第九讲太阳能热发电20161119

太阳能热发电概述目前太阳能发电的两种基本方式：

太阳能热发电技术太阳能光发电太阳能热能发电太阳能热动力发电

太阳能热动力发电

利用聚光太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，加热水或通过其他传热介质加热水，使之产生蒸汽，驱动热力发动机，再带动发电机进行发电。概述

太阳能热能发电

先把太阳辐射能转换为热能，然后再把热能直接转换为电能。发电装置本体无活动部件，但它们目前的发电功率均很小，有的仍处于原理性试验阶段，尚未进入商业化应用。概述

太阳能热发电系统与火力发电系统的工作原理基本上相同的。根本区别在于热源不同。通常所说的火力发电，主要是指汽轮机发电，也就是利用燃料在锅炉中燃烧得到的热能将水加热成为蒸汽，蒸汽冲动汽轮机，汽轮机带动发电机发出电。火力发电系统由锅炉、汽轮机、发电机等主要设备和许多附属设备组成。

火力发电系统工作原理蒸汽做功火力发电系统的能量转换过程煤炭、石油和天然气等燃料包含的化学能在燃烧即氧化反应过程中以热量的形式释放出来，热量加热锅炉中的水和蒸汽，成为蒸汽所包含的热能．

高温高压的过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功，转化为高速气流，推动汽轮机旋转，热能转换为机械能．（过热蒸汽才有高速气流效果）

最后，由汽轮机带动发电机旋转发电，输出电能。这就是火力发电系统发电的整个能量转换过程。有效利用热能是提高火电厂热效率的关键

利用太阳能进行热发电的能量转换过程，首先是将太阳辐射转换为热能，然后是将热能转换为机械能，最后是将机械能转换为电能。整个系统的效率也将由这3部分的效率所组成。

太阳能热发电系统基本工作原理太阳能热发电系统基本组成集热子系统吸收太阳辐射能转换为热能的装置。主要包括聚光装置、接收器和跟踪机构等部件。100℃以下的小功率装置，多为平板式集热器。对于在高温条件下工作的太阳能热发电系统来说，必须采用聚光集热装置来提高集热温度，从而提高系统效率。太阳能热发电系统基本组成聚光集热器主要有以下几种类型:(1)复合抛物面反射镜聚焦集热器，需季节性调整其倾角。

太阳能热发电系统基本组成(2)线聚焦集热器，常采用单轴跟踪的抛物柱面反射镜聚光。(3)固定的多条槽型反射镜聚焦集热装置和固定的半球面反射镜线聚焦集热装置，其吸热管都需跟踪活动。太阳能热发电系统基本组成(4)点聚焦方式，它提供了最大可能的聚光度，并且成像清晰，但需配备全跟踪机构。

(5)菲涅尔透镜，常用硬质或软质透明塑料模压而成，可做成长的线聚焦装置或圆的点聚焦装置，要相应配置单轴跟踪机构或全跟踪机构。(6)塔式聚光集热装置，它是大功率集中式太阳能热发电系统的主要聚光集热器的结构方式。太阳能热发电系统基本组成

构成聚光装置反射面的主要材料是反射镜面，如把铝或银蒸镀在玻璃上，或者蒸镀在聚四氟乙烯及聚酯树脂等膜片上。对于玻璃反射镜，可蒸镀在镜子的正面或反面。镀在正面，反射率高，没有光透过玻璃的损失，但不易保护，寿命较短。镀在反面，尽管由于阳光必须透过玻璃会引起一些损失，但镀层易保护，使用寿命较长，因而目前应用较多。

接收器的主要构成部件是吸收体。其形状有平面状、点状、线状，也有空腔结构。在吸收体表面往往覆盖选择性吸收面，它们对太阳光的吸收率e很高，而在吸收体表射率越小，接收器所能达到的温度越高。

为使聚光器、接收器发挥最大的效果，反射镜应配置跟踪太阳的跟踪机构。实现跟踪的方法，有程序控制式和传感器式。程序控制式，是预先用计算机计算并存储设置地点的太阳运行规律，然后依据程序以预定的速度转动光学系统，使其跟踪太阳。传感器式，是用传感器测出太阳入射光的方向，通过步进电机等驱动机构调整反射镜的方向，以消除太阳方向同反射镜光轴间的偏差。热传输子系统

对于热传输子系统的基本要求是

(1)输热管道的热损耗小；

(2)输送传热介质的泵功率小；

(3)热量输送的成本低。太阳能热发电系统基本组成为减少输热管道的热损失，目前主要有两种做法：一种是在输热管外面包上陶瓷纤维、聚氨基甲酸酯海绵等导热系数很低的绝热材料；另一种是利用热管输热。蓄热与热交换子系统

由于地面上的太阳能受季节、昼夜和云雾、雨雪等气象条件的影响，具有间歇性和随机不稳定性，为保证太阳能热发电系统稳定地发电，需设置蓄热装置。

蓄热装置常由真空绝热或以绝热材料包覆的蓄热器构成。

太阳能热发电系统基本组成

(1)低温蓄热以平板式集热器收集太阳热和以低沸点工质作为动力工质的小型低温太阳能热发电系统，一般用水蓄热，也可用水化盐等。

(2)中温蓄热指100～500℃的蓄热，但通常指300℃左右的蓄热。这种蓄热装置常用于小功率太阳能热发电系统。(3)高温蓄热指500℃以上的高温蓄热装置。其蓄热材料主要有钠和熔化盐等。

