太阳能热发电知识普及

《太阳能热发电知识普及》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能热发电知识普及（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、太阳能热发电知识普及概念太阳能热发电，全称为聚焦型太阳能热发电（英文全称：Concentrating Solar Power，简称CSP），是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚 集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。太阳能利用概述其实人类利用太阳能已有3000多年的历史，非常悠久。但真正把太阳能作 为一种能源和动力加以利用，其历史却只有不到400年。自17世纪初以来可以 按照太阳能利用发展和应用的状况，把现代世界太阳能利用的发展过程大致划分 为以下8个阶段。初始阶段：近代太阳能利用的历史，一般从1615年法国工程师所罗门，德考克斯发 明世界上第一台利用太阳能驱动的抽

2、水泵算起；第二阶段：19011920年这一阶段世界太阳能研究的重点，仍然是太阳能动力装置。 但采用的聚光方式多样化，并开始采用平板式集热器和低沸点工质；第三阶段：19211945年由于化石燃料的大量开采应用及爆发了第二次世界大战的影 响，此阶段太阳能利用的研究开发处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目及 研究资金大为减少；第四阶段:19461965年，太阳能利用的研究开始复苏，加强了太阳能基础理论和基 础材料的研究，在太阳能利用的各个方面都有较大进展；第五阶段：19661973年此阶段由于太阳能利用技术还不成熟，尚处于成长阶段，世 界太阳能利用工作停滞不前，发展缓慢；第六阶段：19731980

3、年这一时期爆发的中东战争引发了西方国家的“石油危机”， 使得越来越多的国家和有识之士意识到，现时的能源结构必须改变，应加速向新 的能源结构过渡，客观上使这一阶段成了太阳能利用前所未有的大发展时期；第七阶段：19811991年由于世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下, 缺乏竞争力，太阳能利用技术无重大突破；第八阶段：1992年至今，1992年6月联合国“世界环境与发展大会”在巴西召开之后, 世界各国加强了对清洁能源技术的研究开发，使太阳能的开发利用工作走出低 谷，得到越来越多国家的重视和加强。到目前为止，太阳能热发电的技术路线主要有四类：技术相对成熟、目前应 用最广泛的抛物面槽式；效

4、率提升与成本下降潜力最大的集热塔式；适合以低造 价构建小型系统的线性非涅尔式；效率最高、便于模块化部署的抛物面碟式。聚光类太阳能热发电太阳能热发电通常称为聚光式太阳能发电。与传统发电站的热源不同，它们 是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温高压蒸汽驱动蒸汽轮机来发电 的。当前太阳能热发电类型主要是按照太阳能采集方式来划分，类型主要有以下 三种，分别为（1）槽式；（2）塔式；（3）碟式。太阳能槽式系统热发电是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接 收器上，并将管内的传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电；太阳能塔式 系统热发电是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集

5、热 器（太阳锅炉）上，加热工质产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸 汽，驱动汽轮机发电机组发电；太阳能碟式系统热发电利用曲面聚光反射镜，将 入射阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电。这三种太阳能热 发电技术都有其自身的特点，优势和缺点，主要特点及优缺点见表2-1。表2-1三种聚光式太阳能电站的发展状况及其优缺点槽式塔式碟式发展状况中、高温过程热，联 网发电运运行（最咼 的单元容量为80M W），总的装机容量为 354 MW。高温过程热，联网运 行（最高的单元容量 为10MW,另一个10M W的电站正在建设）。独立的小型发电系统 构成大型的联网电站（最咼的单兀容量为 25

6、 kW，目前设计的单 元容量为10 kW）。优点1. 具有商业运行的经 验（1.2X10 kWh）， 潜在的运行温度可达 500C（商业化运行 的温度已达到400 C）。2. 商业化的年净效率 14 %。3. 最低的材料要求。4可以模块化或联合 运行可以采用蓄热降低成 本。1. 从中期来看具有高 的转化效率和潜在的 运行温度超过1000 C（56 5C 在 10 MW的电站中实现）。2. 可咼温蓄热。3. 可联合运行。1. 非常高的转化效 率，峰值效率30 %。2. 可模块化或联合运 行。3. 处于实验示范阶 段。缺点导热油传热工质的使 用限制了运行温度只 能达到400 C,只 能停留在中温阶

