第九講太陽(yáng)能熱發(fā)電20161119

太陽(yáng)能熱發(fā)電概述目前太陽(yáng)能發(fā)電的兩種基本方式：

太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)太陽(yáng)能光發(fā)電太陽(yáng)能熱能發(fā)電太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電

太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電

利用聚光太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái)，加熱水或通過(guò)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。概述

太陽(yáng)能熱能發(fā)電

先把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再把熱能直接轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電裝置本體無(wú)活動(dòng)部件，但它們目前的發(fā)電功率均很小，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。概述

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。通常所說(shuō)的火力發(fā)電，主要是指汽輪機(jī)發(fā)電，也就是利用燃料在鍋爐中燃燒得到的熱能將水加熱成為蒸汽，蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電?；鹆Πl(fā)電系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備和許多附屬設(shè)備組成。

火力發(fā)電系統(tǒng)工作原理蒸汽做功火力發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程煤炭、石油和天然氣等燃料包含的化學(xué)能在燃燒即氧化反應(yīng)過(guò)程中以熱量的形式釋放出來(lái)，熱量加熱鍋爐中的水和蒸汽，成為蒸汽所包含的熱能．

高溫高壓的過(guò)熱蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹做功，轉(zhuǎn)化為高速氣流，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能．（過(guò)熱蒸汽才有高速氣流效果）

最后，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，輸出電能。這就是火力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。有效利用熱能是提高火電廠熱效率的關(guān)鍵

利用太陽(yáng)能進(jìn)行熱發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，首先是將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換為熱能，然后是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，最后是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。整個(gè)系統(tǒng)的效率也將由這3部分的效率所組成。

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本工作原理太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成集熱子系統(tǒng)吸收太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。主要包括聚光裝置、接收器和跟蹤機(jī)構(gòu)等部件。100℃以下的小功率裝置，多為平板式集熱器。對(duì)于在高溫條件下工作的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須采用聚光集熱裝置來(lái)提高集熱溫度，從而提高系統(tǒng)效率。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成聚光集熱器主要有以下幾種類型:(1)復(fù)合拋物面反射鏡聚焦集熱器，需季節(jié)性調(diào)整其傾角。

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成(2)線聚焦集熱器，常采用單軸跟蹤的拋物柱面反射鏡聚光。(3)固定的多條槽型反射鏡聚焦集熱裝置和固定的半球面反射鏡線聚焦集熱裝置，其吸熱管都需跟蹤活動(dòng)。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成(4)點(diǎn)聚焦方式，它提供了最大可能的聚光度，并且成像清晰，但需配備全跟蹤機(jī)構(gòu)。

(5)菲涅爾透鏡，常用硬質(zhì)或軟質(zhì)透明塑料模壓而成，可做成長(zhǎng)的線聚焦裝置或圓的點(diǎn)聚焦裝置，要相應(yīng)配置單軸跟蹤機(jī)構(gòu)或全跟蹤機(jī)構(gòu)。(6)塔式聚光集熱裝置，它是大功率集中式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要聚光集熱器的結(jié)構(gòu)方式。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成

構(gòu)成聚光裝置反射面的主要材料是反射鏡面，如把鋁或銀蒸鍍?cè)诓Ａ?，或者蒸鍍?cè)诰鬯姆蚁┘熬埘渲饶て?。?duì)于玻璃反射鏡，可蒸鍍?cè)阽R子的正面或反面。鍍?cè)谡?，反射率高，沒(méi)有光透過(guò)玻璃的損失，但不易保護(hù)，壽命較短。鍍?cè)诜疵?，盡管由于陽(yáng)光必須透過(guò)玻璃會(huì)引起一些損失，但鍍層易保護(hù)，使用壽命較長(zhǎng)，因而目前應(yīng)用較多。

接收器的主要構(gòu)成部件是吸收體。其形狀有平面狀、點(diǎn)狀、線狀，也有空腔結(jié)構(gòu)。在吸收體表面往往覆蓋選擇性吸收面，它們對(duì)太陽(yáng)光的吸收率e很高，而在吸收體表射率越小，接收器所能達(dá)到的溫度越高。

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)。實(shí)現(xiàn)跟蹤的方法，有程序控制式和傳感器式。程序控制式，是預(yù)先用計(jì)算機(jī)計(jì)算并存儲(chǔ)設(shè)置地點(diǎn)的太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律，然后依據(jù)程序以預(yù)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，使其跟蹤太陽(yáng)。傳感器式，是用傳感器測(cè)出太陽(yáng)入射光的方向，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的方向，以消除太陽(yáng)方向同反射鏡光軸間的偏差。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。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成為減少輸熱管道的熱損失，目前主要有兩種做法：一種是在輸熱管外面包上陶瓷纖維、聚氨基甲酸酯海綿等導(dǎo)熱系數(shù)很低的絕熱材料；另一種是利用熱管輸熱。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，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。

太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成

(1)低溫蓄熱以平板式集熱器收集太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。(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。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。這些發(fā)電裝置，可根據(jù)集熱后經(jīng)過(guò)蓄熱與熱交換系統(tǒng)供汽輪機(jī)入口熱能的溫度等級(jí)及熱量等情況選擇。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成

低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)是一種使用低沸點(diǎn)工質(zhì)的朗肯循環(huán)熱機(jī)，一般把它的熱溫度設(shè)計(jì)150℃。過(guò)去常用氟里昂做工質(zhì)，現(xiàn)在多用丁烷和氨等。

