槽式太阳能热发电
在与国产30OMW燃煤机组集成为一体化发电系统时，拉萨
地区的太阳能热发电成本为:0.57元/kw.h;如与国产600MW燃煤机组集成，
呼和浩特地区的太阳能热发电成本为:0.750元瓜w.h
我国在“十一五”期间提出了单位GDP能耗下降20%的节能目标，因此节能工作得到了政府前所未有的高度重视。作为每年消耗全国煤炭总消耗量近50%的火力发电厂，节能任务意义重大。火力发电行业的节能措施主要分为两类:一是结构节能，即通过建设高效率、大容量的机组逐步替代原来效率低下的中小机组;二是技术节能，通过采用某些先进的技术对现有机组进行升级改造，例如对汽轮机通流部分的改造，变频技术的使用等.
目前，我国新建的高参数、大容量火电机组的效率已接近或达到国际先进水平，通过进一步提高参数、增大容量来提高机组效率的途径会受到材料等技术瓶颈的制约，因此大机组“内部”进一步节能降耗的潜力在逐渐变小，只有通过寻求“外部”资源才能进一步减少机组对化石燃料的消耗，实现深层次的技术节能，而太阳能这一可再生能源正是理想的“外部”资源之一。
如果将太阳能与常规燃煤电厂相结合，可以利用火电机组调整范围大的优势，省去太阳能热发电中的蓄热系统和透平系统，达到降低发电成本、实现连续稳定发电的目的。同时，与其它可再生能源相比，太阳能热发电系统以热作为中间能量的载体，使之可相对容易地通过热量与燃煤发电方式相祸合。此外，太阳辐射的峰值在夏季及白天，正好与用电的峰值相对应，从而可以有效减少电网调峰的压力。可见，太阳能与化石燃料之间存在多方面的互补性，太阳能与燃煤一体化发电系统作为一种高效、环保、切实可行的方式，具有良好的发展前景。
依据太阳能与化石燃料在一体化发电系统中地位的不同，可将太阳能与化石燃料一体化发电系统分为两大类，即化石燃料辅助太阳能一体化发电系统和太阳能辅助燃煤一体化发电系统。考虑到实际燃煤锅炉的调整范围(设计可调整范围为50%一100%，实际运行调整范围为70%一100%)，巨额的太阳能场初投资以及一体化发电作为一种新的发电技术.SSCEG是在燃煤机组设计的框架上，合理集成太阳能热利用系统的发电技术.就燃煤发电而言，这种发电技术为进一步实现燃煤电站的深度节能提供了方向，可有效减少燃煤电站的污染物及温室气体排放，可用以增加燃煤电站的峰值功率，为我国太阳能资源丰富地区中小机组的升级改造提供了出路;就太阳能热发电而言，这种发电技术不仅可降低太阳能热发电的投资及相应的投资风险，而且减少了太阳能热发电的运行维护费用，可提高太阳能的热电转换效率及改善太阳能热发电的电能质量，为太阳能热发电的规模化创造了条件。
国内外研究动态
(一)混合热发电系统研究动态
太阳能热发电的历史始于上世纪五十年代，原苏联设计并建造了世界上第一座太阳能塔式热发电试验装置。20世纪70年代初石油危机后，世界主要发达国家如美国、西班牙、德国、瑞士、法国、意大利和日本等都逐步开始大规模太阳能热发电的研究厂相继建造了容量等级在0.025一80Mw之间、不同发电方式的太阳能热发电站，并取得了大量成果。sEGS和SOLARONE、SOLARTWO等都是那个时期著名的太阳能热发电站.。2009年4月全球在建的聚光式太阳能热发电项目容量达1.2GW，到2014年拟建项目容量总计达13.9GW.
欧盟的成员国如西班牙、意大利和德国对于聚光式太阳能热发电(CsP)技术表现了极大的兴趣。于2004年通过的西班牙皇家法案436/2004，对CSP技术给予了一系列的优惠政策，到2010年底，西班牙在建和拟建的太阳能热发电项目达到22个，总计容量为IO37MW。其中包括了于2008年11月建成的Andasol 一1项目，2009年4月建成的PS20项目和欧洲第一台商业化运营的塔式太阳能热发电站PslO项目等。意大利通过了一个预算高达IOOM佗、用于研究CsP 技术的发展方案。德国在2001年开始了一项关于高温太阳能热发电技术、金额达10.5M它的研发计划。另外，欧盟还建有用于试验太阳能热发电技术的两大试验基地，法国的odeilfo和西班牙的PSA。其中，在PSA开展了大量的试验项目，如:用于试验DSG技术的nxss、nISS一2、mDxTEP;用于试验EuroTrough 集热器技术的EuroTrough、Eur0Trough11、和Andasol;以及SoL^IR、SOLGATE、EURODISH、SOLASYS、SOLZINC等项目。
2002年，美国国会要求能源部在2006年前，对美国新建CSP太阳能热发电技术容量达到1000Mw的目标作出研究报告。同年，s&L(sargeni&Lundy)研究团体对美国的太阳能热发电技术进行了技术评估，评估得出:考虑到太阳能热发电技术的持续进步、热发电装置元件的规模生产和单元机组容量增大因素后，太阳能热发电的成本可降至3.5一6us。ents瓜W·h[l5l。目前，西班牙EHN团队与美国Dukesolar(现在的solargenix￡nengy)合作，寻求在美国内华达建造15Mw 抛物面槽式项目的机会。2003年l月，sierrapacifieResourees宣布与solargenixEnengy公司签订合同，在内华达建造抛物面槽式太阳能热发电站，用以提供50MW电力。另外在亚利桑那州还拟建造一台容量为IMW、采用ORC 热机的抛物面槽式太阳能热发电.IsEos(IvanpahsolarEleetri。oeneratingsystem)
是美国拟在莫哈韦沙漠建造的容量达400MW的大型聚光式太阳能热发电站;除此之外，莫哈韦太阳能园是Solel公司拟在美国建造的全球最大的太阳能热发电站，到2011年全部建成投运后，发电容量可达553MW。
以色列在2001年11月确定了在未来几年内，CSP太阳能热发电技术是以色列电力市场战略组成部分的重要地位，提出这种太阳能热发电技术的最小发电量要达到looMwe[l7]。另外，澳大利亚、阿尔及利亚等政府也提出了发展太阳能热发电技术的目标，对太阳能热发电技术的研究及应用给予了积极的支持。除此之外，中东、南非、南美等地区的许多国家如:巴西、南非、纳米比亚、印度、约旦和伊朗等对太阳能热发电技术也表现出极大的兴趣，针对太阳能热发电站的建造进行了大量的技术评估和可行性分析.1997年，国际能源署IEA的solarR八CES 根据能源可持续发展战略，将太阳能与化石能源相结合的集热式太阳能复合热发电系统(solar一Hybridsystem)列为二十一世纪近期和中期太阳能热利用的发展目标。整体太阳能联合循环系统(ISCCs)、太阳能预热空气、太阳能重整甲烷以及由瑞士、以色列等国提出的先进的高温太阳能一煤气化动力系统等都属于最新的集热式太阳能复合热发电系统。
整体太阳能联合循环系统(IsCCS)
IsCCS是抛物面槽式太阳能集热技术与现代的燃气蒸汽联合循环复合的热发电技术，图1一1给出了抛物面槽式太阳能集热技术与单倍压一再热燃气蒸汽联合循环复合的系统。
图1一1太阳能集热技术与燃气蒸汽联合循环复合的系统
该系统中做功工质的流程为，给水通过预热后，一路进入蒸汽发生器，利用太
阳能集热器场收集的太阳热量来加热，产生微过热蒸汽。其中太阳能集热器场既可采用塔式集热器场，也可采用槽式集热器场。另一路进入余热锅炉继续加热在余热锅炉的过热器前两路汇合，其余的流程与单独燃气一蒸汽轮机联合循环相同。该系统中太阳能蒸汽发生器提供了燃气蒸汽联合循环中余热锅炉生产蒸汽所需的部分热量。该文将复合热发电系统分为两种类型:燃料节省型和功率增大型。燃料节省型系统中，太阳能取代燃料加热部分给水，发电量不变，燃料量降低。功率增大型系统中，太阳能和化石燃料共同加热给水，燃料量不变，蒸汽量增加，这样要求更替原来的蒸汽轮机，使其出力提高.:对于功率增大型系统，蒸汽轮机增容幅度的最佳范围为25%一50%;通过对三种概念系统的功率增大型、燃料节省型和单纯太阳能热发电方式的经济性比较得出:功率增大型相比燃料节省型优越;在当时的塔式技术条件下，燃料成本在一8.9一15.0$舰W·h或 2.6、4.4$/MBtu时，采用功率增大型复合热发电方式具有经济性，燃料成本的确切数据和比较的对象是煤还是天然气有关。
(二)太阳能预热空气
太阳能预热空气系统是在常规的燃气循环中，利用太阳能集热装置加热其中的空气，从而达到利用太阳热能的一种方式。一般的系统流程为:空气经压气机进入塔式太阳能接收器，当被加热至一定温度时，送入燃烧室与常规燃料按一定的比例混合燃烧，生成合成气体，之后引入布雷顿循环发电。该系统一般选用塔式集热装置，与槽式集热装置相比，塔式集热装置可以将空气加热到更高的温度800℃。当然，太阳能预热空气系统也可以用于预热常规燃气一蒸汽联合循环系统中的空气，此时相当于一种ISCCS系统。