(4)极高温蓄热指1000℃左右的蓄热装置。常用铝或氧化锆耐火球等做蓄热材料。发电子系统由热力机和发电机等主要设备组成，与火力发电系统基本相同。应用于太阳能热发电系统的动力机有汽轮机、燃气轮机、低沸点工质汽轮机、斯特林发动机等。这些发电装置，可根据集热后经过蓄热与热交换系统供汽轮机入口热能的温度等级及热量等情况选择。太阳能热发电系统基本组成

低沸点工质汽轮机是一种使用低沸点工质的朗肯循环热机，一般把它的热温度设计150℃。过去常用氟里昂做工质，现在多用丁烷和氨等。

来自蓄热与热交换系统的热能送入气体发生器，使加压的液体工质蒸发，然后被引至汽轮机膨胀做功。压力下降后的低压气体经冷凝器冷却并液化，再由泵将加压的工质送回气体发生器。太阳能热发电系统主要类型A塔式发电系统;B槽式发电系统;C蝶式发电系统;槽式线聚焦太阳能发电系统槽式太阳能热发电系统项目SEGSⅠSEGSⅡSEGSⅢSEGSⅣSEGSⅤSEGSⅥSEGSⅦSEGSⅧSEGSⅨ地址（均在加州）DaggettDaggettKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionKramerJunctionHarperLakeHarperLake投运年份198519861987198719881989198919901991额定电功率/MW13.83030303030308080集热器面积万㎡8.29618.89923.0323.0325.0518.819.42846.43448.396介质入口温度/℃240231248248248293293293293介质出口温度/℃307316349349349391391391391蒸汽参数℃/bar太阳能327/43327/43327/43371/100371/100371/100371/100天然气417/37510/105510/105510/105510/105510/105510/105371/100371/100透平循环效率/%太阳能31.529.430.630.630.637.537.537.637.6天然气37.337.437.437.439.539.537.637.6汽轮机循环方式无再热无再热无再热无再热无再热再热再热再热再热镜场光学效率/%717173737376768080从太阳能到电能的年平均转换效率/11.511.511.513.613.613.6年发电量/MkW30.180.592.7892.7891.8290.8592.65252.75256.13包括天然气过热；②1986年建成时为233120㎡；③按太阳能总辐射能量计。美国9座槽式太阳能热发电系统技术参数与运行性能（LUZ公司）

槽式热电站实例吐鲁番槽式太阳能聚热发电项目是国电新疆公司在疆投资建设的第一个太阳能聚热发电项目，该项目计划按照中试装置-示范电站-规模开发的技术研究路线实施开发，先期进行180千瓦中试装置的建设，于2009年8月开工建设，用时1年零8个月，总投资1500万元，其中集热器24台，总集热面积1728㎡。

塔式太阳能热发电系统工作原理美国加州的塔式太阳能热发电站北京八达岭塔式太阳能发电站(2010年并网，年发电量可达270万kWh)

国家或机构欧共体（长期）（法、意、德）国际能源机构10国（长期）日本（停）美国法国（停）西班牙（长期）前苏联站名EURELICSSSPS-CRS仁尾SOLARONETHEMISCESA-1CSC-5额定电功率/MW10.51102.515站址意大利西西里岛西班牙南部阿尔梅里亚香川县仁尾町加州巴斯托法国南部比利牛斯山中西班牙南部阿尔梅里亚克里米亚黑海海滨年日照时数/h3000300022003500240030002320设计最大辐照度/(KW/㎡)春分正午时1.0春分正午时0.92夏至午后时0.75冬至午后时0.9春分正午时1.04春分正午时0.92夏至午后2时0.9定日镜面积和台数52㎡×70台23㎡×112台29.3㎡×93台16㎡×807台39.9㎡×1818台53.7㎡×200台36～40㎡×300台25㎡×1600台反射镜总面积/㎡621636551291272540107401140040000聚光集热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热介质水-蒸汽钠水-蒸汽水-蒸汽混合盐（HITEC）水-蒸汽水-蒸汽蓄热介质混合盐（HITEC）钠压力水石+油（HT-43）混合盐（HITEC）混合盐（HITEC）压力水蓄热容量/h0.5237MW×43.33涡轮蒸汽条件/(℃/bar)510/65500/10187.1/12510/101430/40520/98250/40投运时间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月建设费用/(10-6)美元2517.121.914023.618每千瓦投资/(10-4)美元2.503.422.191.400.9441.8世界上已建成的塔式太阳能热发电系统

蝶式太阳能热发电系统1.工作原理蝶式太阳能热发电系统2.典型实例太阳能热电（CSP）三种方式：碟式效率最高发电方式塔式槽式碟式规模10～20MW30～320MW5～25kW运行温度/℃500～1000260～400500～1500聚光方式平凹面反射镜抛物面反射镜旋转对称的抛物面反射镜跟踪方式两轴跟踪单轴跟踪两轴跟踪聚光倍数600～10008～80200～3000光热转换效率/%607085年净效率/%7～2011～1612～25发展状态提供高温过程热，联网发电运行，实验示范阶段提供中温过程热，联网发电运行，到达商业化阶段。提供高温过程热，分