塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡課件

塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡GOF0602006劉明塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡GOF0602006劉明1當(dāng)今的能源與環(huán)境形勢與傳統(tǒng)發(fā)電的比較太陽能熱發(fā)電簡介塔式太陽能熱發(fā)電中的定日鏡存在問題實例大綱當(dāng)今的能源與環(huán)境形勢大綱2能源形勢我國能源生產(chǎn)近年來快速增長，2005年一次能源生產(chǎn)總量達１８．６４億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長１５．２％。其中，發(fā)電量達２１８７０億千瓦時，增長１４．５％；煤炭生產(chǎn)超速增長，產(chǎn)量達１９．５６億噸，漲幅１７．３％；原油產(chǎn)量增長２．９％。但電力供應(yīng)仍有較大缺口，煤炭供不應(yīng)求，天然氣供應(yīng)仍將出現(xiàn)季節(jié)性短缺。對于我國能源的短缺有兩種辦法。一是尋找資源加大對外進口。二是開發(fā)新能源，尤其是可再生能源。而解決問題的根本方法是第二個。能源形勢我國能源生產(chǎn)近年來快速增長，2005年一次能源生產(chǎn)總3大氣污染程度在加劇，北京成了世界上塵污染最嚴(yán)重的城市之一。水環(huán)境污染也日益突出。環(huán)境污染從城市向農(nóng)村擴展。某些物種滅絕、植被破壞、土地退化，以及全球性的環(huán)境問題正嚴(yán)重地威脅著我國經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境的改善。

據(jù)我國專家偏保守的估計，每年由于環(huán)境污染和生態(tài)破壞所造成的經(jīng)濟損失占我國國民生產(chǎn)總值(GNP)）的9％左右。環(huán)境污染大氣污染程度在加劇，北京成了世界上塵污染最嚴(yán)重的城市之一。水4尋找一條出路可再生能源太陽能熱發(fā)電尋找一條出路可再生能源太陽能熱發(fā)電5塔式太陽能熱發(fā)電的參數(shù)可與高溫、高壓火電站一致，這樣不僅使太陽能電站有較高的熱效率，而且也容易獲得配套設(shè)備。雖然這種電站的建設(shè)費用十分昂貴，美國的ＳｏｌａｒＯｎｅ電站初次投資為１．４２億美元，成本比例為：定日鏡５２％、發(fā)電機組、電氣設(shè)備１８％、蓄熱裝置１０％、接收器５％、塔３％、管道及換熱器８％、其它設(shè)備４％。但隨著制鏡技術(shù)的提高和規(guī)模的增大，定日鏡成本將大幅度降低。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ規(guī)模預(yù)計到２０２０年塔式太陽能熱發(fā)電的成本最終可達到約３０～４０＄ＭＷｈ，即每度電３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ規(guī)模預(yù)計到２０２０年塔式太陽能熱發(fā)電的成本最終可達到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度電５～６美分。與常規(guī)化石能源發(fā)電相比，如果算上環(huán)境污染的成本，那么塔式太陽能熱發(fā)電的前景將更加廣闊。美國能源部主持的研究結(jié)果表明；在大規(guī)模發(fā)電方面，塔式太陽能熱發(fā)電將是所有太陽能發(fā)電技術(shù)中成本最低的一種方式。塔式太陽能熱發(fā)電的參數(shù)可與高溫、高壓火電站一致，這樣不僅使太6

他沒有一般煤炭，石油等礦物燃料產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境，被稱作“干凈能源”．到處都可以得到太陽能，使用方便，安全．成本低廉，可以再生．表3為世界幾座大型太陽熱發(fā)電裝置。

他沒有一般煤炭，石油等礦物燃料產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不7塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡課件8塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡課件95)定日鏡場反射面積大于10000平方米，光場年平均效率不小于75%;國家863計劃先進能源技術(shù)領(lǐng)域“太陽能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范”5)定日鏡場反射面積大于10000平方米，光場年平均效率不小10塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡群塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡群11定日鏡的各組成部件反射鏡鏡架及基座跟蹤傳動機構(gòu)控制系統(tǒng)定日鏡的各組成部件反射鏡12鏡表面形狀由于定日鏡距位于接收塔頂部的太陽能接受器較遠要求：

i.