该系统以德国教育部资助的REFOS项目最为典型。该项目中，进入燃气轮机燃烧室的高压空气在中央接收器中被预热到800℃~1000℃，太阳能热发电效率可达到20.6%。除此之外，还有以色列政府1995年资助的‘℃ONSOLAR’，项目和2001
年欧洲委员会第五计划资助的“S0LGATE’，工程。“SOLGATE’，工程在西班牙南部的PSA太阳能试验基地成功地进行了试验，在该工程中，太阳能集热系统采用了塔式集热装置，该塔式装置串联有三个接收器，热容量为O.3MW。压缩空气依次经过这三个接收器，分成三个阶段吸收太阳能热量，温度由296℃最终加热到810℃。该系统中太阳能集热装置热效率达到77%。
与太阳能用于朗肯循环的复合发电系统相比，太阳能预热空气系统中工质被太阳能加热到更高温度，工质做功能力增强，系统热效率增加，系统投资回收期也有望进一步降低。但是，接收器高温运行对设备的材质要求比较高。
(三)太阳能重整燃气
太阳能重整燃气是在单纯燃气循环的基础上，集成太阳能热利用系统，提供燃
气重整所需的热量，通过改变燃气化学成份提高燃气品质的发电系统。
目前可分为两类，传统的太阳能重整燃气和加入化学链的太阳能重整燃气。(1)传统的太阳能重整燃气
传统的太阳能重整燃气循环中，太阳能作为高温热源提供甲烷重整所需热量，将太阳热能转化成燃气的化学能，当燃气以更高的品质引入常规燃气循环后，提高了系统效率。重整反应中可以选择HZO或者CO:与甲烷反应，反应式如下：主反应为:CH4+ZHZO~3H2+ZCO或CH4+COZ~2H2+2C0;
副反应为:CO+HZO~HZ+COZ;
下面以图1一2为例介绍一下太阳能重整燃气系统的流程。
图1一2太阳能重整燃气系统
该系统选用水与甲烷发生重整反应。
甲烷在引入系统后、首先需要经过预热器，在预热器中预热后进入混合装置与
水混合;水在进入混合器之前，首先需要经过水处理，在与冷凝器过来的冷凝混合之后经过省煤器、蒸发器预热、蒸发，生成饱和气体进入混合装置。甲烷和的混合物在过热器中过热后最终进入反应器，在太阳能的作用下重整。重整后的合气体HzO、CO:和CO可用于预热下一级的反应物，再经冷凝器降温后进入燃烧
室，
通过布雷顿循环或者布雷顿一朗肯联合循环发电。SOLASYS项目是最早进行太阳能重整燃气系统的试验项目，在该项目中，建立了300kw的太阳能重整示范电站。SOLASYS项目于1998年启动，2001年4月投入运行，该循环可使太阳能热发电效率达到30%。由于较高的经济性，近年来太阳能重整燃气系统在国外得到了广泛的研究.
(2)加入化学链的太阳能重整燃气
该系统是在传统的太阳能重整燃气系统的基础上，通过加入金属氧化物(如Nio 或Fe203)来实现尾气零污染的新型联合发电系统。反应温度在450℃一550℃之间，一般选用槽式集热装置.
文献[4]刀介绍了应用AspenPlus模式的联合循环，其中燃气轮机选用PGgl31，金属氧化物选用NiO。系统流程如图1一3。
图1一3加入化学链的重整燃气系统
系统循环过程为:甲烷与氧化镍混合反应，温度530℃，由太阳能提供反应所需热能。太阳能通过化学反应转化成高品质的化学能，反应如下:系统循环过程为:甲烷与氧化镍混合反应，温度530℃，由太阳能提供反应所需热能。太阳能通过化学反应转化成高品质的化学能，反应如下:
CH4+4NIO4Ni+C02+ZHZO;
4Ni+2024Nio;
在化学链发电系统的还原反应器1中，由中低温太阳能热量提供还原反应热，用以甲烷与氧化镍发生还原反应，生成温度达1100℃二氧化碳和水馄合气体，进入燃气轮机2作功;在氧化反应器2中，固体产物镍与压气机过来的压缩空气反应生成氧化镍，释放出热量，加热压缩空气中未参加反应的0:和NZ，温度可达1200℃，进入燃气轮机1作功。燃气轮机1、2出来的高温尾气通过余热锅炉继
续加热给水生成蒸汽送入蒸汽轮机作功。反应的最终产物为CO:和HZO。这样通过还原反应，太阳能热量先与天然气化学能一起转化成金属镍的化学能，该部分化学能又通过氧化反应将化学能释放出来，从而实现了中低温太阳热能的高效利用。该系统中，太阳能转化成高品位的化学能引入常规循环，太阳能热电转换效率为31.8%。
加入化学链的太阳能重整系统另一个重要的特点就是完全消除了COZ污染。金属氧化物的加入改善了燃气成分，实现了CO:的全部回收。而且冷凝回收CO:不需要任何额外耗功，优于传统的CO之回收分离。不过这种系统中太阳集热装置比较复杂，成本比较昂贵。
化学链的提出表明，太阳能重整系统在努力提高太阳能出力的同时，也在不断朝着环保的目标发展，并取得了一定的成果。另外，富氧燃烧也是实现环保的一个新兴方向。文献[52]对富氧燃烧的太阳能重整系统进行了介绍。
(四)太阳能一煤气化
太阳能一煤气化热发电系统中，太阳能的热量将煤气化，生成合成煤气，之后通过布雷顿循环来发电，是化石燃料高效利用的重要途径之一。
系统流程见图1-4
图1-4 太阳能煤气化系统
其中，A部分是太阳能煤气化系统，B为朗肯循环系统，C为布雷顿一朗肯联合循环系统。
A+B、A+C分别组成与朗肯循环、布雷顿一朗肯循环的联合系统。不管是和哪种循环联合的系统，都可分为以下两个过程:
煤气化过程:
煤在太阳能热反应塔内吸收高温太阳能，发生反应如下:
C(固)+C02一2C0;CH4+H20一CO+3H2;
C(固)+2玩一CH4; CO+H20一COZ+HZ;
不同的温度、压力和碳氢比，生成的反应物成分和比例不同。温度在1200K以上时，生成物只存在HZ和CO，比例在1.14到1.27之间变化。此时，生成燃气的品质比气化前的煤高很多。
发电过程:
生成的合成气体送入燃烧室与氧气混合燃烧，进入燃气轮机发电。最后排出气体HZO和COZ。
文献中，对煤气化布雷顿一朗肯循环发电系统进行了分析。系统中太阳能聚
光比为2000，接收器运行温度为1077℃，系统的朋效率可达50%。太阳能煤气化系统具有以下特点:首先，利用太阳能提供气化热源，可以避免污染物的排放，由于没有燃烧，气化产物不会燃烧产物污染;其次通过热化学反应吸热，反应后生成合成气的热值可以提升;此外系统布置灵活，煤气化系统和发电系统可以布置在不同的地点，如:煤气化系统可以布置在太阳能相对更丰富的地区，生成的燃气经过储存、运输到发电系统，分离布置尤其适用于弱辐射地区和国家。目前太阳能驱动煤气化的研究已成为最近20年的热点研究方向[5’一59]。TsujiM1591提出了新的煤气化方法可以实现CO:的零排放，为实现太阳能煤气化制氢提供了可能。利用槽式太阳能集热器，还可与化石燃料锅炉相结合组成复合发电系统，s.D.odeh[60]等对此系统进行了研究，此系统的槽式集热器利用了做功蒸汽进行直接冷却，在对集热器吸热管中工质流动、传热过程进行研究的基础上，得出其在吸热管中的压力、温度分布情况;对集热器和锅炉不同受热面、回热系统的不同组合模式进行了热力分析，得出如果利用太阳能集热器取代燃气锅炉的蒸发受热面，则不仅使太阳能的贡献率达到最大，而且其单位功率的燃料消耗也是最小。E.J.Hu[6’一62]等提出用太阳能作为辅助热源代替从汽轮机抽汽来加热常规电厂给水的思想，并以Victoria的一个火力发电站为例做了理论分析，结果表明在理想条件下，用太阳集热系统收集的286℃的热媒作为辅助热源代替汽轮机抽汽来加热常规电厂的给水，节约的蒸汽可用于发电，可使火力发电
厂的发电功率提高30%。w.Yagoub[63]提出了将太阳热能与燃气锅炉复合进行热电联产的系统，并对此系统进行了试验分析。实际上，于1985一1991年间建造的、发电量达到全球太阳能发电量90%的、至今仍在商业运行的SEGS电站就采用了太阳能与燃气锅炉混合提供朗肯循环中蒸汽所需热量，驱动蒸汽轮机发电的方式，这9台SEGS电站采用的复合发电方式如表l一l。基于sEGs电站的运行数据，GregotyJ.Kolb[64l对sEGs电站m到Vll的性能进行了计算，得出SEGS班的热力性能优于其它机组，其净年太阳能热电转换效率可达10.6%，高于塔式太阳能电站SolarONE的效率，而且还高于当时的任何一种太阳能光伏发电技术。表1一2为SEGSVI机组中各环节的主要热力性能计算结果。上述集热式太阳能复合热发电系统中，IsCCS复合发电方式、太阳能与化石燃料锅炉相结合组成的复合发电系统是近年来太阳能大规模利用的一个有效途径。
表1一19台SEGS电站采用的复合发电方式
电站复合发电方式