7、段。处于实验示范阶段， 商业化的投资和运行 成本需要证实。商业化的可行性需要 证实。大规模生产的 预计成本目标需要证 实三种太阳能热发电系统中，目前只有槽式发电系统实现了商业化。从1981 年至1991年的10年间，相继在美国加州的Mojave沙漠相继建成了 9座槽式太 阳能热发电站，总装机容量353.8MW （最小的一座装机14MW,最大的一座装机 80MW），总投资额10亿美元，年发电总量为8亿KWh。太阳能热发电技术同其 它太阳能技术一样，在不断完善和发展，但其商业化程度还未达到热水器和光伏 发电的水平。太阳能热发电正处在商业化前夕，专家预计2020年前，太阳能热 发电将在发达国家实现商

8、业化，并逐步向发展中国家扩展。槽式太阳能热发电简介槽式发电是最早实现商业化的太阳能热发电系统。下图即为一个槽式太阳能 热发电系统。它采用大面积的槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到线形接收器 （集热管）上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，同时在热转换设备中产生高压、 过热蒸汽，然后送入常规的汽轮发电机内进行发电。槽式抛物面太阳能发电站的 容量为101000 MW,是目前所有太阳能热发电站中功率最大的。通常接收太阳 光的采光板采用模块化布局，许多采光板通过串并联的方式，均匀的分布在南北 轴线方向。为了保证发电的稳定性，通常在发电系统中加入化石燃料发电机。当 太阳光不稳定的时候，化石燃料发电机补充发电

9、，来保证发电的稳定性和实用性。 一些国家已经建立起示范装置，对槽式发电技术进行深入的研究。西班牙50MW槽式热发电站自19世纪80年代，美国人John Ericsson采用槽式抛物面太阳能集热装置 驱动了一台热风机。接着在20世纪初，AubreyEneas的第一辆商业化的太阳能 汽车出现了。1907年，德国阿伦的Wilhelm Meier博士和斯图加特的Adolf Remshard t,申报了一项用槽式抛物面太阳能集热装置生产蒸汽的专利，他们采 用抛物槽式接受器吸收太阳辐射,直接产生蒸汽来发电。1912年Shumann和Boys 在这个专利的基础上设计了一台用槽式抛物面太阳能集热装置生产蒸汽驱

10、动 45kW的蒸汽马达泵，集热装置长62m，光线总通径宽度4m,总通径面积1200 m。 1916年德国议会还批准拨款20万马克，在西南非洲领地进行槽式抛物面太阳能 集热装置示范试验，遗憾的是由于第一次世界大战的爆发和近东地区石油的发 现，阻碍了这项计划的实现。1977年发生石油危机以后，对槽式抛物面太阳能集热装置的兴趣被重新激 起。在这期间，美国能源部(DOE)和联邦德国研究和技术部都在资助装有槽式 抛物面太阳能集热器的加热装置和水泵系统的发展。国际能源机构(IEM)的9个 成员国共同参与了一项总功率为500kW示范试验，该示范试验项目于1981年投 入运营；Acurex公司的10000m系

11、统也于1977年至1982年在美国的一台示范装 置上装机使用。1991年加利福尼亚的槽式抛物面太阳能热利用发电站的运营成功，促进了 南欧和其他拥有丰富太阳辐射的发展中国家太阳能热利用计划的开展。1998年 以来，由欧盟支持的DISS (Direct Solar Steam)计划和Euro Trough计划，以 及西班牙和摩洛哥研究计划，启动了欧洲槽式抛物面太阳能技术的发展。2000 年德国联邦议会决定，为太阳能发电实施一项3年投资计划，计划资金的三分之 二用于槽式抛物面太阳能热发电项目。随着制造工艺的不断改进，建造费用由5976美元/KW降低到3011美元/kW， 发电成本由26.3美分/KW

