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1、太阳能光热介绍,甘肃分公司,2011年12月,一、前言,2007年发改委可再生能源中长期发展规划，到2010年底全国建成太阳能热发电总容量将达50MW，到2020年达200MW。 2008年3月，发改委又发布可再生能源十一五规划，提出建设若干个太阳能光伏示范电站和太阳能光热示范电站，到2010年，太阳能发电总容量达到300MW，到2020年达到1800MW。 2009年7月24日，人民日报发表题为五项新能源技术特别值得关注的报告，其中太阳能热发电技术列在首位 。 2010年10月国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定明确提出要“加快太阳能热利用技术推广应用，开拓多元化的太阳能光伏光热发电
2、市场”，首次将光热发电与光伏发电并列。,一、前言,10月25日国家电网公司刘总在集团公司调研时强调，新能源产业重点实施沿海风电开发，同时积极发展光热技术，以技术领先战略制胜。,2011年初，从规划立项起历时7年的首个规模化光热发电项目终于招标；5月发改委发布产业结构调整指导目录(2011年本)，鼓励类新增的新能源门类中，太阳能光热发电位于首位。,二、太阳能热发电技术发展,1950年，原苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电站，建造了一个小型试验装置。 1980年美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站，装机容量10MW 。1996年1月美国在太阳I号的基础改建的太阳II号塔式太阳能热发电投入试验运
3、行。 从19811991年，全世界建造的太阳能热发电站（500kw以上）约有20余座，发电功率最大达80MW。 80年代中期，经过对已建成的太阳能热发电站的总结，认为太阳能热发电技术可行，但投资过大且降低成本比较困难，使各国的太阳能热发电站建设逐渐冷下来。,路兹太阳能热发电国际有限公司从1985年至1991年在美国加州沙漠建成9座槽式太阳能热电站，总装机容量3538MW。,二、太阳能热发电技术发展,在“六五”期间建立了一套功率为lkW的太阳能塔式热发电模拟装置和一套功率为lkW的平板式太阳能低温热发电模拟装置。,2007年6月1日，国内首座70千瓦的太阳能塔式光热发电系统在南京通过鉴定验收。
4、2010年7月1日，亚洲首座塔式太阳能光热发电站在北京延庆动工兴建。 我国首台碟式太阳能聚光发电系统样机，由浙江华仪康迪斯太阳能科技有限公司自主研发。 过去一年多，有不同企业在四川、青海、甘肃、宁夏等多个地区提出了数个太阳能光热发电项目，规模从（兆瓦）到不等，各大电力集团已开始谋划太阳能光热发电项目。,二、太阳能热发电技术发展,三、太阳能热发电系统工作 原理,太阳能热发电技术是利用聚光设备将太阳光聚集后，通过超白玻璃、吸热膜层材料、高温储热材料等转化为足够温度的热能进行储存，然后接入类似火力发电厂的汽轮机系统，产生高温高压蒸气的驱动发电机发电。由于整个发电过程中的热源来自于太阳能，因此称为太阳
5、能热发电系统。,在光照强度高的时间里，其工作模式为通过镜场集热后将一部分热能通过储热系统储存，另一部分热能将转移至发电系统来维持发电。在光照强度不高的时间里，镜场集热系统不进行工作，储热系统通过将储存的热能转移至发电系统来维持发电。,三、太阳能热发电系统工作原理,太阳能热发电系统一般由集热子系统、热传输子系统、蓄热与热交换子系统、发电子系统等组成。,储能系统的存在，光热发电的年发电小时数可接近传统热电的发电小时数。,四、太阳能热发电系统基本类型,1、槽式太阳能热发电系统,在这条焦线上安装管状太阳能集热器，以吸收聚焦后的太阳辐射能，对传热工质加热，在热交换器内产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。
