塔式太阳能热发电的定日镜课件

塔式太阳能热发电的定日镜GOF0602006刘明塔式太阳能热发电的定日镜GOF0602006刘明1当今的能源与环境形势与传统发电的比较太阳能热发电简介塔式太阳能热发电中的定日镜存在问题实例大纲当今的能源与环境形势大纲2能源形势我国能源生产近年来快速增长，2005年一次能源生产总量达１８．６４亿吨标准煤，增长１５．２％。其中，发电量达２１８７０亿千瓦时，增长１４．５％；煤炭生产超速增长，产量达１９．５６亿吨，涨幅１７．３％；原油产量增长２．９％。但电力供应仍有较大缺口，煤炭供不应求，天然气供应仍将出现季节性短缺。对于我国能源的短缺有两种办法。一是寻找资源加大对外进口。二是开发新能源，尤其是可再生能源。而解决问题的根本方法是第二个。能源形势我国能源生产近年来快速增长，2005年一次能源生产总3大气污染程度在加剧，北京成了世界上尘污染最严重的城市之一。水环境污染也日益突出。环境污染从城市向农村扩展。某些物种灭绝、植被破坏、土地退化，以及全球性的环境问题正严重地威胁着我国经济的发展和环境的改善。

据我国专家偏保守的估计，每年由于环境污染和生态破坏所造成的经济损失占我国国民生产总值(GNP)）的9％左右。环境污染大气污染程度在加剧，北京成了世界上尘污染最严重的城市之一。水4寻找一条出路可再生能源太阳能热发电寻找一条出路可再生能源太阳能热发电5塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。虽然这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初次投资为１．４２亿美元，成本比例为：定日镜５２％、发电机组、电气设备１８％、蓄热装置１０％、接收器５％、塔３％、管道及换热器８％、其它设备４％。但随着制镜技术的提高和规模的增大，定日镜成本将大幅度降低。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约３０～４０＄ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度电５～６美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太6

他没有一般煤炭，石油等矿物燃料产生的有害气体和废渣，因而不污染环境，被称作“干净能源”．到处都可以得到太阳能，使用方便，安全．成本低廉，可以再生．表3为世界几座大型太阳热发电装置。

他没有一般煤炭，石油等矿物燃料产生的有害气体和废渣，因而不7塔式太阳能热发电的定日镜课件8塔式太阳能热发电的定日镜课件95)定日镜场反射面积大于10000平方米，光场年平均效率不小于75%;国家863计划先进能源技术领域“太阳能热发电技术及系统示范”5)定日镜场反射面积大于10000平方米，光场年平均效率不小10塔式太阳能热发电的定日镜群塔式太阳能热发电的定日镜群11定日镜的各组成部件反射镜镜架及基座跟踪传动机构控制系统定日镜的各组成部件反射镜12镜表面形状由于定日镜距位于接收塔顶部的太阳能接受器较远要求：

i.

使阳光经定日镜反射后不致产生过大的散焦把95%以上的反射阳光聚集到集热器内

ii.

克服由于太阳运动而产生的象差－反射镜镜表面形状－反射镜13陈氏曲面镜

其表面是高次曲面；采用了聚光与跟踪的设计思路；比传统几何镜面（球面或抛物面等）的聚光倍数大幅提高。缺点为加工技术和成本较高；大型化难度较大。因此主要用于小型碟式太阳能热发电站陈氏曲面镜14竟面材料

要求：质量轻，耐风沙，机械强度高张力金属膜反射镜和玻璃反射镜竟面材料15张力金属膜反射镜优点由于镜面是用0.2—0.5mm厚的不锈钢等金属材料制作而成，可以仅仅通过调节定日镜的内部压力调整定日镜的焦点。缺点为反射率低，结构复杂

(图）玻璃反射镜优点重量轻，抗变形能力强，反射率高，易清洁张力金属膜反射镜16湿化学法或磁控溅射法制备（四层结构的第二表面镜）玻璃（沉积镜子的基体）银层（反射层）铜层（保护金属银同时作为过渡层，降低银和保护漆之间的内应力）漆层（形成保护膜）要求：很好的平整度；整体镜面曲线具有很高的精度——加工误差不超过0.1。图湿化学法或磁控溅射法制备（四层结构的第二表面镜）图17镜架及基座

适应：风沙天气——机械强度紧急情况——便于转移独臂支架式（图）具有体积小、结构简单、较易密封等优点，但其稳定性差、为了达到机械强度，防止被大风吹倒，必须耗大量钢材和水泥材料为其建镜架和镜座其建造费用相当惊人圆形底座式（图）稳定性较好，机械结构强度高，且运行能耗少。但其结构比独臂支架式复杂且其底座轨道的密封防沙问题也有待进一步解决镜架及基座适应：18三、跟踪传动机构l