SEGSⅠ太阳能预热，循环工质温度的进一步提高在燃气锅炉中完成SEGSⅡ-V在燃气锅炉循环的基础上引入太阳能，吸收太阳能热量的循环工质从
蒸汽轮机的某中间级引入
SEGSⅥ-VⅡ吸收太阳能热量的做功工质与在燃气锅炉中吸收热量的做功
工质混合后进入蒸汽轮机做功，但两者的温度可不一致SEGSVm-IX混合方式同SEGSVI一VII，但两者产生蒸汽的温度一样，故
燃气锅炉可作为备用
表1-2 SEGSⅥ机组中各环节的主要热力性能计算结果
聚光式集热器(CSP)欧洲的一些公司和实验室组成的联合体进行了下一代槽式聚光器的研究,提出了扭矩箱(torque
box)聚光器的概念，单位集热元件的长度也由LS一3的10Om加长到150m，这种集热器的概念在西班牙的PSA成功地进行了试验。
菲涅尔技术是一种和抛物面槽式集热技术相似的技术，只是它的反射器由许多长条状反射镜组成，在用于收集太阳能进行热发电时，可有效地减少占地面积。文献[68-73]对这种技术进行了研究。在抛物面槽式集热器中，合成油、矿物油、硅油、硝酸盐和水等都可以作为传热介质。其中，在最新的SEGS电站中采用了二苯基氧化物，商业名为TherminolVP一1和Do硒叽thermA。以水(蒸汽)作为传热介质的DSG(DirectSteamGeneration)抛物面槽式集热器是抛物面槽式集热器的先进技术之一，在用于太阳能热发电时可大大降低太阳能热发电的成本。当把DSG集热元件连接组成为太阳能集热器场时，这些集热元件的连接方式一般有三种(图1一5):
1)一次通过式(Once-through )
吸收器中的工质水，经过预热、蒸发、过热三个阶段被加热成过热蒸汽，·对应的工质状态依次经历过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽五个阶段，在湿饱和蒸汽阶段工质处于水与蒸汽共存的流动状态，此时比较难于维持流动的稳宁性。
2)再循环方式(Reeireulation)
包括蒸发段和过热段。工质过冷水经蒸发段被加热至饱和湿蒸汽状态，之后送入汽水分离器。湿蒸汽中的水和水蒸气在汽水分离器中分离，未蒸发的水经再循环管路送回至集热系统入口，分离出的蒸汽经过热段进一步加热到所需要的温度。
图1一5DSG集热器场的三种连接方式
3)注入模式(Injeetionmode)
集热系统由多个集热器单元组成，在每个单元出口都接有与入口水相通的管道，管道上装有测量装置。依据测量装置的信号可调节入口水量。
1）DSG集热器场的工质出口压力为(30一IO0bar)，通过集热器吸收管内工质
的质量流量和吸收管接收的太阳能辐射强度在很大的范围内变化时，吸收管的温度梯度都在安全范围之内;
2)对于采用再循环模式连接的DSG集热器场，其出口的过热蒸汽压力和温度更容易控制，尽管对于一次通过模式，也有有效的控制方法。
3)如果综合考虑经济、技术和运行维护的因素，再循环方式是最可行的方案，试验结果还表明即使再循环倍率很低时，这种方式仍有很好的稳定性;
4)项目试验中在运行工况变化相当大的范围内，集热器吸收管没必要采用一定的倾斜度来保证吸收管足够的冷却。
抛物面槽式集热器的传热流动性能是分析和评价集热器设计水平和运行状态的
重要依据。
寻求最优的太阳能场大小是太阳能热发电设计的主要问题之一
近来由南京春辉科技实业有限公司、河海大学新材料新能源研究开发院联合建设的国内首座“70kw塔式太阳能热发电系统”于2005年10月底在南京市江宁太阳能试验场顺利建成，并成功投入并网发电，该电站用燃气作为辅助热源，以弥补由于太阳能的波动而可能造成的温度不足的影响199];该研究团队还组成攻关队伍，在槽式抛物面反射镜、槽式太阳能接收器方面取得了突破性进展，完全拥有我国自主知识产权的IOOkW槽式太阳能热发电试验装置近期将安装完成并发电。另外中德合资内蒙古施德普太阳能开发有限公司正在进行内蒙古50MW槽式太
阳能热发电项目的可行性研究报告编制及有关项目的前期工作。华北电力大学在国家自然科学基金项目及国家973项目的支持下，于2007年开始展开了太阳能与化石燃料一体化发电系统的研究。
(一)对抛物面槽式集热器的传热流动性能进行研究
(二)提出太阳能热发生系统与燃煤发电系统之间能量流、物质流的不同祸合
方式及典型组态
(三)进行一体化发电系统集成规律的研究
(四)基于烟的不等价性，进行一体化发电系统的藕合机理研究
(五)进行一体化发电系统的热力特性研究和经济性分析
以水作为传热工质的DSG集热器是抛物面槽式集热器的一个发展方向，对DSG 集热器吸收管内工质的流动、传热性能进行研究，分析影响其热力性能的主要因素，可为太阳能集热器场的设计及运行提供指导。
抛物面槽式太阳能集热装置由槽式抛物面聚光镜及位于其焦线上的集热元件组成，其工作原理是太阳辐射光线经水平或略微倾斜布置的聚光镜反射，反射后聚光至其上方焦点处平行布置的接收器上转化为热能，通过接收器内集热介质的传递而成为有用收盗的;真空管环形接收器是一种主要的接收器形式，由表面涂有高温选择性吸收涂层的不锈钢管装在同心圆柱形玻璃套内而成。玻璃管内保持真空以减少热损失，其上涂覆有双层减反射膜，从而增强阳光的透射率。
LS一3的反射镜由热弯成型的玻璃板组成，支架为析架结构。反射镜的口径或宽度为5.76m，总长95.2m(镜面净长)。镜面为在低铁浮法玻璃的背面用银镀，再覆盖多层保护膜，其透射率为98%。镜子在特殊的、具有高精度的抛物线型窑里加工成型，
高质量的镜子能将97%的反射光反射到线性接收器上。吸热管作为抛物面槽式集热器的热收集元件HCE(heatcollectionelement)，是一根外径为70力n们以的不锈钢管，外镀金属陶瓷选择性涂层。钢管外套真空玻璃管，玻璃管的直径为
1巧mm，玻璃管上涂覆双层反射膜，阳光透过率为0.965。玻璃罩管和不锈钢管之间抽真空，用玻璃金属密封垫结合波纹管的方式达到真空密封。真空管内还装有吸气剂，吸收渗入真空管的气体分子以长时间保持一定的真空度，从而不仅可保护选择性涂层，而且还可减少在高温工作时的热损。真空度维持
在.00olmmHg(0.013Pa)时选择性涂层对太阳直射辐射的吸收率为0.96，350oC 时的发射率为0.19。
2.3.1集热器的热损模型
根据抛物面槽式集热器的结构，可绘出其传热热阻结构图如图。图中由太阳辐射光线经槽式抛物面反射后聚光至吸收器上的热量Qi。在到达吸收器表面后分为两股，一股为经过吸收器管壁传递至流体的有用热量Q。，另一股为经过玻璃罩管向外散失的热量Q
塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统就是在空旷得地面上建立一高大得中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔得周围安装一定数量得定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶得接收器得腔体内产生高温,再将通过吸收器得工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出得蒸汽得到冷凝,变成水，重新参加循环。 不同颜色得线条表示不同温度得工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式得聚光比小,一般在５0左右,为维持高温时得运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式得聚光比大,一般可以达3００到150０,因此可以使用非真空得吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术得槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔得吸热器可以在５０0℃到1５00℃得温度范围内运行,对提高发电效率有很大得潜力。而槽式得工作温度一般在400℃以内，限制了发电透平部分得热电转换效率。接收器散热面积相对较小,因而可得到较高得光热转换效率。 ５.塔式太阳能热发电系统得组成按照供能得不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳得实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上得吸热器吸收由定日镜系统反射来得高热流密度辐射能,并将其转化为工作流体得高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面得蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电。 由于太阳能得间隙性，必须由蓄热器提供足够得热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能得不足,否则发电系统将无法正常工作。 ６大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高１18 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔9２m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 ｍ3得饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 得燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦得汽轮发电机组构成。 ?热力循环过程包括两个方面：