使陽光經(jīng)定日鏡反射后不致產(chǎn)生過大的散焦把95%以上的反射陽光聚集到集熱器內(nèi)

ii.

克服由于太陽運動而產(chǎn)生的象差－反射鏡鏡表面形狀－反射鏡13陳氏曲面鏡

其表面是高次曲面；采用了聚光與跟蹤的設(shè)計思路；比傳統(tǒng)幾何鏡面（球面或拋物面等）的聚光倍數(shù)大幅提高。缺點為加工技術(shù)和成本較高；大型化難度較大。因此主要用于小型碟式太陽能熱發(fā)電站陳氏曲面鏡14竟面材料

要求：質(zhì)量輕，耐風(fēng)沙，機械強度高張力金屬膜反射鏡和玻璃反射鏡竟面材料15張力金屬膜反射鏡優(yōu)點由于鏡面是用0.2—0.5mm厚的不銹鋼等金屬材料制作而成，可以僅僅通過調(diào)節(jié)定日鏡的內(nèi)部壓力調(diào)整定日鏡的焦點。缺點為反射率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

(圖）玻璃反射鏡優(yōu)點重量輕，抗變形能力強，反射率高，易清潔張力金屬膜反射鏡16濕化學(xué)法或磁控濺射法制備（四層結(jié)構(gòu)的第二表面鏡）玻璃（沉積鏡子的基體）銀層（反射層）銅層（保護金屬銀同時作為過渡層，降低銀和保護漆之間的內(nèi)應(yīng)力）漆層（形成保護膜）要求：很好的平整度；整體鏡面曲線具有很高的精度——加工誤差不超過0.1。圖濕化學(xué)法或磁控濺射法制備（四層結(jié)構(gòu)的第二表面鏡）圖17鏡架及基座

適應(yīng)：風(fēng)沙天氣——機械強度緊急情況——便于轉(zhuǎn)移獨臂支架式（圖）具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、較易密封等優(yōu)點，但其穩(wěn)定性差、為了達到機械強度，防止被大風(fēng)吹倒，必須耗大量鋼材和水泥材料為其建鏡架和鏡座其建造費用相當(dāng)驚人圓形底座式（圖）穩(wěn)定性較好，機械結(jié)構(gòu)強度高，且運行能耗少。但其結(jié)構(gòu)比獨臂支架式復(fù)雜且其底座軌道的密封防沙問題也有待進一步解決鏡架及基座適應(yīng)：18三、跟蹤傳動機構(gòu)l

方位角－仰角跟蹤方式l

自－旋仰角跟蹤方式方位－角仰角跟蹤方式

是指定日鏡運行時采用轉(zhuǎn)動基座(圓形底座式)或基座上部轉(zhuǎn)動機構(gòu)（獨臂支架式）來調(diào)整定日鏡方位變化，同時調(diào)整鏡面仰角的方式。自旋—仰角的方式

是指采鏡面自旋，同時調(diào)整鏡面仰角的方來實現(xiàn)定日的運行跟蹤，這是新的聚光跟蹤理論推倒出的一種新的跟蹤方法，也叫“陳氏跟蹤法”。陳氏跟蹤法比傳統(tǒng)的聚光跟蹤方法能更有效的接收太陽能。三、跟蹤傳動機構(gòu)19傳動方式：齒輪傳動、液壓傳動或兩者結(jié)合的方式由于：平面鏡的微小變化都將造成反射光在較大范圍的明顯偏差要求：消耗功率最小跟蹤精確性好制造成本最低能滿足沙漠環(huán)境要求具有模塊化生產(chǎn)可能性密封符合要求傳動方式：齒輪傳動、液壓傳動或兩者結(jié)合的方式20四、控制系統(tǒng)方式：程序控制傳感器控制程序、傳感器混合控制四、控制系統(tǒng)21控制系統(tǒng)均采用微機作上位機，系統(tǒng)由終端機和上位機兩極組成，終端控制器將采集到的各傳感器數(shù)據(jù)通過串行總線發(fā)到上位機，或執(zhí)行上位機發(fā)來的動作指令，通過電機驅(qū)動聚光器跟蹤太陽，見（圖10上位機）、（圖11單軸太陽傳感器）、（圖12控制器）。