12、h降低到了 12美分/kWh。当发电成本降到8美分/KWh 时，太阳能热发电可与常规矿物能源发电相媲美。随着热能存储设备的加入，可 使槽式发电的效率比最初提高7%，可使一个80MW的发电站的光电转换效率达到 13.8%。热能存储设备可以存储剩余的热量，保证发电的平稳，同时它也为独立 的太阳能发电提供了保障。当前正在发展的技术方向为直接蒸汽（DSG）技术。典型的PTC发电厂动力 范围30-150MW，工作温度约为400C。如图所示为目前世界上太阳能槽式发电 站。世界槽式太阳能热发电站列表塔式太阳能热发电简介塔式太阳能热发电是采用大量的定向反射镜（定日镜）将太阳光聚集到一个装在塔顶的中央热交换器（

13、接受器）上，接受器一般可以收集100MW的辐射功 率，产生1100C的高温。1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置, 对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。1952年，法国国家 研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为1MW的太阳炉。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。经过一段时间试验运行后, 在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站，并于1996年1月投入试验 运行。塔式太阳能热发电技术最初用蒸汽，它可以直接推动汽轮机发电；但是由于 太阳能随气候变化不定，因此蒸汽参数很难控制，而且热量损失大。上世纪90 年代

14、初，美国发明了一种盐塔式太阳能热发电装置，它改用盐熔液作为热载体并 建立了一个10MW实验电站，所用的盐熔体由硝酸钾、硝酸钠和氯化钠的混合物 构成，价格低廉、热传导性良好，可以在常压下储存在大型容器里；但是由于熔 盐有相对高的凝固点(120C140C)所流经的管路在系统启动时要进行预热。 上世纪80年代后期，还有人提出采用空气作为热载体；空气的热传导性虽然不 好，但它的工作温度范围大、操作简单、无毒性，不仅能和蒸汽驱动的汽轮机相 连，还可以直接利用高温空气驱动燃气轮机，效率更高；在这种方案中，聚焦的 光线被投射到一种透气材料(例如一种金属丝编织物)，空气从这种被加热的材 料中通过，由于空气和这

15、种集热材料的接触面很大，故传热很快，效率很高，而 且可以把空气加热到700C的高温。西班牙PS10塔式电站在盐塔式太阳能热利用发电站里，熔盐通过泵从冷盐储存器输送到接受器中 加热，温度从265C升到565C,然后送到热盐储存器里，通过热交换产生蒸 汽，放热冷却后又重新回到冷盐储存器里。1996年至1999年间美国建造的两个 10MW电站的运行结果表明，这种设备对技术故障的承受能力很差，但都能找到 解决的办法。例如为防止腐蚀，在接受器管路中使用了新材料；又如盐循环系统 中使用潜水泵可简化控制系统，减少价格昂贵且容易发生故障的阀门，保证排空 系统正常运行，减少故障发生。这两个电站的定日镜由于长期使

16、用和早期制造水 平不高，目前已出现一系列问题，新型的更大的定日镜正在研制中。美国最近研 制和试验成功的新部件使人们相信，盐塔式太阳能热发电完全可能商业化。右图 为世界太阳能塔式热发电站。世界塔式太阳能热发电站碟式太阳能热发电简介碟式（又称盘式）太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统， 是目前太阳能发电效率最高的太阳能发电系统，最高可达到29.4%。碟式系统的 主要特征是采用碟（盘）状抛物面镜聚光集热器，该集热器是一种点聚焦集热器, 可使传热工质加热到750C左右，驱动发动机进行发电。这种系统可以独立运行, 作为无电边远地区的小型电源，一般功率为1025Kw，聚光镜直径约1015m；也 可用于较大的用户，把数