內(nèi)華達(dá)太陽能一號(hào)”槽式太陽能熱電廠，位于美國內(nèi)華達(dá)州柏德市。2024/11/8槽式太陽能熱電廠加利福尼亞州KramerJunctionSEGSIII太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目2024/11/8塔式太陽能熱發(fā)電利用一組獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫，進(jìn)而產(chǎn)生水蒸氣或高溫氣體，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電塔式太陽能熱電系統(tǒng)原理二、塔式系統(tǒng)2024/11/82024/11/8100m2定日鏡heliostat2024/11/82024/11/8Currentheliostatprices$125to$159m-2

2024/11/8塔式系統(tǒng)2024/11/8塔式電站PowerTowers

塔式電站用一個(gè)中心吸收器取代火力發(fā)電站的鍋爐。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽光把其中的介質(zhì)(如水)加熱，并產(chǎn)生溫度和壓力都相當(dāng)高的蒸汽。蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式電站的聚光倍數(shù)高(1000～3000)，其介質(zhì)工作溫度通常大于350℃，因此通常被稱為高溫太陽能熱發(fā)電。2024/11/8塔式電站PowerTowers

優(yōu)點(diǎn)：聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度；能量集中過程由反射光一次完成，方法簡捷有效；吸收器散熱器面積相對(duì)較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。

缺點(diǎn)：塔式電站建設(shè)費(fèi)用高，其中反射鏡的費(fèi)用占50%以上。太陽能塔式電站的總體效率可以達(dá)到20%。2024/11/8目前世界上較大的太陽能塔式電站功率已達(dá)到104kW，太陽能輻射通過多個(gè)反射鏡聚集到放置在高塔頂?shù)闹行奈掌魃?。?jì)算機(jī)控制每塊反射鏡都能獨(dú)立的根據(jù)太陽的位置來調(diào)整各自的方位和傾角，這保障了每塊反射鏡都能隨時(shí)把太陽能反射到吸收器上，但這無疑增加了成本。塔式電站的致命缺點(diǎn)是太陽能電站規(guī)模越大，反射鏡陣列的占的面積越大，吸收塔的高度也要提升。例如，一個(gè)計(jì)劃中的1MW的塔式電站，要用2.93萬塊反射鏡，單鏡面積為30m2。這些反射鏡布置在3km2的場地上，塔的高度為305m。

2024/11/8塔式系統(tǒng)2024/11/8塔式系統(tǒng)2024/11/8PowertowerinBarstow,California

2024/11/8PowertowerinBarstow,California

2024/11/8塔式太陽能熱電廠2009年4月，西班牙在安達(dá)盧西亞（Andalucian）沙漠中建成當(dāng)時(shí)全球最大太陽能電站2024/11/8碟式系統(tǒng)由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，通過加熱接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電。碟式太陽能熱電系統(tǒng)原理三、碟式系統(tǒng)20