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1、太阳能发现技术现状及远景研究一 太阳能发电技术1. 太阳能简介太阳能能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。太阳能是一种干净的可再生的新能源，在人们生活、工作中有广泛的作用， 其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳电池就是利用太阳能工作的。而太阳能热电站的工作原理则是利用汇聚的太阳光，把水烧至沸腾变为水蒸气
2、，然后用来发电。2. 太阳能发电的应用背景1) 现有的能源随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出来的要求也越来越高，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有的店里能源的主要来源有3种，即火电、水电和核电。火电的缺点火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电的缺点水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电的缺点核电在
3、正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止；今年3月11日发生的东日本大地震引发的福岛核电站的辐射危情也依然未能完全解除。2) 新能源新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能
4、。二 太阳能发电的现状1. 现阶段利用太阳能发电的现状目前太阳能发电有两种方法：一种是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电；另一种是通过光电器件利用光生伏打原理将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光伏发电。1) 国内的太阳能发电现状国内太阳能热发电的现状2005年1月，我国首座70kW太阳能热发电示范系统在扛苏江宁建成并成功发电，揭开了热发电技术研究崭新的一页。该示范电站系统由一个塔柱和32面“定日镜”组成，利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到高塔顶部的接收器，加热工作介质产生过热蒸汽或高温高压空气，驱动蒸汽轮机或燃气轮机发电机组发电，变太阳能为电能。70kW示范站的成功是进
5、一步大规模推广太阳能热发电的探路石，下一个目标是建设兆瓦以上的太阳能热电站。眼下丁F准备正式启动槽式太阳能热发电项目，为早日建成商业化的兆瓦级太阳能电站作好准备。如果太阳能热发电实现3万千瓦以上的发电能力。就标志着有望实用化、商业化，那时的发电成本可能会降至6角钱一度。大大接近现在煤炭发电的电价水平，届时，太阳能热发电就能得到大规模的应用。目前国内热发电技术研究成果有: 中科院电工所的定日镜、碟式聚光器、槽式聚光器等; 中国科技大学的新型定日镜以及槽式聚光器、接收器等; 河海大学的系统整体控制; 南京航空航天大学的小型碟式系统和南京工业大学的热管技术以及南京春辉公司的各类聚光集热部件、系统整体
6、技术以及相关工程建设等。国内太阳能光伏发电的现状我国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第一组有实用价值的太阳电池。1979年开始生产单晶硅太阳电池_4J。但是光伏发电的真正应用起步于20世纪80年代，当时主要是为了解决实际的应用问题，比如在卫星和海港浮标灯上的应用，并没有作为重点能源开发。20世纪80年代中后期，引进国外太阳电池生产线和关键没备，初步形成生产能力达到4.5 MW太阳能光伏产业，并逐步进人到工业、农业、商业和通讯公用设施等领域，有了数家完整的电池和组件生产企业。20世纪90年代末，光伏产业出现了较快发展，太阳电池组件的生产能力和实际产量有了较快增加，性能也不断提高。
7、近几年，随着科研能力的提升和政府对光伏发电的深入认识，在国际光伏市场巨大潜力的推动下，我国光伏产业正以每年30的速度增长，2005年底国内光伏电池生产能力已达200MW以上，实验室光伏电池的效率已达21，可商业化光伏组件效率达1415。一般商业化电池效率1013。太阳能光伏电池生产成本随之逐年大幅下降，这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用。到2005年，国内光伏发电的总装机达到了7万千瓦。2) 国外的太阳能发电现状目前全世界有136个国家正在普及推广应用太阳能发电技术，其中95个国家正在大规模研究开发和生产各种太阳能发电设备和太阳电池应用产品。2005年全世界太阳电池总产量已经达到2
8、000MW。其中日本发展较快，10年内太阳电池的每W成本下降90%。2001年时日本太阳能发电设备累计总装机容量为450MW，2003年为887MW，2004年为1900MW，2008年为2350MW，2010年为5000MW，而2010年全世界的太阳能发电设备累计总装机容量达到18000MW。世界各主要国家都在努力提高太阳能发电设备的生产规模和应用规模，因为太阳电池从生产量10MW开始，没增加一倍，成本将降低20%。应用上建立MW级的大型太阳能发电站，不但可以降低成本，还可以缓解荒漠和海岛地区的供电和环境问题，为荒漠地区打井抽水和海岛淡化海水提供动力，改善生态环境。现在世界上MW级太阳能发电
