太陽(yáng)能光熱發(fā)電基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)201675

1、太陽(yáng)能光熱發(fā)電（CSP）基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)2022年3月15日星期二目 錄123456光熱發(fā)電概述槽式光熱發(fā)電塔式光熱發(fā)電碟式光熱發(fā)電菲涅爾式光熱發(fā)電總結(jié)討論目前利用太陽(yáng)能發(fā)電的兩種基本方式 太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能光伏發(fā)電太陽(yáng)能熱能發(fā)電太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電概述太陽(yáng)能熱發(fā)電是先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能，它有兩種轉(zhuǎn)化方式：一種是將太陽(yáng)熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。（不是光伏）另一種方式是將太陽(yáng)熱能通過熱機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽(yáng)能。聚光太陽(yáng)能發(fā)電（

2、Concentrating Solar Power，縮寫CSP），準(zhǔn)確表述應(yīng)是“聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電”，俗稱“光熱發(fā)電”，指使用輻射能匯聚裝置，聚焦太陽(yáng)的輻射能，加熱工質(zhì)，通過工質(zhì)輸送熱能做功推動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電方式。概 述太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)與火力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本上相同的。根本區(qū)別在于熱源不同。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)組成典型的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由4部分組成：u集熱子系統(tǒng)u熱傳輸子系統(tǒng)u蓄熱與熱交換子系統(tǒng)u發(fā)電子系統(tǒng) 蓄熱子系統(tǒng)：蓄熱子系統(tǒng)：由于太陽(yáng)能受季節(jié)、晝夜和氣象條件的由于太陽(yáng)能受季節(jié)、晝夜和氣象條件的影響，為保證發(fā)電系統(tǒng)的熱源穩(wěn)定，需設(shè)置蓄熱裝置。影響，為保證發(fā)電系統(tǒng)的熱源穩(wěn)

3、定，需設(shè)置蓄熱裝置。蓄熱蓄熱低溫（低溫（500 ）極高溫極高溫(1000 左右左右)蓄熱材料蓄熱材料水化鹽水化鹽導(dǎo)熱油導(dǎo)熱油熔化鹽熔化鹽氧化鋯耐火球氧化鋯耐火球槽式光熱發(fā)電槽式光熱發(fā)電拋物面槽式拋物面槽式 88 塔式光熱發(fā)電塔式光熱發(fā)電塔式塔式 塔式塔式 塔式電站塔式電站 Power Towers 塔式電站用一個(gè)塔式電站用一個(gè)。吸收器利。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽(yáng)光把其中的介質(zhì)用由許多反射鏡聚集的陽(yáng)光把其中的介質(zhì)( (如水如水) )加熱，并產(chǎn)生溫度加熱，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。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。 塔式電站的塔式電站的聚光倍數(shù)高

4、聚光倍數(shù)高(1000(10003000)3000)，其介質(zhì)工作溫度通常大，其介質(zhì)工作溫度通常大于于350350，因此通常被稱為，因此通常被稱為高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電。 塔式電站的優(yōu)點(diǎn)是聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度；能塔式電站的優(yōu)點(diǎn)是聚光倍數(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(jiǎn)捷有效；吸收器散熱器面積量集中過程由反射光一次完成，方法簡(jiǎn)捷有效；吸收器散熱器面積相對(duì)較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。相對(duì)較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。 但塔式電站但塔式電站建設(shè)費(fèi)用高建設(shè)費(fèi)用高，其中反射鏡的費(fèi)用占，其中反射鏡的費(fèi)用占50%50%以上。太陽(yáng)以上。太陽(yáng)能塔式電站的總體效率可以達(dá)到能塔

5、式電站的總體效率可以達(dá)到20%20%。 目前世界上較大的太陽(yáng)能塔式電站功率已達(dá)到目前世界上較大的太陽(yáng)能塔式電站功率已達(dá)到10MW10MW，太，太陽(yáng)能輻射通過多個(gè)反射鏡聚集到放置在高塔頂?shù)闹行奈掌麝?yáng)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)控制上。計(jì)算機(jī)控制，這保障了每塊反射鏡都能隨時(shí)把太陽(yáng)，這保障了每塊反射鏡都能隨時(shí)把太陽(yáng)能反射到吸收器上，但這無(wú)疑能反射到吸收器上，但這無(wú)疑。 塔式電站的塔式電站的是太陽(yáng)能電站是太陽(yáng)能電站。例如，一個(gè)計(jì)。例如，一個(gè)計(jì)劃中的劃中的1MW1MW的塔式電站，要用的塔式電站，要用2.932.93萬(wàn)塊反射鏡，單鏡面積為萬(wàn)塊反射鏡，單鏡面積為30m30m