光热发电的前景和弊端
光热发电的前景和弊端 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。这种技术的关键元件是太阳能电池，经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 一、光热发电 光热发电是指将太阳能聚集，通过换热装置提供蒸汽，进而驱动汽轮机发电。 1.原理不同：光伏--高纯硅可以利用太阳光照产生直流电，光伏发电； 光热--收集太阳热加热工质成汽态，推动汽轮机，发电机发交流电，光热发电；原理与传统发电的一样； 2.蓄能方式不同：光伏-蓄电池，使用期限是几年，需更换，更换的电池会造成大量污染； 光热-蓄热罐； 使用热熔盐，不需更换，只需添加； 3.使用方向不同：光伏--适合分散式、小规模、高档城市；小局域供电 光热--适合集中式、大规模、一般性地区；整个地区、省、甚至全国大范围供电，仅仅利用新疆沙漠100平方公里 的太阳热能，就够我们整个中国的用电；新疆沙漠是42.48万平方公里； 4.相关产业链不同：光伏--硅矿生产、提纯、切片、产品，相关产业链专业单一； 光热--钢铁、玻璃、水泥等等，涉及到多个行业，类似房地产，相关产业链长，非常丰富； 5.核心技术设备所有权不同：光伏--核心技术、设备都被德国、俄罗斯、日本、美国等掌握；我们需花大量外汇购买；光热--核心技术、设备全部国产化；所有知识产权完全国有； 二、含义：太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所
塔式与槽式太阳能热发电技术
塔式与槽式太阳能热发电技术 塔式太阳能热发电 塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。 塔式太阳能热发电特点 塔式电站的优点： １．聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高； ２．能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效； ３．接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。 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。以美国Ｓｕｎｌａｂ为代表的研究部门以及Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测图１。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。 我国塔式太阳能热发电技术发展状况 随着太阳能利用技术的迅速发展，从２０世纪７０年代中期开始，我国一些高等院校和科研院所，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础试验研究，并在天津建造了一套功率为ｌｋＷ的塔式太阳能热发电模拟装置。 《中国新能源与可再生能源１９９９白皮书》指出：我国太阳能热发电技术的研究开发工作早在７０年代末就开始了，但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验样机，与国外差距很大。 近几年来，中国工程院院士张耀明教授带领南京春辉科技实业有限公司南京玻璃纤维研究设计院三所科技人员，在太阳能热发电研究领域中，取得了自动跟踪太阳、聚光、
碟式太阳能热发电系统的原理与构造
碟式太阳能热发电系统的原理与构造 芃 摘要：碟式太阳能热发电系统由碟式抛物面聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，本文介绍了碟式抛物面聚光镜的结构，并介绍了碟式太阳能接收器的原理与结构。 关键字：碟式太阳能发电系统，碟式抛物面反射镜，直接加热式太阳能接收器，间接加热式太阳能接收器，池沸腾接收器，相变式太阳能加热器，斯特林发动机 碟式太阳能热发电系统主要由碟式聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，目前峰值转换效率可达30%以上，是一种有前途的太阳能热利用装置。 1. 碟式抛物面反射镜 碟式太阳能热发电系统采用旋转抛物面汇聚太阳光，旋转抛物面是抛物线绕轴线旋转形成的面。与抛物面轴线平行的光线照射到镜面时，光线会聚焦到焦点，在焦点放置的物体会被加热到很高的温度，见图1。 图1 旋转抛物面聚光镜 每个碟式太阳能热发电系统都有一个旋转抛物面反射镜用来汇聚太阳光，圆形的反射镜像碟子一样，故称为碟式反射镜。由于反射镜面积小则几十平方米，大则数百平方米，很难造成整块的镜面，是由多块镜片拼接而成。一般几kW的小型机组用多块扇形镜面拼成园形反射镜，如图2左侧照片；也有用多块园形镜
面组成，如图2右侧照片。大型的一般用许多方形镜片拼成近似园形反射镜，如图3照片所示。 图2 网上的碟式太阳能系统照片 图3 网上的碟式太阳能系统照片 拼接用的镜片都是抛物面的一部分，不是平面，多块镜面固定在镜面框架上，构成整片的旋转抛物面反射镜。整片的旋转抛物面反射镜与斯特林机组支架固定
在一起，通过跟踪转动装置安装在机座的支柱上，斯特林机组安装斯特林机组支架上，机组接收器在旋转抛物面反射镜的聚焦点上，见图4。 跟踪转动装置由跟踪控制系统控制，保证抛物面反射镜对准太阳，把阳光聚集在斯特林机组的接收器上。关于跟踪知识请浏览“鹏芃科艺”网站（https://www.sodocs.net/doc/4916266143.html,）的“聚光太阳能热利用”栏目“太阳的视运动与跟踪”章节。在该栏目的“碟式太阳能热发电系统”章节有碟式太阳能热发电系统动画，可在线观看或下载。 图4 碟式太阳能发电系统组成 2. 斯特林发电机组 斯特林发动机是一种外燃机，依靠发动机气缸外部热源加热工质进行工作，发动机内部的工质通过反复吸热膨胀、冷却收缩的循环过程推动活塞来回运动实现连续做功。由于热源在气缸外部，方便使用多种热源，特别是利用太阳能作为热源。碟式抛物面聚光镜的聚光比范围可超过1000，能把斯特林发动机内的工质温度加热到650度以上，使斯特林发动机正常运转起来。在机组内安装有发电机与斯特林发动机连接，斯特林发动机带动发电机旋转发电。 斯特林发动机的技术较复杂，就不在这里介绍了，在“鹏芃科艺”网站（https://www.sodocs.net/doc/4916266143.html,）有“斯特林发动机”栏目专门介绍斯特林发动机的原理与
塔式太阳能热发电技术