來(lái)自蓄熱與熱交換系統(tǒng)的熱能送入氣體發(fā)生器，使加壓的液體工質(zhì)蒸發(fā)，然后被引至汽輪機(jī)膨脹做功。壓力下降后的低壓氣體經(jīng)冷凝器冷卻并液化，再由泵將加壓的工質(zhì)送回氣體發(fā)生器。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要類型A塔式發(fā)電系統(tǒng);B槽式發(fā)電系統(tǒng);C蝶式發(fā)電系統(tǒng);槽式線聚焦太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目SEGSⅠSEGSⅡSEGSⅢSEGSⅣSEGSⅤSEGSⅥSEGSⅦSEGSⅧSEGSⅨ地址（均在加州）DaggettDaggettKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionHarperLakeHarperLake投運(yùn)年份198519861987198719881989198919901991額定電功率/MW13.83030303030308080集熱器面積萬(wàn)㎡8.29618.89923.0323.0325.0518.819.42846.43448.396介質(zhì)入口溫度/℃240231248248248293293293293介質(zhì)出口溫度/℃307316349349349391391391391蒸汽參數(shù)℃/bar太陽(yáng)能327/43327/43327/43371/100371/100371/100371/100天然氣417/37510/105510/105510/105510/105510/105510/105371/100371/100透平循環(huán)效率/%太陽(yáng)能31.529.430.630.630.637.537.537.637.6天然氣37.337.437.437.439.539.537.637.6汽輪機(jī)循環(huán)方式無(wú)再熱無(wú)再熱無(wú)再熱無(wú)再熱無(wú)再熱再熱再熱再熱再熱鏡場(chǎng)光學(xué)效率/%717173737376768080從太陽(yáng)能到電能的年平均轉(zhuǎn)換效率/11.511.511.513.613.613.6年發(fā)電量/MkW30.180.592.7892.7891.8290.8592.65252.75256.13包括天然氣過(guò)熱；②1986年建成時(shí)為233120㎡；③按太陽(yáng)能總輻射能量計(jì)。美國(guó)9座槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)與運(yùn)行性能（LUZ公司）

槽式熱電站實(shí)例吐魯番槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電項(xiàng)目是國(guó)電新疆公司在疆投資建設(shè)的第一個(gè)太陽(yáng)能聚熱發(fā)電項(xiàng)目，該項(xiàng)目計(jì)劃按照中試裝置-示范電站-規(guī)模開發(fā)的技術(shù)研究路線實(shí)施開發(fā)，先期進(jìn)行180千瓦中試裝置的建設(shè)，于2009年8月開工建設(shè)，用時(shí)1年零8個(gè)月，總投資1500萬(wàn)元，其中集熱器24臺(tái)，總集熱面積1728㎡。

塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理美國(guó)加州的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站北京八達(dá)嶺塔式太陽(yáng)能發(fā)電站(2010年并網(wǎng)，年發(fā)電量可達(dá)270萬(wàn)kWh)

國(guó)家或機(jī)構(gòu)歐共體（長(zhǎng)期）（法、意、德）國(guó)際能源機(jī)構(gòu)10國(guó)（長(zhǎng)期）日本（停）美國(guó)法國(guó)（停）西班牙（長(zhǎng)期）前蘇聯(lián)站名EURELICSSSPS-CRS仁尾SOLARONETHEMISCESA-1CSC-5額定電功率/MW10.51102.515站址意大利西西里島西班牙南部阿爾梅里亞香川縣仁尾町加州巴斯托法國(guó)南部比利牛斯山中西班牙南部阿爾梅里亞克里米亞黑海海濱年日照時(shí)數(shù)/h3000300022003500240030002320設(shè)計(jì)最大輻照度/(KW/㎡)春分正午時(shí)1.0春分正午時(shí)0.92夏至午后時(shí)0.75冬至午后時(shí)0.9春分正午時(shí)1.04春分正午時(shí)0.92夏至午后2時(shí)0.9定日鏡面積和臺(tái)數(shù)52㎡×70臺(tái)23㎡×112臺(tái)29.3㎡×93臺(tái)16㎡×807臺(tái)39.9㎡×1818臺(tái)53.7㎡×200臺(tái)36～40㎡×300臺(tái)25㎡×1600臺(tái)反射鏡總面積/㎡621636551291272540107401140040000聚光集熱方式集中型空腔受光集中型空腔受光集中型空腔受光集中型外部受光集中型空腔受光集中型空腔受光集中型外部受光集熱介質(zhì)水-蒸汽鈉水-蒸汽水-蒸汽混合鹽（HITEC）水-蒸汽水-蒸汽蓄熱介質(zhì)混合鹽（HITEC）鈉壓力水石+油（HT-43）混合鹽（HITEC）混合鹽（HITEC）壓力水蓄熱容量/h0.5237MW×43.33渦輪蒸汽條件/(℃/bar)510/65500/10187.1/12510/101430/40520/98250/40投運(yùn)時(shí)間1981年4月1981年8月1981年8月1982年4月1983年6月1983年6月1985年9月建設(shè)費(fèi)用/(10-6)美元2517.121.914023.618每千瓦投資/(10-4)美元2.503.422.191.400.9441.8世界上已建成的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

蝶式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)1.工作原理蝶式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)2.典型實(shí)例太陽(yáng)能熱電（CSP）三種方式：碟式效率最高發(fā)電方式塔式槽式碟式規(guī)模10～20MW30～320MW5～25kW運(yùn)行溫度/℃500～1000260～400500～1500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)600～10008～80200～3000光熱轉(zhuǎn)換效率/%607085年凈效率/%7～2011～1612～25發(fā)展?fàn)顟B(tài)提供高溫過(guò)程熱，聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)示范階段提供中溫過(guò)程熱，聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行，到達(dá)商業(yè)化階段。提供高溫過(guò)程熱，分