6、2 2。這些反射鏡布置在。這些反射鏡布置在3km3km2 2的場(chǎng)地上，塔的高度為的場(chǎng)地上，塔的高度為305m305m。 IVANPAH （美國(guó)）392MW延慶延慶1MW光熱電站集熱塔光熱電站集熱塔延慶延慶1MW光熱電站反射鏡光熱電站反射鏡延慶延慶1MW 光熱電站效果圖光熱電站效果圖碟式光熱發(fā)電碟式光熱發(fā)電碟式斯特林碟式斯特林菲涅爾式光熱發(fā)電菲涅爾式光熱發(fā)電線性菲涅爾式線性菲涅爾式線性菲涅爾式光熱發(fā)電線性菲涅爾式光熱發(fā)電工作原理類似槽式光熱發(fā)電，只是采用菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡來替代拋面鏡。這使得它的成本相對(duì)來說低廉，但效率也相應(yīng)降低。此類系統(tǒng)由于聚光倍數(shù)只有數(shù)十倍，因此加熱的水蒸汽質(zhì)量不高，使整個(gè)系

7、統(tǒng)的年發(fā)電效率僅能達(dá)到10%左右；但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直接使用導(dǎo)熱介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽等特點(diǎn)，其建設(shè)和維護(hù)成本也相對(duì)較低。斯特林發(fā)電機(jī)斯特林發(fā)電機(jī)Schematic of a Stirling systemSchematic of a Dish/Stirling system斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)聚焦到太陽(yáng)能接收器的聚焦到太陽(yáng)能接收器的太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)換為25kW的電力，其峰值轉(zhuǎn)換效的電力，其峰值轉(zhuǎn)換效率約為率約為31.25%。SES公司擁有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換公司擁有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)電力為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)電力31.25 的世界轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄的世界轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄碟式斯特林系統(tǒng)碟式斯特林系統(tǒng)在中國(guó)商業(yè)化推在中國(guó)商業(yè)化推

8、廣的主要瓶頸在廣的主要瓶頸在于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)的開發(fā)聚焦到太陽(yáng)能接收器的太陽(yáng)能，其峰值轉(zhuǎn)換效率為聚焦到太陽(yáng)能接收器的太陽(yáng)能，其峰值轉(zhuǎn)換效率為31.25%。SES公司擁有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)電力公司擁有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)電力31.25%的世界轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。的世界轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。汽輪機(jī)和空冷島汽輪機(jī)和空冷島 塔式電站和碟式拋物鏡集熱器分散布置式電站均為塔式電站和碟式拋物鏡集熱器分散布置式電站均為，聚光倍數(shù)高達(dá)，聚光倍數(shù)高達(dá)500500以上。以上。 但塔式電站的但塔式電站的跟蹤代價(jià)高跟蹤代價(jià)高，碟式電站的，碟式電站的能量集中代價(jià)大能量集中代價(jià)大，二者受到了目前技術(shù)水準(zhǔn)的限制，實(shí)現(xiàn)

9、商業(yè)化尚需時(shí)日。二者受到了目前技術(shù)水準(zhǔn)的限制，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化尚需時(shí)日。 槽式電站是槽式電站是，聚光倍數(shù)小于，聚光倍數(shù)小于100100。但槽式電站跟。但槽式電站跟蹤精度低，導(dǎo)致控制代價(jià)小，同時(shí)采用管狀吸收器，工蹤精度低，導(dǎo)致控制代價(jià)小，同時(shí)采用管狀吸收器，工作介質(zhì)受熱流動(dòng)同時(shí)集中能量。槽式電站的總體代價(jià)相作介質(zhì)受熱流動(dòng)同時(shí)集中能量。槽式電站的總體代價(jià)相對(duì)小，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)提高，所以目前對(duì)小，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)提高，所以目前。塔式、槽式和碟式三種電站技術(shù)比較 光熱發(fā)電技術(shù)比較光熱發(fā)電技術(shù)比較優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)槽式同步跟蹤降低跟蹤控制代價(jià)，成本低；具有商業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。中、高溫過程，可以蓄熱儲(chǔ)能、聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行。