方位角－仰角跟踪方式l

自－旋仰角跟踪方式方位－角仰角跟踪方式

是指定日镜运行时采用转动基座(圆形底座式)或基座上部转动机构（独臂支架式）来调整定日镜方位变化，同时调整镜面仰角的方式。自旋—仰角的方式

是指采镜面自旋，同时调整镜面仰角的方来实现定日的运行跟踪，这是新的聚光跟踪理论推倒出的一种新的跟踪方法，也叫“陈氏跟踪法”。陈氏跟踪法比传统的聚光跟踪方法能更有效的接收太阳能。三、跟踪传动机构19传动方式：齿轮传动、液压传动或两者结合的方式由于：平面镜的微小变化都将造成反射光在较大范围的明显偏差要求：消耗功率最小跟踪精确性好制造成本最低能满足沙漠环境要求具有模块化生产可能性密封符合要求传动方式：齿轮传动、液压传动或两者结合的方式20四、控制系统方式：程序控制传感器控制程序、传感器混合控制四、控制系统21控制系统均采用微机作上位机，系统由终端机和上位机两极组成，终端控制器将采集到的各传感器数据通过串行总线发到上位机，或执行上位机发来的动作指令，通过电机驱动聚光器跟踪太阳，见（图10上位机）、（图11单轴太阳传感器）、（图12控制器）。

控制系统均采用微机作上位机，系统由终端机和上位机两极组成，终22（图10上位机）、（图11太阳传感器）、（图12控制器）（“闭环”控制方式原理流程图）（图10上位机）、（图11太阳传感器）、（图12控制器）（23存在问题成本较高技术要求较高大规模生产难度大存在问题成本较高24五、实例南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜是张耀明院士及其团队自行开发的。创造性解决塔式太阳能系统中的关键部件定日镜技术方案不尽合理的难题，有望大幅降低定日镜价格，实现投资大幅降低，从而加快塔式发电商业的步伐。（图）五、实例南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜（图）25圆形底座式的“玻璃—金属框架”结构，长4.85m宽4.85m定日镜反射面积约为20平方米镜面中心点高2.0米镜面采用反射率大于等于90%的背面银镜，银镜背面有玻璃背板起保护作用每面定日镜由9块小凹曲面镜构成，整面定日镜成一定曲度，符合反射光的聚光要求定日镜采用闭环式控制方式，每面定日镜装有两个传感器，一个是调节光斑精度的光敏传感器，另一个是调大范围位移的位移传感器。定日镜跟踪定位精度约为2mrad.南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜相关信息圆形底座式的“玻璃—金属框架”结构，相关信息26在沙漠上建起农场！GO在沙漠上建起农场！GO27谢谢！谢谢！28

张力金属膜定日镜返

回（圆形底座式）张力金属膜定日镜返回（圆形底座式）29下一张下一张30返回西班牙120平方米定日镜（左）返回西班牙120平方米定日镜（左）31太阳能农场返回太阳能农场返回32返回河海大学和南京玻璃纤维院合作研制40m2的定日镜返回河海大学和南33专家认为，明智的能源投资是在光照丰富的沙漠地带，而不是铀矿或者石油钻井。返回专家认为，明智的能源投资是在光照丰富的沙漠地带，而不是铀矿或343—6mm玻璃保护起漆30nm铜层70nm银层返回3—6mm玻璃保护起漆30nm铜层70nm银层返回35开始是否已到设定的开始时间是否大于设定的光照度是否达到限定位置是否已对准太阳是否已达设定的延时时间差动放大电路跟踪是否已达设定的结束跟踪时间复位待机模拟跟踪电路控制跟踪是是否是是是否否否否是否返回开始是否已到设定的开始时间是否大于设定的光照度是否达到限定位36塔式太阳能热发电的定日镜GOF0602006刘明塔式太阳能热发电的定日镜GOF0602006刘明37当今的能源与环境形势与传统发电的比较太阳能热发电简介塔式太阳能热发电中的定日镜存在问题实例大纲当今的能源与环境形势大纲38能源形势我国能源生产近年来快速增长，2005年一次能源生产总量达１８．６４亿吨标准煤，增长１５．２％。其中，发电量达２１８７０亿千瓦时，增长１４．５％；煤炭生产超速增长，产量达１９．５６亿吨，涨幅１７．３％；原油产量增长２．９％。但电力供应仍有较大缺口，煤炭供不应求，天然气供应仍将出现季节性短缺。对于我国能源的短缺有两种办法。一是寻找资源加大对外进口。二是开发新能源，尤其是可再生能源。而解决问题的根本方法是第二个。能源形势我国能源生产近年来快速增长，2005年一次能源生产总39大气污染程度在加剧，北京成了世界上尘污染最严重的城市之一。水环境污染也日益突出。环境污染从城市向农村扩展。某些物种灭绝、植被破坏、土地退化，以及全球性的环境问题正严重地威胁着我国经济的发展和环境的改善。

据我国专家偏保守的估计，每年由于环境污染和生态破坏所造成的经济损失占我国国民生产总值(GNP)）的9％左右。环境污染大气污染程度在加剧，北京成了世界上尘污染最严重的城市之一。水40寻找一条出路可再生能源太阳能热发电寻找一条出路可再生能源太阳能热发电41塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。虽然这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初次投资为１．４２亿美元，成本比例为：定日镜５２％、发电机组、电气设备１８％、蓄热装置１０％、接收器５％、塔３％、管道及换热器８％、其它设备４％。但随着制镜技术的提高和规模的增大，定日镜成本将大幅度降低。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约３０～４０＄ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度电５～６美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太42