塔式太阳能热发电技术浅析 14121330 彭启 1.前言 太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能汇聚，生成高密度的能量，通过热功循环来发电的技术[1]。我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，一些高等院校和科研所等单位和机构，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套功率为lkW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为lKW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置[2~3]。 目前主流的太阳能热发电技术主要有4种方式：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式[4]，这4种太阳能光热发电技术各有优缺点。 塔式太阳能聚光比高、运行温度高、热转换效率高，但其跟踪系统复杂、一次性投入大，随着技术的改进，可能会大幅度降低成本，并且能够实现大规模地应用，所以是今后的发展方向。槽式技术较为成熟，系统相对简单，是第一个进入商业化生产的热发电方式，但其工作温度较低，光热转换效率低，参数受到限制。碟式光热转换效率高，单机可标准化生产、既可作分布式系统单独供电，也可并网发电，但发电成本较高、单机规模很难做大。线性菲涅尔式结构简单、发电成本低、具有较好的抗风性能，但工作效率偏低、且由于发展历史较短，技术尚未完全成熟，目前处于示范工程研究阶段。 2.发电原理与系统 塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能[5]。 塔式太阳能热发电系统，也称集中型太阳能热发电系统，主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成，基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中，再利用高温介质加热水产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 塔式太阳能热发电系统中，吸热器位于高塔上，定日镜群以高塔为中心，呈圆周状分布，将太阳光聚焦到吸热器上，集中加热吸热器中的传热介质，介质温度上升，存入高温蓄热罐，然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮机组发电，汽轮机乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回到低温蓄热罐中，再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图1所示。 图1 塔式太阳能电站系统流程示意图
槽式太阳能光热发电项目投资成本分析
槽式太阳能光热发电项目投资成本分析 当前的光热发电市场以槽式光热发电技术为主，超过80%的CSP电站（含已建和在建项目）都采用了这种技术。实践证明，槽式热发电技术是最实用、最成熟、成本效益最突出的CSP技术。 投入结构投入（百万美元）比例 劳动力支出62.417.1% 集热场11.3 3.1 土地等基建21.2 5.8 钢结构9.1 2.5 管道建设 6.4 1.8 电气安装14.4 4.0 设备支出140.338.5 反光镜23.1 6.4 集热器25.97.1 钢材39.010.7 驾线塔 3.9 1.1 基建7.8 2.1 跟踪系统 1.60.4 旋转接头 2.60.7 传热系统（管道、换热器、泵等设备）19.5 5.4 传热介质（导热油）7.8 2.1 电气、控制系统等9.1 2.5 储热系统38.410.5 熔盐18.6 5.1 储热罐 6.6 1.8 隔热材料0.70.2 换热器 5.1 1.4 泵 1.60.4 平衡系统 3.5 1.0 发电系统52.014.3 发电机20.8 5.7 电厂辅助设施20.7 5.7 电网接入设施10.5 2.9 其他71.019.5 项目开发10.5 2.9 EPC28.17.7 融资21.8 6.0 其他支出（津贴等）10.5 2.9 总成本364100 备注：该成本分析对象为西班牙Andasol 1 50MW光热电站，配置7.5小时熔盐储
热系统，镜场面积51万平方米。本结果由安永和Fraunhofer共同测算。 表：一个50MW槽式光热电站的投资结构 当前，槽式光热发电技术和塔式光热发电技术（不带储热）的成本大概在4500美元/KW和7150美元/KW之间。配置储热系统的CSP电站的成本当然会更高，但其产能也将提高。计算得出，带储热的槽式和塔式CSP电站的成本大概在5000美元/KW和10500美元/KW之间。上表中所列出的Andasol 1 50MW光热电站的每千瓦成本大概为7280美元/KW。
太阳能光热发电技术
太阳能光热发电技术的应用与发展 摘要：太阳能是一种用之不尽、取之不竭的清洁能源，在能源与环境问题日趋严峻的今天，很多国家都对太阳能发电技术进行了研究和实践，并取得了一些成果。太阳能光热发电是太阳能利用的一种有效方式，目前有槽式、碟式和塔式三种典型的太阳能光热发电方式。比之传统的火力发电方式，太阳能有其环保的优势，但是也存在一些问题需要去克服。随着人类对清洁能源的需求太阳能发电技术将会得到更加深入的发展。 1.太阳能热发电技术概述 能源与环境问题是当今世界面临的两个重要问题，随着化石能源的日趋枯竭，一次能源的利用成本也不断增加，由于大量的燃烧矿石燃料，使环境问题日益严重，温室效应、空气污染越来越引起人们的重视。近年来一些可再生能源受到了人们的推崇，为各国所重视。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，利用太阳能直接发电是缓解甚至解决能源问题的一种有效方式，世界各国也都在做积极的努力，已经有很多太阳能发电项目投入运行，太阳能发电技术在未来有着广阔的发展前景。 太阳能是太阳通过辐射的方式想宇宙空间释放的能量，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、等也都是由太阳能转换来的。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369W/ m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为 0.20kW/m2，相当于有 102000TW的能量，人类 依赖这些能量维持生存， 其中包括所有其他形式的 可再生能源（地热能资源 除外），虽然太阳能资源总 量相当于现在人类所利用 的能源的一万多倍，但太 阳能的能量密度低，而且 它因地而异，因时而变， 这是开发利用太阳能面临 的主要问题。太阳能的这图 1 世界各国太阳能发电装机容量些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统就是在空旷的地面上建立一高大的中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔的周围安装一定数量的定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温,再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出的蒸汽得到冷凝,变成水,重新参加循环。 不同颜色的线条表示不同温度的工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式的聚光比小,一般在50左右,为维持高温时的运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式的聚光比大,一般可以达300到1500,因此可以使用非真空的吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术的槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔的吸热器可以在500℃到1500℃的温度范围内运行,对提高发电效率有很大的潜力。而槽式的工作温度一般在400℃以内,限制了发电透平部分的热电转换效率。接收器散热面积相对较小,因而可得到较高的光热转换效率。 5.塔式太阳能热发电系统的组成按照供能的不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳的实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔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的高温热能。 高温工作流体通过管道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。 由于太阳能的间隙性,必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足,否则发电系统将无法正常工作。 6大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高118 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔92 m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 m3的饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 的燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦的汽轮发电机组构成。 热力循环过程包括两个方面:
国际主要槽式太阳能热发电站介绍
国际主要槽式太阳能热发电站介绍 河海大学南京中材天成新能源有限公司.安翠翠张耀明王军刘德有郭苏摘要:本文对国际上槽式太阳能热发电系统进行了归纳;介绍了几座具有代表性的系统，详细说明了其参数、现状;并跟踪了正在建设的几座槽式系统。 关键词:太阳能;槽式;热发电 虽然世界各国研究太阳能热发电技术已有很多年，但目前只有槽式太阳热电站实现了商业化示范运行，本文较为详细地介绍了世界各国槽式太阳能热发电的发展情况。 一、槽式太阳能热电系统简介 槽式太阳能热发电系统的工作原理是:采用只向一个方向弯曲的抛物面槽形镜面集热器将太阳光聚焦到位于焦线的中心管上，使管内的传热工质(油或水)加热至350~390 ℃，然后被加热的传热介质经热交换器产生过热蒸汽，过热蒸汽推动常规汽轮发电机发电。 从20世纪80年代初开始各国就积极发展槽式太阳能热发电技术，美国、西欧、以色列、日本发展较快，表1列出了已建、在建的槽式太阳能热电站。 二、实践应用 1 SEGS系统 20世纪80年代早期，美国由于能源危机致使石油价格猛涨，开始寻找替代能源，美国鲁兹(LUZ)公司在1985~1991年的短短七年间，投资12亿美元，共建造了9座槽式太阳热发电系统(SEGS I-SEGSIX )，总装机容量达354MWe，至今仍在运行。9座电站到2003年年发电总量见图1。 太阳能集热装置是槽式太阳能热发电系统的重要组成部分，LUZ公司分别开发了3种太阳能集热装置LS-I , LS-2和LS-3，并在SEGS I-SEGS IX上应用，从而大大降低了电站的运行费用。LS-I和LS-2集热器，由带铬黑表面的不锈钢管和抽真空的玻璃外套构成，铬黑表面的吸收率为0.94，在300℃时反射率为0.240。LS-3采用的是不锈钢管外表面涂覆有光谱选择性吸收涂层，太阳光吸收率为0.96，在350℃时的反射率为0.19。三种太阳能集热装置的参数及应用情况详见表2。
太阳能热发电
太阳能热发电 热动081班 20084140114 武伟杰随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有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。 这些都迫使人们去寻找新能源。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。最理想的新能源是太阳能。 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①
照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。 利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。 太阳能热发电系统一般由太阳能即热系统、蓄热与换热系统和汽轮机发电系统组成。与常规热发电的不同是太阳能热发电必须考虑太阳能能量密度低、间歇性、不稳定性等因素。太阳能热发电的集热系统用聚光集热装置将太阳能收集起来，将集热工质加热到一定的温度，经过换热器将热能传递给动力回路中循环做工的工质，或产生高温高压得过热蒸汽驱动汽轮机、再带动发电机发电；从汽轮机出来的发气，其压力和温度已大大降低，或经冷凝器凝结成液体后，被重新泵送入换热器，开始新的循环。太阳能电站一般带有储热装置。 太阳能热发电系统一般由六部分组成： （1）太阳能集热子系统； (2)吸热与输送热量子系统； (3)蓄热子系统； (4)蒸汽发生系统； (5)动力子系统； (6)发电子系统。 其中，前两部分简称为太阳场，是太阳能热发电技术的核心。由于太阳能供应不稳定、不连续，为保障热发电系统的稳定运行，通常在系统中配置蓄能子系统，将收集的太阳能热能存储起来，以保证在夜间或太阳辐照不足时的发电；或
太阳能光热发电特点、类型与前景分析
太阳能光热发电特点、类型与前景分析 发表时间：2017-12-01T09:58:43.030Z 来源：《电力设备》2017年第22期作者：杨阳 [导读] 摘要：太阳能光热发电虽在我国起步较晚，但随着国家对可再生能源的日益重视，光热发电产业呈迅猛发展的趋势。 （全球能源互联网集团有限公司北京 100031） 摘要：太阳能光热发电虽在我国起步较晚，但随着国家对可再生能源的日益重视，光热发电产业呈迅猛发展的趋势。作为一种新型的能源开发利用模式，光热发电极有可能发展为新的投资热点。本文介绍了太阳能光热发电的特点，分析了光热发电系统的主要类型，探讨了光热发电的前景。 关键词：太阳能；光热发电；应用前景 引言 随着全球气候温升变化、自然灾害频繁发生，环境污染和能源利用问题成为制约世界经济发展的关键因素。当前中国经济社会发展过程中同样面临能源问题的严峻挑战，电能作为经济发展的基础动力，其经济性与合理性影响着全社会的发展。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，据统计，全世界每年的能源消耗量仅为太阳40分钟内照射到地球上所释放的能量。太阳能光热发电逐渐成为当今能源利用的一个新热潮。 一、光热发电的特点 太阳能光热发电是通过聚集太阳辐射的能量，将热能转变成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电，这种发电方式叫做聚光式发电。美国从1984就已经开始利用太阳能光热进行发电，后来由于石化能源的价格下跌，美国取消了该方面的项目支持，直到2006年，随着能源危机的爆发，发达国家开始大面积的规划和建设光热发电项目。 （1）光热发电是通过“光--热--功”的转化过程实现发电的一种技术。光热发电在原理上和传统的化石燃料电站类似，两者最大的区别在于输入的能源不同。光热发电利用的能源为太阳能，通过聚光器将低密度的太阳能聚集成高密度的能量，经由传热介质将太阳能转化为热能，通过热力循环做功实现到电能的转换。 （2）太阳能光热发电从其发电原理上来看，是一种绿色能源的绿色利用方式，且太阳能资源是世界上分布最广泛的、取之不尽、用之不竭的可再生能源。从这个意义上看，太阳能光热发电技术的发展对于人类经济社会可持续发展具有重要意义。 二、光热发电系统主要类型 1、槽式发电系统 所谓槽式太阳能光热发电系统，其全称为槽式抛物面反射镜太阳能光热发电系统，其主要是把若干个槽型抛物面聚光集热器实施串并联形式的排列，通过太阳能来针对热管当中的工质进行加热，使得内部生成高温蒸汽，以此来推动汽轮发电机组来实现发电的功能。槽式太阳能聚光系统的聚光比通常在10～100之间，其以油为导热流体（工质）的聚热温度最高能够到达400℃，而以混合硝酸盐（工质）为导热流体最高能使集热温度达到550℃。相对来说，后者的发电效率较高[2]。除此之外，因为太阳光照存在时间不均匀的特征，这就需要应用其他措施或是构建蓄热系统来进行有效的补充。 2、线性菲涅耳反射器系统 最近几年以来，线性菲涅耳反射器系统开始逐渐兴起，这种系统主要是从最早的槽式太阳能发电系统不断改进优化后研发的。线性菲涅耳反射聚光器主要包括跟踪装置、反射镜场以及接收器这三个部分。所谓主反射镜场，主要是依靠若干个平面镜条共同组成的一种平面镜阵列，平面镜自身的转动轴（长轴）处在相同的平面中，通过跟踪装置的设定，使得平面镜能够绕着转动轴转动，达成跟随太阳转动的目的。当平面镜接受的发射光聚集在接收器的受光口以后，接收器则主要接受主反射镜当中的反射光，通过针对吸收钢管流动工质进行加热，就能够将光热转化成热能。线性菲涅耳反射器系统主要是利用菲涅耳结构当中的聚光镜来代替传统的抛物面镜，而其结构当中的集热管也具备二次反射的作用，聚光效率能够达到常规抛物面型集热器的3倍左右，而建设费用则能够减少一半。 