控制系統(tǒng)均采用微機作上位機，系統(tǒng)由終端機和上位機兩極組成，終22（圖10上位機）、（圖11太陽傳感器）、（圖12控制器）（“閉環(huán)”控制方式原理流程圖）（圖10上位機）、（圖11太陽傳感器）、（圖12控制器）（23存在問題成本較高技術(shù)要求較高大規(guī)模生產(chǎn)難度大存在問題成本較高24五、實例南京江寧塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡南京江寧塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡是張耀明院士及其團隊自行開發(fā)的。創(chuàng)造性解決塔式太陽能系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件定日鏡技術(shù)方案不盡合理的難題，有望大幅降低定日鏡價格，實現(xiàn)投資大幅降低，從而加快塔式發(fā)電商業(yè)的步伐。（圖）五、實例南京江寧塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡（圖）25圓形底座式的“玻璃—金屬框架”結(jié)構(gòu)，長4.85m寬4.85m定日鏡反射面積約為20平方米鏡面中心點高2.0米鏡面采用反射率大于等于90%的背面銀鏡，銀鏡背面有玻璃背板起保護作用每面定日鏡由9塊小凹曲面鏡構(gòu)成，整面定日鏡成一定曲度，符合反射光的聚光要求定日鏡采用閉環(huán)式控制方式，每面定日鏡裝有兩個傳感器，一個是調(diào)節(jié)光斑精度的光敏傳感器，另一個是調(diào)大范圍位移的位移傳感器。定日鏡跟蹤定位精度約為2mrad.南京江寧塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡相關(guān)信息圓形底座式的“玻璃—金屬框架”結(jié)構(gòu)，相關(guān)信息26在沙漠上建起農(nóng)場！GO在沙漠上建起農(nóng)場！GO27謝謝！謝謝！28

張力金屬膜定日鏡返

回（圓形底座式）張力金屬膜定日鏡返回（圓形底座式）29下一張下一張30返回西班牙120平方米定日鏡（左）返回西班牙120平方米定日鏡（左）31太陽能農(nóng)場返回太陽能農(nóng)場返回32返回河海大學(xué)和南京玻璃纖維院合作研制40m2的定日鏡返回河海大學(xué)和南33專家認為，明智的能源投資是在光照豐富的沙漠地帶，而不是鈾礦或者石油鉆井。返回專家認為，明智的能源投資是在光照豐富的沙漠地帶，而不是鈾礦或343—6mm玻璃保護起漆30nm銅層70nm銀層返回3—6mm玻璃保護起漆30nm銅層70nm銀層返回35開始是否已到設(shè)定的開始時間是否大于設(shè)定的光照度是否達到限定位置是否已對準(zhǔn)太陽是否已達設(shè)定的延時時間差動放大電路跟蹤是否已達設(shè)定的結(jié)束跟蹤時間復(fù)位待機模擬跟蹤電路控制跟蹤是是否是是是否否否否是否返回開始是否已到設(shè)定的開始時間是否大于設(shè)定的光照度是否達到限定位36塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡GOF0602006劉明塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡GOF0602006劉明37當(dāng)今的能源與環(huán)境形勢與傳統(tǒng)發(fā)電的比較太陽能熱發(fā)電簡介塔式太陽能熱發(fā)電中的定日鏡存在問題實例大綱當(dāng)今的能源與環(huán)境形勢大綱38能源形勢我國能源生產(chǎn)近年來快速增長，2005年一次能源生產(chǎn)總量達１８．６４億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長１５．２％。其中，發(fā)電量達２１８７０億千瓦時，增長１４．５％；煤炭生產(chǎn)超速增長，產(chǎn)量達１９．５６億噸，漲幅１７．３％；原油產(chǎn)量增長２．９％。但電力供應(yīng)仍有較大缺口，煤炭供不應(yīng)求，天然氣供應(yīng)仍將出現(xiàn)季節(jié)性短缺。對于我國能源的短缺有兩種辦法。一是尋找資源加大對外進口。二是開發(fā)新能源，尤其是可再生能源。而解決問題的根本方法是第二個。能源形勢我國能源生產(chǎn)近年來快速增長，2005年一次能源生產(chǎn)總39大氣污染程度在加劇，北京成了世界上塵污染最嚴(yán)重的城市之一。水環(huán)境污染也日益突出。環(huán)境污染從城市向農(nóng)村擴展。某些物種滅絕、植被破壞、土地退化，以及全球性的環(huán)境問題正嚴(yán)重地威脅著我國經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境的改善。