9、站已超过10座，其中最大的一个容量达到6.45MW。日本日本从1994年开始发展并网型户用太阳能发电设备，到2004年已安装58000套，到2008年要达到147600套。日本为了发展并网型户用太阳能发电设备（35kW），把它作为一种新的家用电器来对待，突破关键技术，降低成本。这其中包括把太阳电池的转化效率提高到15%以上，发展新型的高频变压器绝缘方式或正激变亚器绝缘方式逆变器。据资料介绍，2005年日本太阳电池价格为140日元/W,并网型户用太阳能发电设备价格为370日元/W，发电成本为30日元/kW.h，2010年分别下降为120日元/W，300日元/W和25日元/kW.h。到2020年将
10、分别下降为60日元/W，200日元/W和15日元/kW.h。到那时完全可以和火力发电价格相竞争。美国在美国，一些地方政府借鉴德国的补贴政策，强制电力公司在未来20年内，保证用双倍价格收购“家庭电厂”的太阳能电力。2008年，美国总统还签署了价值数百亿美元的绿色能源投资补贴制度延长法案，其中，把住宅建成太阳能电厂，可获得30%的财政补贴，该政策继续延长生效8年。在强有力的政策推动下，国外一些地方政府、企业陆续启动了庞大的太阳能发电投资计划。例如，洛杉矶市政府投资15亿美元，计划在未来5年内把全市居民屋顶、市政不动产屋顶等改造成太阳能电厂。太平洋天然气和电力公司正在兴建的一个太阳能电厂可满足15万
11、个家庭的用电需求。加州亮源能源公司正在兴建的一个太阳能电厂则足供84万个家庭使用。德国德国是世界上利用太阳能发电最多的国家，德国对太阳能的利用可追溯到20世纪70年代，如今，德国已经在太阳能热电系统的研发、生产等方面积累了大量经验，发明了一系列高效的太阳能热电系统，成为世界上利用太阳能发电最多的国家。目前全德国太阳能发电量相当于一个大城市的使用量。据德国RWI经济研究所统计，2008年德国太阳能发电新增装机容量大1625兆瓦。截至2005年底，德国共有670万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器，每年可生产4700兆瓦的热量。已有4%的德国家庭利用了清洁环保、用之不竭的太阳能，估计每年可节约2.7亿
12、升取暖用油。在德国，随着对太阳能系统工程的进一步开发，特别是与普通供热技术的不断融合，使得太阳能系统成为德国供热系统中一个不可或缺的组成部分。目前，德国拥有的选择性吸收涂层和智能控制技术使其太阳能利用处在欧洲领先地位。2. 太阳能发电的主流技术1) 太阳能热发电太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电，是将太阳辐射从面积上浓缩产生高温，从而再利用传统方式产生电能，因此该技术用于与热发电机相连来构成发电系统。太阳能热发电系统主要有集热系统、热传输系统、蓄热贮能系统、热机、发电机等组成。集热系统聚集太阳能之后，经过热传输系统将聚集的太阳能传给热机，由热机产生动力，带动发电机发电。本系统按太阳能采集方式
13、即集热器的类型不同，可分为槽式系统、塔式系统、烟囱式系统、太阳池和碟式系统。槽式系统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；塔式系统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；碟式系统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。这三种方式的性能及优缺点如下表：槽式塔式碟式发展状况中、高温过程热，联网发电运运行（最高的单元容量为80MW），总的装机容量为354 MW。高温过程热，联网运
14、行（最高的单元容量为10MW，另一个10MW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（最高的单元容量为25 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（1.210 kWh），潜在的运行温度可达500C(商业化运行的温度已达到400C)。 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10MW的电站中实现）。 2.可高温蓄热。 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
15、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规模30-320兆瓦10-20兆瓦5-25兆瓦运行温度（）390/734565/1049750/1382年容量因子23%-50%20%-77%25%峰值效率20%23%24%年净效率11%-16%7%-20%12%-25%可否储能有限制可以蓄电池互补系统设计可以可以可以美元/平方米6302754752003.100320美元/瓦4.02.74.42.512.61.3美元/峰瓦4.01.32.40.912.61.1在这三种系统中，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业化，并逐步向发展中国家扩展。