3、塔式发电系统 塔式太阳能光热发电系统主要包括发电系统、主控系统、蓄热槽、接收器以及定日镜群这几个结构。通过在地面上建设一定数量的定日镜（自动跟踪太阳进行转动的球面镜群），而在这个定日镜群当中选择合适的位置构建一座高塔，在高塔的定点位置建设接收器，下面的定日镜群能够让太阳光汇聚成点状，集中照射到锅炉上面，能够让接收器当中的传热介质到达对应的温度，同时利用管道传递到地面的蒸汽发生器，生成高温蒸汽，最终实现发电的目的。相较于槽式太阳能发电系统而言，塔式太阳能发电系统的聚光比要更高，一般为300～1500之间，而运行温度也达到了1000～1500℃之间。塔式太阳能发电系统当中，接收器是至关重要的部分，依照导热介质的类型，现在主要包含空腔型与外部受光型。 4、碟式发电系统 碟式太阳能光热发电系统又可以称为盘式太阳能发电系统，属于世界上最早开发的太阳能动力系统。其主要是由若干个镜子共同组成的抛物面反射镜构成，通过接收在抛物面当中的焦点，具有非常高的聚光比，通常都能够达到3000以上，在焦点位置生成的温度非常高，通常可以达到750～1500℃之间，所以碟式太阳能发电系统具有非常高的热机效率。最近几年以来，碟式太阳能发电系统的发展主要集中在开发单位功率质量比更小的空间电源。 三、光热发电的前景 太阳能光热发电比光伏发电、风力发电更加有助于电网的稳定；并且避免了光伏发电中成本较大的硅晶光电转换过程，降低了成本，免除了污染，将作为新能源开发利用的主要角色。我国的太阳能资源非常丰富，特别是西部与北部地区，广阔的土地及丰富的太阳能资源能够适合光热发电大范围发展的需求。 太阳能光热发电产业的未来发展可从两方面阐述，一方面是建立配置储能装置的大型光热电站和建立光热与天然气联合型电站等，另一方面采取光热发电的分区布置式应用，包含在海岛、偏僻地区运用光热发电促成供电、供热以及海水淡化，在具备工业用热所需领域推广建立光热热电联合产业等。 结语 太阳能光热发电拥有广阔的发展前景，应加大对太阳能光热发电相关技术的研究，并在太阳能较为丰富的地区重点展开光热发电产
塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计
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塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计 作者：耿其东， 朱天宇， 陈飞， GENG Qi-dong， ZHU Tian-yu， CHEN Fei 作者单位：耿其东,GENG Qi-dong(盐城工学院机械工程学院,江苏,盐城,224051)， 朱天宇,陈飞,ZHU Tian-yu,CHEN Fei(河海大学机电工程学院,江苏,常州,213022) 刊名： 热力发电 英文刊名：THERMAL POWER GENERATION 年，卷(期)：2009，38(2) 被引用次数：0次 参考文献(5条) 1.刘祖平一种跟踪和聚光的全新的理论[期刊论文]-中国科学技术大学学报 2006(12) 2.张宝星太阳能利用的跟踪与聚集系统研究[学位论文] 2006 3.饶鹏.孙胜利.叶虎勇两维程控太阳跟踪器控制系统的研制[期刊论文]-控制工程 2004(06) 4.张明峰PIC单片机入门与实战 2001 5.Soteris A.Kalogirou DESIGN AND CONSTRUCTION OF A ONE-AXIS SUN-TRACKING SYSTEM 1996(06) 相似文献(10条) 1.期刊论文张耀明.张文进.刘德有.孙利国.刘晓晖.王军太阳能热发电系列文章(17)70kW塔式太阳能热发电系统研究与开发(下)-太阳能2007(11) 阐述了塔式太阳能热发电系统中的接收器、燃气体轮机系统、辅助系统和控制系统的有关知识;介绍了南京江宁70kWe塔式太阳能热发电系统的接收器、燃气体轮机系统、辅助系统和控制系统的构成;总结了系统建设的目的和意义,并展望塔式太阳能热发电的前景. 2.期刊论文杨敏林.杨晓西.左远志.YANG Min-lin.YANG Xiao-xi.ZUO Yuan-zhi塔式太阳能热发电吸热器技术研究进展-科学技术与工程2008,8(10) 近年来,塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展,大量实验和运行数据充分证明了其技术可行性和商业应用前景.文中较系统的回顾了塔式太阳能热发电系统吸热器技术的发展历程及现状,对应用较为广泛的熔盐吸热器、空气吸热器及水/蒸汽吸热器作了详细的分析,并展望了我国开展塔武太阳能热发电应用研究的发展方向. 3.期刊论文张耀明.刘德有.张文进.孙利国.刘晓晖.王军太阳能热发电系列文章(16)70kW塔式太阳能热发电系统研究与开发(上)-太阳能2007(10) 介绍了南京江宁70kWe塔式太阳能热发电系统的基本原理与总体思路;对比了太阳能级燃气轮机与普通情况下使用的燃气轮机的差别;从定日镜的光学原理、控制原理等方面出发,阐述设计、制造工作中的做法;并对定日镜场的整体布置提出了一些见解和看法. 4.学位论文姚志豪太阳能塔式热发电站系统建模与控制逻辑研究2009 本论文的研究对象是中国第一座MW级塔式太阳能热发电站，研究内容是对该电站进行系统建模并对系统控制逻辑进行探讨。该电站采用多面定日镜作为聚光器，将太阳法向直射辐射能量反射聚焦到吸热器上产生过热蒸汽，然后利用传统的朗肯循环实现蒸汽的做功发电。
本论文紧密围绕科技部“十一五”863重点项目“太阳能热发电技术及系统示范”的子课题“太阳能塔式热发电系统总体设计技术及系统集成”中的内容，在本文研究对象大汉塔式电站的系统模型建立、子系统过程分析、全系统仿真及全场控制系统设计等几个方面分别开展了研究工作。
在电站全系统模型建立方面，设计并分析了十种电站全场运行模式及其互相之间的判别和切换控制逻辑。同时，还设计并分析了九种电站全场运行状态及其互相之间的切换逻辑，并建立了电站全系统能流传递模型及光热和发电两大子系统的输入输出参数模型。在此基础上，对定日镜场、吸热器、储热子系统、汽轮发电机组的基本数学模型进行了描述和分析，由此构建了除管路和阀门之外，较为完整的大汉塔式电站系统动力学模型。
在子系统过程分析方面，分别对大汉塔式太阳能热发电站“聚光、集热、储热、发电”这几个子系统单元基本运行过程进行了分析和探讨。总结了影响塔式太阳能热发电站能量来源不稳定及非连续性的天文学与地理、环境等方面的基本因素，提出了校正定日镜跟踪误差的BCS原理性算法。从塔式电站生产电能、电网输送电能及用户需求电能三个方面，对储热系统的重要性作了分析。对大汉电站的双级储热系统，设计了其“储热-放热”运行模式判断与切换基本逻辑。初步提出了定日镜场反射聚光功率与吸热器升压及产生蒸汽流量之间的关联函数。对影响机组正常运行的主要因素即云遮工况出现时大汉电站的系统动作逻辑进行了初步设计。
在全系统仿真及全场控制系统设计方面，利用TRNSYS软件设计搭建了大汉电站全系统仿真模型，对其在设计日与全年的发电量进行了仿真与理论计算分析。同时，对世界上第一座已实现商业化运行的塔式电站西班牙的PS10进行了系统模型重建与仿真，并得到了与已公布数据有较好吻合的结果。另外 ，还初步设计了电站全场控制系统基本原理框图及吸热器的几个主要监测及控制回路。分别设计了吸热器蒸汽温度的蒸汽侧喷水减温调节与镜场侧聚光调节的方法，对其基本热力学过程及方案原理进行了分析。在此基础上，初步设计了吸热器串级三冲量给水调节系统并对其传递函数原理图进行了描述。同时，还初步设计了考虑塔式太阳能热发电站气象、环境及聚光精度影响等基本特性的吸热器过热段喷水减温控制系统SAMA图，并对其中关键的焓值计算方案进行了探讨分析。 5.期刊论文范志林.张耀明.刘德有.王军.刘巍太阳能热发电系列文章(7)塔式太阳能热发电站接收器-太阳能2007(1) 本文介绍了国际现有高温太阳能热发电接收器的类型、结构、性能、应用状况,并结合我国研究现状指出我国开展太阳能接收器研究需解决的问题. 6.期刊论文章国芳.朱天宇.王希晨塔式太阳能热发电技术进展及在我国的应用前景-太阳能2008(11) 在介绍塔式太阳能热发电系统的基本原理、系统组成的基础上,回顾了塔式太阳能热发电系统的发展历程,着重阐述了塔式热发电所涉及的关键技术,包括定日镜、接收器、传热蓄热工质的研究进展,并通过分析我国气象、地理条件及能源需求,指出塔式太阳能热发电在我国的西藏、内蒙等西北部地区具有广阔的应用前景.
