第九講太陽能熱發(fā)電20161119

第九講太陽能熱發(fā)電20161119第一頁，共48頁。概述目前太陽能發(fā)電的兩種基本方式：

太陽能熱發(fā)電技術(shù)太陽能光發(fā)電太陽能熱能發(fā)電太陽能熱動力發(fā)電第二頁，共48頁。

太陽能熱動力發(fā)電

利用聚光太陽能集熱器將太陽輻射能收集起來，加熱水或通過其他傳熱介質(zhì)加熱水，使之產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動熱力發(fā)動機，再帶動發(fā)電機進行發(fā)電。概述第三頁，共48頁。

太陽能熱能發(fā)電

先把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再把熱能直接轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電裝置本體無活動部件，但它們目前的發(fā)電功率均很小，有的仍處于原理性試驗階段，尚未進入商業(yè)化應(yīng)用。概述第四頁，共48頁。

太陽能熱發(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。第五頁，共48頁。通常所說的火力發(fā)電，主要是指汽輪機發(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，蒸汽沖動汽輪機，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)出電。火力發(fā)電系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等主要設(shè)備和許多附屬設(shè)備組成?；鹆Πl(fā)電系統(tǒng)工作原理第六頁，共48頁。蒸汽做功第七頁，共48頁?；鹆Πl(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過程煤炭、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)過程中以熱量的形式釋放出來，熱量加熱鍋爐中的水和蒸汽，成為蒸汽所包含的熱能．

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

最后，由汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，輸出電能。這就是火力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的整個能量轉(zhuǎn)換過程。第八頁，共48頁。第九頁，共48頁。有效利用熱能是提高火電廠熱效率的關(guān)鍵第十頁，共48頁。

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

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本工作原理第十一頁，共48頁。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第十二頁，共48頁。集熱子系統(tǒng)吸收太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。主要包括聚光裝置、接收器和跟蹤機構(gòu)等部件。100℃以下的小功率裝置，多為平板式集熱器。對于在高溫條件下工作的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)來說，必須采用聚光集熱裝置來提高集熱溫度，從而提高系統(tǒng)效率。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第十三頁，共48頁。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。

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第十四頁，共48頁。(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。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第十五頁，共48頁。(4)點聚焦方式，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，可做成長的線聚焦裝置或圓的點聚焦裝置，要相應(yīng)配置單軸跟蹤機構(gòu)或全跟蹤機構(gòu)。(6)塔式聚光集熱裝置，它是大功率集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要聚光集熱器的結(jié)構(gòu)方式。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第十六頁，共48頁。

構(gòu)成聚光裝置反射面的主要材料是反射鏡面，如把鋁或銀蒸鍍在玻璃上，或者蒸鍍在聚四氟乙烯及聚酯樹脂等膜片上。對于玻璃反射鏡，可蒸鍍在鏡子的正面或反面。鍍在正面，反射率高，沒有光透過玻璃的損失，但不易保護，壽命較短。鍍在反面，盡管由于陽光必須透過玻璃會引起一些損失，但鍍層易保護，使用壽命較長，因而目前應(yīng)用較多。第十七頁，共48頁。

接收器的主要構(gòu)成部件是吸收體。其形狀有平面狀、點狀、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，它們對太陽光的吸收率e很高，而在吸收體表射率越小，接收器所能達到的溫度越高。第十八頁，共48頁。第十九頁，共48頁。

為使聚光器、接收器發(fā)揮最大的效果，反射鏡應(yīng)配置跟蹤太陽的跟蹤機構(gòu)。實現(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)先用計算機計算并存儲設(shè)置地點的太陽運行規(guī)律，然后依據(jù)程序以預(yù)定的速度轉(zhuǎn)動光學(xué)系統(tǒng)，使其跟蹤太陽。傳感器式，是用傳感器測出太陽入射光的方向，通過步進電機等驅(qū)動機構(gòu)調(diào)整反射鏡的方向，以消除太陽方向同反射鏡光軸間的偏差。第二十頁，共48頁。熱傳輸子系統(tǒng)