他没有一般煤炭，石油等矿物燃料产生的有害气体和废渣，因而不污染环境，被称作“干净能源”．到处都可以得到太阳能，使用方便，安全．成本低廉，可以再生．表3为世界几座大型太阳热发电装置。

他没有一般煤炭，石油等矿物燃料产生的有害气体和废渣，因而不43塔式太阳能热发电的定日镜课件44塔式太阳能热发电的定日镜课件455)定日镜场反射面积大于10000平方米，光场年平均效率不小于75%;国家863计划先进能源技术领域“太阳能热发电技术及系统示范”5)定日镜场反射面积大于10000平方米，光场年平均效率不小46塔式太阳能热发电的定日镜群塔式太阳能热发电的定日镜群47定日镜的各组成部件反射镜镜架及基座跟踪传动机构控制系统定日镜的各组成部件反射镜48镜表面形状由于定日镜距位于接收塔顶部的太阳能接受器较远要求：

i.

使阳光经定日镜反射后不致产生过大的散焦把95%以上的反射阳光聚集到集热器内

ii.

克服由于太阳运动而产生的象差－反射镜镜表面形状－反射镜49陈氏曲面镜

其表面是高次曲面；采用了聚光与跟踪的设计思路；比传统几何镜面（球面或抛物面等）的聚光倍数大幅提高。缺点为加工技术和成本较高；大型化难度较大。因此主要用于小型碟式太阳能热发电站陈氏曲面镜50竟面材料

要求：质量轻，耐风沙，机械强度高张力金属膜反射镜和玻璃反射镜竟面材料51张力金属膜反射镜优点由于镜面是用0.2—0.5mm厚的不锈钢等金属材料制作而成，可以仅仅通过调节定日镜的内部压力调整定日镜的焦点。缺点为反射率低，结构复杂

(图）玻璃反射镜优点重量轻，抗变形能力强，反射率高，易清洁张力金属膜反射镜52湿化学法或磁控溅射法制备（四层结构的第二表面镜）玻璃（沉积镜子的基体）银层（反射层）铜层（保护金属银同时作为过渡层，降低银和保护漆之间的内应力）漆层（形成保护膜）要求：很好的平整度；整体镜面曲线具有很高的精度——加工误差不超过0.1。图湿化学法或磁控溅射法制备（四层结构的第二表面镜）图53镜架及基座

适应：风沙天气——机械强度紧急情况——便于转移独臂支架式（图）具有体积小、结构简单、较易密封等优点，但其稳定性差、为了达到机械强度，防止被大风吹倒，必须耗大量钢材和水泥材料为其建镜架和镜座其建造费用相当惊人圆形底座式（图）稳定性较好，机械结构强度高，且运行能耗少。但其结构比独臂支架式复杂且其底座轨道的密封防沙问题也有待进一步解决镜架及基座适应：54三、跟踪传动机构l

方位角－仰角跟踪方式l

自－旋仰角跟踪方式方位－角仰角跟踪方式

是指定日镜运行时采用转动基座(圆形底座式)或基座上部转动机构（独臂支架式）来调整定日镜方位变化，同时调整镜面仰角的方式。自旋—仰角的方式

是指采镜面自旋，同时调整镜面仰角的方来实现定日的运行跟踪，这是新的聚光跟踪理论推倒出的一种新的跟踪方法，也叫“陈氏跟踪法”。陈氏跟踪法比传统的聚光跟踪方法能更有效的接收太阳能。三、跟踪传动机构55传动方式：齿轮传动、液压传动或两者结合的方式由于：平面镜的微小变化都将造成反射光在较大范围的明显偏差要求：消耗功率最小跟踪精确性好制造成本最低能满足沙漠环境要求具有模块化生产可能性密封符合要求传动方式：齿轮传动、液压传动或两者结合的方式56四、控制系统方式：程序控制传感器控制程序、传感器混合控制四、控制系统57控制系统均采用微机作上位机，系统由终端机和上位机两极组成，终端控制器将采集到的各传感器数据通过串行总线发到上位机，或执行上位机发来的动作指令，通过电机驱动聚光器跟踪太阳，见（图10上位机）、（图11单轴太阳传感器）、（图12控制器）。

控制系统均采用微机作上位机，系统由终端机和上位机两极组成，终58（图10上位机）、（图11太阳传感器）、（图12控制器）（“闭环”控制方式原理流程图）（图10上位机）、（图11太阳传感器）、（图12控制器）（59存在问题成本较高技术要求较高大规模生产难度大存在问题成本较高60五、实例南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜是张耀明院士及其团队自行开发的。创造性解决塔式太阳能系统中的关键部件定日镜技术方案不尽合理的难题，有望大幅降低定日镜价格，实现投资大幅降低，从而加快塔式发电商业的步伐。（图）五、实例南京