10、管道系統(tǒng)比塔式復(fù)雜得多，熱量及阻力損失大，真空管破損更換增加成本。塔式采用高溫熔融鹽蓄熱儲(chǔ)能，聚光比高，易達(dá)到較高工作溫度；接收器散熱面積相對(duì)較小。技術(shù)復(fù)雜，投資較大，發(fā)電成本高，配套設(shè)備還不成熟。蝶式熱力發(fā)電效率高，單臺(tái)裝置可獨(dú)立運(yùn)行，也可進(jìn)行模塊化組合，自動(dòng)化控制性好，維護(hù)量少；建設(shè)周期短，運(yùn)行成本低。造價(jià)昂貴，商業(yè)化可行性需要證實(shí)。菲涅爾式集熱管固定，連接簡(jiǎn)單，反射鏡為平面鏡，便于制造與清洗，同時(shí)近地安裝，風(fēng)阻??；直接產(chǎn)生蒸汽，參數(shù)高；造價(jià)相對(duì)便宜。投運(yùn)機(jī)組少，效率不夠高，儲(chǔ)能時(shí)間較小。發(fā)電方式塔式槽式碟式規(guī)模10MW20MW30KW320KW5KW25kW運(yùn)行溫度/5001000260

11、4005001500聚光方式平凹面反射鏡拋物面反射鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的拋物面反射鏡跟蹤方式兩軸跟蹤單軸跟蹤兩軸跟蹤聚光倍數(shù)60010008802003000光熱轉(zhuǎn)換效率/%607085年凈效率/%72011161225發(fā)展?fàn)顟B(tài)提供高溫過程熱，可聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行。處于實(shí)驗(yàn)示范階段，最大容量10MW提供中溫過程熱，可聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行。商業(yè)化階段，最大容量80MW。提供高溫過程熱，分散獨(dú)立運(yùn)行。處于實(shí)驗(yàn)示范階段，獨(dú)立系統(tǒng)容量小于50MW。優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)遠(yuǎn)看前景很好，效率高，可以通過開發(fā)定日鏡及其跟蹤方式和蓄熱來降低成本。跟蹤裝置簡(jiǎn)單，投資成本低，有商業(yè)化運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。較高的轉(zhuǎn)化效率，可以獨(dú)立運(yùn)行也可以集成使用，具有高效、模塊

12、化和組成混合發(fā)電系統(tǒng)的能力缺點(diǎn)聚光場(chǎng)與吸熱場(chǎng)優(yōu)化配合問題還需要研究，造價(jià)高，產(chǎn)業(yè)化困難。熱載體的工作溫度低，熱損耗較大，真空管的壽命還沒有得到大規(guī)模的驗(yàn)證，反光鏡更換成本高。造價(jià)昂貴，沒有商業(yè)化的與 碟 式 聚 光 器 配 合 的Stirling機(jī)。太陽(yáng)能聚光熱發(fā)電技術(shù)比較太陽(yáng)能聚光熱發(fā)電技術(shù)比較三種類型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要性能參數(shù)三種類型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要性能參數(shù) 參 數(shù)塔式系統(tǒng)槽式系統(tǒng)碟式系統(tǒng)年容量因子/%峰值效率/%2077232350202524商業(yè)化情況示范階段可商業(yè)化試驗(yàn)樣機(jī)階段技術(shù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)中低高可否儲(chǔ)能可以有限制蓄電池可否組成混合系統(tǒng)可以可以可以成本 美元/ 美元/W 美元/W