據(jù)我國專家偏保守的估計，每年由于環(huán)境污染和生態(tài)破壞所造成的經(jīng)濟損失占我國國民生產(chǎn)總值(GNP)）的9％左右。環(huán)境污染大氣污染程度在加劇，北京成了世界上塵污染最嚴(yán)重的城市之一。水40尋找一條出路可再生能源太陽能熱發(fā)電尋找一條出路可再生能源太陽能熱發(fā)電41塔式太陽能熱發(fā)電的參數(shù)可與高溫、高壓火電站一致，這樣不僅使太陽能電站有較高的熱效率，而且也容易獲得配套設(shè)備。雖然這種電站的建設(shè)費用十分昂貴，美國的ＳｏｌａｒＯｎｅ電站初次投資為１．４２億美元，成本比例為：定日鏡５２％、發(fā)電機組、電氣設(shè)備１８％、蓄熱裝置１０％、接收器５％、塔３％、管道及換熱器８％、其它設(shè)備４％。但隨著制鏡技術(shù)的提高和規(guī)模的增大，定日鏡成本將大幅度降低。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ規(guī)模預(yù)計到２０２０年塔式太陽能熱發(fā)電的成本最終可達到約３０～４０＄ＭＷｈ，即每度電３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ規(guī)模預(yù)計到２０２０年塔式太陽能熱發(fā)電的成本最終可達到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度電５～６美分。與常規(guī)化石能源發(fā)電相比，如果算上環(huán)境污染的成本，那么塔式太陽能熱發(fā)電的前景將更加廣闊。美國能源部主持的研究結(jié)果表明；在大規(guī)模發(fā)電方面，塔式太陽能熱發(fā)電將是所有太陽能發(fā)電技術(shù)中成本最低的一種方式。塔式太陽能熱發(fā)電的參數(shù)可與高溫、高壓火電站一致，這樣不僅使太42

他沒有一般煤炭，石油等礦物燃料產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境，被稱作“干凈能源”．到處都可以得到太陽能，使用方便，安全．成本低廉，可以再生．表3為世界幾座大型太陽熱發(fā)電裝置。

他沒有一般煤炭，石油等礦物燃料產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不43塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡課件44塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡課件455)定日鏡場反射面積大于10000平方米，光場年平均效率不小于75%;國家863計劃先進能源技術(shù)領(lǐng)域“太陽能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范”5)定日鏡場反射面積大于10000平方米，光場年平均效率不小46塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡群塔式太陽能熱發(fā)電的定日鏡群47定日鏡的各組成部件反射鏡鏡架及基座跟蹤傳動機構(gòu)控制系統(tǒng)定日鏡的各組成部件反射鏡48鏡表面形狀由于定日鏡距位于接收塔頂部的太陽能接受器較遠要求：

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使陽光經(jīng)定日鏡反射后不致產(chǎn)生過大的散焦把95%以上的反射陽光聚集到集熱器內(nèi)

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克服由于太陽運動而產(chǎn)生的象差－反射鏡鏡表面形狀－反射鏡49陳氏曲面鏡

其表面是高次曲面；采用了聚光與跟蹤的設(shè)計思路；比傳統(tǒng)幾何鏡面（球面或拋物面等）的聚光倍數(shù)大幅提高。缺點為加工技術(shù)和成本較高；大型化難度較大。因此主要用于小型碟式太陽能熱發(fā)電站陳氏曲面鏡50竟面材料

要求：質(zhì)量輕，耐風(fēng)沙，機械強度高張力金屬膜反射鏡和玻璃反射鏡竟面材料51張力金屬膜反射鏡優(yōu)點由于鏡面是用0.2—0.5mm厚的不銹鋼等金屬材料制作而成，可以僅僅通過調(diào)節(jié)定日鏡的內(nèi)部壓力調(diào)整定日鏡的焦點。缺點為反射率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