6、其特点是聚光集热器是由许多分散布置的槽形抛物面镜聚光集热器串、并联组成。,聚光镜面从几何上看是将抛物线平移而形成的槽式抛物面，它将太阳光聚焦在一条直线上，形成太阳光焦线。,1、槽式太阳能热发电系统,1、槽式太阳能热发电系统,1、槽式太阳能热发电系统,成像聚光太阳能集热器,聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。 聚光集热器是一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透镜、菲涅耳反射镜三种。 聚光器接受太阳光的投影面称为光孔（或“开口”），聚光器把照射到光孔的辐射汇聚到接受器上
7、，如果聚光器光孔面积为A1，接受器受聚光面积为A2，则有：C=A1/A2， C称为“聚光比”，是聚光集热器的聚光程度的特征参数。,抛物面聚光集热器,由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面。在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见图（a）。把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见图（b）。,1、槽式太阳能热发电系统,太阳能聚光集热器,1、槽式太阳能热发电系统,成像聚光太阳能集热器,旋转抛物面集热器的立体图，由旋转抛物面构成的聚光器与安装在
8、焦点上的点状接收器组成。旋转抛物面聚光集热器的聚光比范围非常高，约500至3000，最高聚热温度500度至3000度。,抛物柱面集热器也叫槽式集热器，由于柱状抛物面的光线是会聚到一条线（带）上，故接收器是长条形的，一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。抛物柱面聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度250度至400度。,1、槽式太阳能热发电系统,成像聚光太阳能集热器,普通凸透镜的原理大家都知道，平行于透镜主光轴的平行光通过凸透镜后将会聚到焦点上。若需直径较大的透镜则会很厚，不但非常笨重还会使透光性下降,由于透镜的性能取决于其表面，在保证表面形状的条件下把透镜压扁，菲涅耳透镜把
9、透镜分成许多圆环，每个圆环在保持对应半径处的镜面曲线下尽量薄一点，这样的结构可制造直径大又轻的凸透镜。,菲涅耳透镜聚光集热器,1、槽式太阳能热发电系统,成像聚光太阳能集热器,圆形菲涅耳透镜聚光集热器的聚光比范围比较高，约100至1000，最高聚热温度300度至1000度,菲涅耳透镜也可以做成柱面，称为线性菲涅耳透镜，其接收器也为圆管状，线性菲涅耳透镜聚光集热器的聚光比范围约6至30，最高聚热温度100度至200度,1、槽式太阳能热发电系统,成像聚光太阳能集热器,菲涅耳反射镜聚光集热器,既然有菲涅耳透镜也就有菲涅耳反射镜，显示了菲涅耳反射镜的原理，它把原来厚的抛物面分成小段放在一个平面上。,显示
10、了用菲涅耳反射镜制作的菲涅耳反射镜聚光集热器，它是长条形结构，也称线性菲涅耳反射聚光器。线性菲涅耳反射镜聚光集热器的聚光比范围约15至50，最高聚热温度200度至300度,1、槽式太阳能热发电系统,聚光器,将普通太阳光通过放置在一定结构支架上的反射镜，在跟踪机构的帮助下，使其发射的太阳光聚焦形成能量密度的光束，照射放置在焦线的集热管吸热面，加热洗热工质。,聚光器应满足以下要求： (1)具有较高的反射率； (2)具有良好的聚光性能；,(3)有足够的刚度；(4)有良好的抗疲劳能力；(5)有良好的抗风能力；(6)有良好的抗腐蚀能力；(7)有良好的运动性能；(8)有良好的保养、维护、运输性能。,1、槽
11、式太阳能热发电系统,聚光器,聚光器,反射镜,支架,反射材料,基材,保护膜,(1)便于清扫或者替换； (2)具有良好的耐候性； (3)重量轻且要有一定的强度； (4)价格要合理。,管式支架,扭矩盒式支架,重量尽量小 制造简单 集成简单 寿命长。,1、槽式太阳能热发电系统,集热管,1、槽式太阳能热发电系统,集热管,集热管必须满足以下五个条件： (1)吸热面的宽度要大于光斑带的宽度，以保证聚焦后的阳光不溢出吸收范围；,(2)具有良好的吸收太阳光的性能；(3)在高温下具有较低的辐射率；(4)具有良好的导热性能；(5)具有良好的保温性能。,1、槽式太阳能热发电系统,跟踪机构,1、槽式太阳能热发电系统,跟