13、p4752004.42.52.40.96302754.02.74.01.33100320012.61.312.61.1國(guó)內(nèi)外典型工程案例國(guó)內(nèi)外典型工程案例光熱發(fā)電吸引了各路資本的關(guān)注。業(yè)內(nèi)普遍對(duì)光熱發(fā)電的前景看好，并且興建了大批電站，典型項(xiàng)目如下：美國(guó)Ivanpah電站（392MW）和新月沙丘電站（110MW） 浙大中控德令哈50MW 塔式光熱電站首航節(jié)能敦煌110MW 塔式光熱電站龍騰太陽(yáng)能內(nèi)蒙古烏拉特中旗600米1.6MWth槽式回路蘭州大成200kW槽式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目北京延慶八達(dá)嶺1MW塔式太陽(yáng)能發(fā)電站北京延慶八達(dá)嶺北京延慶八達(dá)嶺1MW塔式太陽(yáng)能發(fā)電站塔式太陽(yáng)能發(fā)電站2012年8月9日

14、下午13:18分，位于北京延慶八達(dá)嶺地區(qū)的我國(guó)首個(gè)光熱發(fā)電示范項(xiàng)目1MW塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目電站首次全面運(yùn)行發(fā)電實(shí)驗(yàn)成功。該項(xiàng)目總投資1.2億元，于2006年啟動(dòng)。這是我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上具有里程碑意義的標(biāo)志性事件。發(fā)電裝機(jī)容量1MW；定日鏡場(chǎng)采光面積10,000平米；吸熱塔高118米；傳熱介質(zhì)為水/蒸汽；儲(chǔ)熱介質(zhì)為飽和蒸汽和導(dǎo)熱油；2.35MPa, 390蒸汽輪機(jī)發(fā)電。2011年7月17日產(chǎn)汽，2012年8月9日發(fā)電。美國(guó)這兩座電站，在光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展上具有重要意義。 Ivanpah電站為全球最大的光熱電站，該電站于2013年12月31日開始首次投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)； Crescent Dune

15、s（新月沙丘）為全球最大的熔鹽塔式電站，該電站于2014年2月12日開始進(jìn)入調(diào)試階段。兩大電站的建成投運(yùn)開啟了塔式光熱發(fā)電技術(shù)的新紀(jì)元。 美國(guó)Ivanpah電站（392MW）和新月沙丘電站（110MW） 浙大中控德令哈50MW 塔式光熱電站中控太陽(yáng)能公司投資建設(shè)，總裝機(jī)容量為50MW，是中國(guó)第一座商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的太陽(yáng)能熱發(fā)電站。項(xiàng)目場(chǎng)址位于青海省海西州德令哈市西出口太陽(yáng)能工業(yè)園區(qū)。 項(xiàng)目一期10MW工程于2013年7月5日成功上網(wǎng)發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。 中控太陽(yáng)能德令哈10MW塔式光熱電站投資數(shù)據(jù)該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資9.96億元，為50兆瓦塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目。一期10兆瓦采用DSG技術(shù)，總投資額2

16、.1億元，包括與50兆瓦裝機(jī)配套的公用設(shè)施建設(shè)。該工程共建設(shè)6個(gè)熱功率為40MW的鏡場(chǎng)和吸熱塔，1套熔融鹽蓄熱系統(tǒng)，1套蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)，1套汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及輔助發(fā)電系統(tǒng)；全場(chǎng)共設(shè)置定日鏡217440面，每個(gè)鏡場(chǎng)設(shè)置36240面，每面鏡子2平米；吸熱塔高度80m。 首航節(jié)能敦煌110MW 塔式光熱電站該項(xiàng)目規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模100MW+1*10MW塔式光熱電站，一期的1*10MW高溫高壓凝氣式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，帶15小時(shí)熔鹽儲(chǔ)熱，總投資4.4億元。 首航節(jié)能中廣核德令哈50MW槽式項(xiàng)目中廣核德令哈50MW槽式光熱電站是中國(guó)首個(gè)開工的大規(guī)模商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目，為亞開行低息貸款項(xiàng)目且面向全球招標(biāo)，此次中標(biāo)后，結(jié)合正在敦煌建設(shè)的110MW塔式熔鹽光熱電站，這將使首航光熱成為中國(guó)唯一一家同時(shí)擁有商業(yè)化塔式和槽式光熱電站EPC能力和業(yè)績(jī)的公司。首航節(jié)能天津1MWt槽式項(xiàng)目該