太阳能槽式热发电系统在金昌的开发前景(吕仲奎、王健)
酒泉职业技术学院 太阳热能发电技术 课程设计 11 级太阳能应用技术专业
目录 一、槽式太阳能热发电系统 (3) （一）、槽式太阳能热发电系统的特点 (3) （二）、槽式太阳能热发电原理及结构 (3) 二、国内外的发展水平 (5) （一）国外的发展情况 (5) （二）国内的发展情况 (6) 三、关键技术 (6) （一）聚光器 (6) （二）吸收器 (7) （三）跟踪技术 (7) （四）热能储存 (8) 四、金昌市太阳能资源分析 (8) （一）金昌地理位置 (8) （二）金昌太阳能辐射条件 (9) （三）太阳能资源评价 (11) 五、结论与展望 (11)
太阳能槽式热发电系统在金昌的开发前景 一、槽式太阳能热发电系统 （一）、槽式太阳能热发电系统的特点 槽式太阳能热发电系统结构紧凑，其太阳能热辐射收集装置占地面积比塔式和碟式系统的要小30％～50％；且槽形抛物面集热装置的制造所需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产。用于聚焦太阳光的抛物面聚光器加工简单，制造成本较低，抛物面场每平方米阳光通径面积仅需18 kg钢和11 kg玻璃，耗材最少0 J。表1列出了3种太阳能热发电系统的性能比较情况。 表1 几种太阳能发电系统的性能对比 由表1可知：槽式太阳能热发电系统的装容规模最大、效率较高，已具商业化规模且技术要求相对较低，是一种比较理想的发电技术。LUZ公司1980年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业化运行。美国加利福尼亚从1991年开始运行的由9个槽式系统组成的太阳能热发电站总装机容量达354 Mw ，年发电l0 Twh，收入1．5亿美元。随着制造工艺的不断改进，槽式系统的发电效率已由11．5％提高到13．6％；建造费用由5976美元／kW 降低到30l1美元／kW ，发电成本由26．3美分／kwh降低到了l2美分／kWh。有专家预测，当发电成本降到8美分／kwh 时，太阳能热发电将可与常规矿物能源发电相媲美。 （二）、槽式太阳能热发电原理及结构 槽式太阳能热发电主要是借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收
太阳能热发电技术现状
i太阳能热发电技术现状 李强 衢州学院机械工程学院 4140113038 摘要：介绍了槽式、塔式和盘式太阳能热利用发电站的发展史和技术现状。指出槽式太阳能热发电站的功率可至 1000MW,是所有太阳能热发电站中功率最大的,其年收益也最高。塔式太阳能热利用发电站的功率可至1000MW，与槽式系统相比，在商业上还不成熟。但高温型塔式系统和燃气轮机混合发电或和混合发电站联合发电最具市场化前景。盘式太阳能热发电系统功率5-1000kW，它用在流动场所，应用范围大，除可满足用电需求，还可代替柴油机组。 关键词：太阳能热发电，进展。 Abstract：Groove is introduced, and disc tower solar thermal power plant's development history and the status quo of the technology. Points out that the trough type solar thermal power plants to 1000 mw of power, is the largest solar power in the thermal power plant, its annual revenue is the highest. Tower solar thermal power plant to 1000 mw of power, compared with the groove system, in business is not yet mature. But high temperature type tower systems and gas turbine hybrid power generation or joint power and hybrid power plants the most market prospects. Disc solar thermal power generation system power 5-1000 - kw, it is used in flow, application scope is big,
太阳能光热光电综合利用
本文由hpshu贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 2009 年第 1 期 上海电力 可再生能源发电 太阳能光热光电综合利用 倪明江 ,骆仲泱 ,寿春晖 ,王 ,赵佳飞 ,岑可法涛 ( 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室 ,浙江杭州 310027) 摘 : 太阳能光热光电的综合利用技术是将聚光、要分光、热电联用等技术集成 ,通过对太阳能全波段能量进行一体化地利用 ,可极大地提高太阳能的利用效率 ,降低成本 ,具有重要的研究价值和市场应用价值。文章介绍了太阳能光热光电综合利用系统的技术情况 ,分别对集中式和分布式两种技术路线作了阐述 ,分析了聚光 PV/ T 系统以及与建筑一体化设计的 PV/ T 系统的未来发展方向。最后 , 结合各类太阳能利用系统的特点 , 比较分析了各种光热光电技术存在的问题 ,提出了综合利用各种光热光电技术来提高应用效果的理念。关键词 : 太阳能利用技术 ; 热发电 ; 聚光热电联用 ; 光热光电综合利用中图分类号 : T K513 文献标识码 :A 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目(50676082) 1 引言 传统化石能源的大量使用 , 不仅造成了化石能源本身的短缺 , 也给世界环境带来了极大的危害 ,给人类生存空间造成了严重威胁。寻求可再生能源的高效清洁利用成了目前人类面临的共同问题 [ 1 ,2 ] 发展。而以现今的发展趋势来看 , 太阳能热力发电和光伏发电将是世界各国在太阳能利用领域研究的新重点。 2. 1 热利用 太阳能热利用方面 , 中国已成为世界上最大的太阳能热利用产品的生产、应用和出口的国家。 2007 年 ,集热器总保有量约为 10 800 万 m2 。热 。太阳能作为可再生清洁能源蕴藏着巨 15 大能量 ,被普遍认为是理想的新能源。太阳辐射到达地球表面的能量高达 4 ×1 0 5 利用形式多样 , 包括了太阳能热水器、太阳能空调、太阳能干燥和太阳能海水淡化等。 ( 1 ) 太阳能热水器太阳能热水器是太阳能热利用中最常见的一种装置。其基本原理是将太阳辐射能收集起来 , 通过与物质的相互作用转换成热能供生产和生活利用。我国是世界上最大的太阳能热水器制造中心 , 由我国生产的集热器推广面积约占世界的 76 % 。随着太阳能热水器的发展 ,出现了闷晒式、 M W , 相当于 每年 3. 6 ×亿 t 标准煤 ,约为全球能耗的 2000 10 倍。太阳能可以免费使用 ,又不需要运输 ,对环境无任何污染。在传统化石能源储备减少、价格快速上升 ,在温室气体排放引发的气候环境问题愈来愈显著的今天 , 太阳能作为可再生能源和新能源的代表 , 得到越来越多的关注 , 太阳能的利用、太阳能材料及相关技术的开发在世界范围内引起了重视
塔式光热发电技术介绍
塔式光热发电技术介绍 太阳能热发电是利用聚光太阳能集热器把太阳能辐射能聚集起来，加热工质推动原动机发电的一项太阳能利用技术。按太阳能采集方式不同，主要分为塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式四种。其中，塔式太阳能光热发电以其在规模化、光电转化效率以及投资成本等多方面具有槽式、蝶式以及线性菲涅耳式等难以媲美的综合优势，而具有更好的发展前景，目前各国都越来越关注塔式光热发电技术的发展和研究。 一、塔式光热发电技术介绍 1．基本原理 塔式系统主要由多台定日镜组成定日镜场，将太阳能反射集中到镜场中间高塔顶部的高温接收器上，转换成热能后，传给工质升温，经过蓄热器，再输入热力发动机，驱动发电机发电。塔式光热发电系统由聚光子系统，集热子系统，发电子系统，蓄热子系统，辅助能源子系统五个子系统组成。其中，聚光子系统与集热子系统为其组成核心技术。 2．塔式光热发电的优势 由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35％左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大；线性菲涅尔式太阳能热发电系统效率不高；碟式太阳能热发电系统单机规模受到限制，造价昂贵。与另外三种光热发电方式相比，塔式塔式太阳能热发电系统可通过熔盐储热，且具有聚光比和工作温度高、热传递路程短、热损耗少、系统综合效率高等特点，可实现高精度、大容量、连续发电，是最为理想的发电方式。 二、太阳能光热发电发展现状 日前，全世界已建成十余个塔式太阳能光热发电试验示范电站。代表性的塔式光热电站有美国的Ivanpah电站，西班牙的PS10、PS20以及Gema Solar电站、2016年2月刚投入运营的南非Khi Solar One塔式电站、新月沙丘电站。我国