12、踪机构,极轴式跟踪,槽式太阳能集热器由于较长，其主转轴与槽镜柱面平行，主转轴与地轴平行安装，在图中槽镜背面的蓝线是主转轴线，下面绿色地面上的绿线是南北方向线，与槽镜垂直的蓝线是槽形抛物面中心法线，红色大圆是太阳视轨迹，红色圆柱是接收器，镜面上绿色与黄色线是太阳光线。,集热器绕主转轴转动就可以跟踪太阳，由于槽镜与春秋分时的太阳光垂直，其他时间偏差也不大，可获得最多的太阳光，在纬度低的地方尤其明显。但其槽镜长度受到限制，短的槽镜使集热管的活动接头大量增加，结构复杂成本高，实际上很少应用。,1、槽式太阳能热发电系统,跟踪机构,南北向布置,槽式太阳能集热器主转轴与槽镜柱面平行，主转轴按南北方向安装并与
13、地面平行，在图中槽镜背面的蓝线是主转轴线，下面绿色地面上的绿线是南北方向线，与槽镜垂直的蓝线是槽形抛物面中心法线，红色大圆是太阳视轨迹，蓝色大圆是与主转轴垂直的法线转动zhua平面（也与地面垂直），红色圆管是接收器，镜面上绿色与黄色线是太阳光线。,南北向槽式太阳能集热器平行于地面安装，可使用较长的槽镜与集热管，管间连接也方便，适合建造大型的太阳能场，由于平行与地面，在纬度较高的地区太阳较低，对太阳能的接受也就少了一些，但在低纬度地区就好很多 。,1、槽式太阳能热发电系统,跟踪机构,东西向布置,槽式太阳能集热器按东西方向布置，在下面图中绿色地面上的绿线是东西方向线，红色大圆是太阳轨迹的平面，与槽
14、镜垂直的蓝线是槽形抛物面中心法线，它在太阳轨迹的平面上，红色圆管是接收器，镜面上绿色与黄色线是太阳光线。,当太阳从东方到西方均可把太阳光聚集到集热管上，只不过只有正午时才是垂直于槽镜面，所获太阳能最多，在上午与下午由于阳光斜射，所获太阳能要少些，在早上与晚上，虽有阳光但能得到的太阳能很小，这是它最大的缺点。在槽镜背面也有转轴，仅用于定时调整槽镜的俯仰角。东西方向布置的槽式太阳能集热器调整简单，调整量也小，几乎一整天只需微调一次即可，结构与调整简单是最大的优点。,1、槽式太阳能热发电系统,菲涅尔系统就是简化了的槽式系统，用一组平板镜来取代槽式系统里的抛物面型的曲面镜聚焦。通过调整控制平面镜的倾斜
15、角度，将阳光反射到光热管中，实现聚焦加热。,相比于抛物面式的曲面镜，平面反射镜制造难度低，因此大大降低了初始投资成本，但聚焦精度比槽式差。,2、菲涅尔太阳能热发电系统,塔式太阳能热发电系统是利用实时跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到一个固定在接收塔顶部的接收器上，接收器上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐射能，并将其转化为工作流体（熔融盐）的高温热能。,高温工作流体通过管道或传递到位于地面的蒸汽发生器，产生高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电；或将产生的高温热气流直接推动燃气轮机发电。,3、塔式太阳能热发电系统,聚光子系统 集热子系统 发电子系统 蓄热子系统 辅助能源自系统,具有规模大、热
16、传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点，极适合于大规模并网发电,3、塔式太阳能热发电系统,3、塔式太阳能热发电系统,非成像聚光太阳能集热器,聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，非成像聚光太阳能集热器顾名思义是聚光器的光线不是会聚到一点（或一线）上，而是会聚到一块接收器的面上，也可获得高强度太阳能。非成像聚光太阳能集热器形式较多，主要有球形面聚光集热器、复合抛物面聚光集热器、条形面聚光集热器、塔式集热器等,球形面聚光集热器,球形面聚光集热器也称为SRTA集热器，反射镜是球面的，入射的平行光会聚在一个较小的区域，接收器是面状的，当光线略有倾斜时，反射高仍能会聚到接收器上。球形面聚光集热器的聚光比范围约50至150，最高聚热温度300度至500度。,3、塔式太阳能热发电系统,非成像聚光太阳能集热器,复合抛物面聚光集热器,复合抛物面聚光集热器也称为CPC集热器，聚光器由两片抛物面组成，接收器也为面状，在两个抛物面中间。橙色光线是与中心轴线平行的入射光线，将全部会聚在接收器上，当入射光倾斜时，进入光孔