對于熱傳輸子系統(tǒng)的基本要求是

(1)輸熱管道的熱損耗小；

(2)輸送傳熱介質(zhì)的泵功率小；

(3)熱量輸送的成本低。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第二十一頁，共48頁。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。第二十二頁，共48頁。蓄熱與熱交換子系統(tǒng)

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。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。

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第二十三頁，共48頁。

(1)低溫蓄熱以平板式集熱器收集太陽熱和以低沸點工質(zhì)作為動力工質(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)。第二十四頁，共48頁。(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。第二十五頁，共48頁。發(fā)電子系統(tǒng)由熱力機和發(fā)電機等主要設(shè)備組成，與火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同。應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的動力機有汽輪機、燃氣輪機、低沸點工質(zhì)汽輪機、斯特林發(fā)動機等。這些發(fā)電裝置，可根據(jù)集熱后經(jīng)過蓄熱與熱交換系統(tǒng)供汽輪機入口熱能的溫度等級及熱量等情況選擇。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本組成第二十六頁，共48頁。第二十七頁，共48頁。

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

來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。第二十八頁，共48頁。太陽能熱發(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);第二十九頁，共48頁。槽式線聚焦太陽能發(fā)電系統(tǒng)第三十頁，共48頁。第三十一頁，共48頁。第三十二頁，共48頁。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)第三十三頁，共48頁。項目SEGSⅠSEGSⅡSEGSⅢSEGSⅣSEGSⅤSEGSⅥSEGSⅦSEGSⅧSEGSⅨ地址（均在加州）DaggettDaggettKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionHarperLakeHarperLake投運年份198519861987198719881989198919901991額定電功率/MW13.83030303030308080集熱器面積萬㎡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汽輪機循環(huán)方式無再熱無再熱無再熱無再熱無再熱再熱再熱再熱再熱鏡場光學(xué)效率/%717173737376768080從太陽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包括天然氣過熱；②1986年建成時為233120㎡；③按太陽能總輻射能量計。美國9座槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)與運行性能（LUZ公司）

第三十四頁，共48頁。槽式熱電站實例吐魯番槽式太陽能聚熱發(fā)電項目是國電新疆公司在疆投資建設(shè)的第一個太陽能聚熱發(fā)電項目，該項目計劃按照中試裝置-示范電站-規(guī)模開發(fā)的技術(shù)研究路線實施開發(fā)，先期進行180千瓦中試裝置的建設(shè)，于2009年8月開工建設(shè)，用時1年零8個月，總投資1500萬元，其中集熱器24臺，總集熱面積1728㎡。

第三十五頁，共48頁。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理第三十六頁，共48頁。美國加州的塔式太陽能熱發(fā)電站第三十七頁，共48頁。北京八達嶺塔式太陽能發(fā)電站(2010年并網(wǎng)，年發(fā)電量可達270萬kWh)

第三十八頁，共48頁。第三十九頁，共48頁。國家或機構(gòu)歐共體（長期）（法、意、德）國際能源機構(gòu)10國（長期）日本（停）美國法國（停）西班牙（長期）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數(shù)/h3000300022003500240030002320設(shè)計最大輻照度/(KW/㎡)春分正午時1.0春分正午時0.92夏至午后時0.75冬至午后時0.9春分正午時1.04春分正午時0.92夏至午后2時0.9定日鏡面積和臺數(shù)52㎡×70臺23㎡×112臺29.3㎡×93臺16㎡×807臺39.9㎡×1818臺53.7㎡×200臺36～40㎡×300臺25㎡×1600臺反射鏡總面積/㎡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投運時間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能熱發(fā)電系統(tǒng)

第四十頁，共48頁。蝶式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)1.工作原理第四十一頁，共48頁。蝶式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)第四十二頁，共48頁。第四十三頁，共48頁。第四十四頁，共48頁。2.典型實例第四十五頁，共48頁。太陽能熱電（CSP）三種方