(圖）玻璃反射鏡優(yōu)點重量輕，抗變形能力強，反射率高，易清潔張力金屬膜反射鏡52濕化學(xué)法或磁控濺射法制備（四層結(jié)構(gòu)的第二表面鏡）玻璃（沉積鏡子的基體）銀層（反射層）銅層（保護金屬銀同時作為過渡層，降低銀和保護漆之間的內(nèi)應(yīng)力）漆層（形成保護膜）要求：很好的平整度；整體鏡面曲線具有很高的精度——加工誤差不超過0.1。圖濕化學(xué)法或磁控濺射法制備（四層結(jié)構(gòu)的第二表面鏡）圖53鏡架及基座

適應(yīng)：風(fēng)沙天氣——機械強度緊急情況——便于轉(zhuǎn)移獨臂支架式（圖）具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、較易密封等優(yōu)點，但其穩(wěn)定性差、為了達到機械強度，防止被大風(fēng)吹倒，必須耗大量鋼材和水泥材料為其建鏡架和鏡座其建造費用相當(dāng)驚人圓形底座式（圖）穩(wěn)定性較好，機械結(jié)構(gòu)強度高，且運行能耗少。但其結(jié)構(gòu)比獨臂支架式復(fù)雜且其底座軌道的密封防沙問題也有待進一步解決鏡架及基座適應(yīng)：54三、跟蹤傳動機構(gòu)l

方位角－仰角跟蹤方式l

自－旋仰角跟蹤方式方位－角仰角跟蹤方式

是指定日鏡運行時采用轉(zhuǎn)動基座(圓形底座式)或基座上部轉(zhuǎn)動機構(gòu)（獨臂支架式）來調(diào)整定日鏡方位變化，同時調(diào)整鏡面仰角的方式。自旋—仰角的方式

是指采鏡面自旋，同時調(diào)整鏡面仰角的方來實現(xiàn)定日的運行跟蹤，這是新的聚光跟蹤理論推倒出的一種新的跟蹤方法，也叫“陳氏跟蹤法”。陳氏跟蹤法比傳統(tǒng)的聚光跟蹤方法能更有效的接收太陽能。三、跟蹤傳動機構(gòu)55傳動方式：齒輪傳動、液壓傳動或兩者結(jié)合的方式由于：平面鏡的微小變化都將造成反射光在較大范圍的明顯偏差要求：消耗功率最小跟蹤精確性好制造成本最低能滿足沙漠環(huán)境要求具有模塊化生產(chǎn)可能性密封符合要求傳動方式：齒輪傳動、液壓傳動或兩者結(jié)合的方式56四、控制系統(tǒng)方式：程序控制傳感器控制程序、傳感器混合控制四、控制系統(tǒng)57控制系統(tǒng)均采用微機作上位機，系統(tǒng)由終端機和上位機兩極組成，終端控制器將采集到的各傳感器數(shù)據(jù)通過串行總線發(fā)到上位機，或執(zhí)行上位機發(fā)來的動作指令，通過電機驅(qū)動聚光器跟蹤太陽，見（圖10上位機）、（圖11單軸太陽傳感器）、（圖12控制器）。

控制系統(tǒng)均采用微機作上位機，系統(tǒng)由終端機和上位機兩極組成，終58（圖10上位機）、（圖11太陽傳感器）、（圖12控制器）（“閉環(huán)”控制方式原理流程圖）（圖10上位機）、（圖11太陽傳感器）、（圖12控制器）（59存在問題成本較高技術(shù)要求較高大規(guī)模生產(chǎn)難度大存在問題成本較高60五、實例南京江寧塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡南京江寧塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡是張耀明院士及其團隊自行開發(fā)的。創(chuàng)造性解決塔式太陽能系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件定日鏡技術(shù)方案不盡合理的難題，有望大幅降低定日鏡價格，實現(xiàn)投資大幅降低，從而加快塔式發(fā)電商業(yè)的步伐。（圖）五、實例南京