太阳能的开发和利用

1、L O G OL O G O 1 新能源新能源太阳能的开发和利用太阳能的开发和利用 2 世界现状世界现状 人口增加 经济增长 能源消耗 环境污染 探索新能源探索新能源 太阳能太阳能 生物质能生物质能 风能风能 核能核能 地热地热 海洋能海洋能 3 提纲提纲 1 2 3 L O G OL O G O 4 太阳能光热的应用介绍太阳能光热的应用介绍 5 这些你了解多少呢这些你了解多少呢 6 太阳光热利用太阳光热利用 1 2 3 4 7 太阳光热的定义 v 一一. .定义定义 太阳能光热是指太阳辐射的热能 集热器集热器：组成各种太阳能热利用系统的关键部件，吸收太阳辐射并将 产生的热能传递到传热介质的装

2、置。 集热器的分类集热器的分类： 按集热器内是否有真空空间分为：平板型集热器、真空管集热器 按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分：聚光型集热器、非聚光型 集热器 图1 图2 8 太阳能集热发电 太阳能空调与制冷 太阳能供暖 太阳能材料加工 9 太阳能太阳能集集热发电热发电 三种基本形式三种基本形式 塔式太阳能热发电塔式太阳能热发电 槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电 碟式太阳能热发电碟式太阳能热发电 利用集热器把太利用集热器把太 阳辐射热能集中阳辐射热能集中 起来给水加热产起来给水加热产 生蒸汽，然后通生蒸汽，然后通 过汽轮机、发电过汽轮机、发电 机来发电。机来发电。 太阳能太阳能集集热发电热发

3、电 10 太阳能集热发电系统图 11 世界太阳能热发电发展趋势世界太阳能热发电发展趋势 2013 1981年年-1991 人们最早对太阳能热发电的研究，可以追溯到人们最早对太阳能热发电的研究，可以追溯到18世纪世纪 70年代在巴黎建立的第一个小型点聚集太阳能热交互年代在巴黎建立的第一个小型点聚集太阳能热交互 蒸汽机蒸汽机 全世界建造了多种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电全世界建造了多种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电 站站20余座余座(塔式为主塔式为主);在美国加州沙漠建成的在美国加州沙漠建成的9座槽式太阳座槽式太阳 能发电站，更是将发电成本降至能发电站，更是将发电成本降至8美分美分/kW

4、h，太阳能热发，太阳能热发 电项目已成为各国建立新能源系统的方向之一电项目已成为各国建立新能源系统的方向之一 18世纪世纪 70年年代代 2013年槽式发电系统年槽式发电系统已经已经实现了商业化实现了商业化,太阳能太阳能 热发电正处在商业化前夕，专家预计热发电正处在商业化前夕，专家预计2020年前，年前， 太阳能热发电将在发达国家实现商业化，并逐步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。向发展中国家扩展。 12 我国光热发电发展趋势我国光热发电发展趋势 2012年8月 2011年7月19日 2007年6月1日 中科院和中国科技大学曾中科院和中国科技大学曾对槽式发电技术对槽

5、式发电技术做做 过单元性试验研究。要参观一个小型的太阳过单元性试验研究。要参观一个小型的太阳 能热发电集热系统也只能去西班牙和美国能热发电集热系统也只能去西班牙和美国。 20世纪70年代 国内首座国内首座7070KWKW的太阳能塔式光热发电的太阳能塔式光热发电 系统在南京顺利建成并投入并网发电系统在南京顺利建成并投入并网发电 位于北京延庆位于北京延庆亚洲首座塔式太阳能光亚洲首座塔式太阳能光 热发电站热发电站热加载试验获得成功，发电热加载试验获得成功，发电 容量容量1MW 我国第一座利用纯太阳能热发电电我国第一座利用纯太阳能热发电电 站站“中国科学院电工研究所八达中国科学院电工研究所八达 岭太阳

6、能热发电实验电站岭太阳能热发电实验电站”开始发电开始发电 13 太阳能集热发电基本形式太阳能集热发电基本形式 槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电 塔式太阳能热发电塔式太阳能热发电 碟式太阳能热发电碟式太阳能热发电 14 太阳能集热发电基本形式太阳能集热发电基本形式 槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电 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是加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电 15 槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电 图3 槽式聚光集热器槽式聚光集热器结构结构 图4 反射镜一般由玻璃 制造，背面镀银 并涂保护层 接收器 跟踪器跟踪器 16 槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电

7、 真空管真空管集热管集热管 直通形式，内有金属吸热管，用来吸收太阳光加热内部的传热液体， 一般用不锈钢制作，管外壁外有黑色吸热涂层。为了减小热量散发，集热 管外层装有玻璃套管，在玻璃套管与吸热管间有空隙并抽真空。 17 槽式太阳能热发电系统原理槽式太阳能热发电系统原理 热交换系统热交换系统发电系统发电系统 18 槽式太阳能发电系统原理槽式太阳能发电系统原理 热传输与交换系统热传输与交换系统 导热液：导热液：苯醚混合液、加压水混合液、导苯醚混合液、加压水混合液、导 热油等热油等 传热方式：传热方式：直接传热也可采用相变传热直接传热也可采用相变传热 传热液通过热交换器把水加热成传热液通过热交换器把

8、水加热成300300度左右度左右 的蒸汽，水蒸气去推动蒸汽轮机旋转带动的蒸汽，水蒸气去推动蒸汽轮机旋转带动 发电机发出电来。发电机发出电来。 19 槽式太阳能发电系统原理槽式太阳能发电系统原理 发电系统发电系统 从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电，从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电， 从蒸汽轮机排出的水经冷凝器转为水，再由给从蒸汽轮机排出的水经冷凝器转为水，再由给 水泵送往热交换器，再次产生蒸汽推动蒸汽轮水泵送往热交换器，再次产生蒸汽推动蒸汽轮 机。发电机发出的电经变压器转换成高压电输机。发电机发出的电经变压器转换成高压电输 送到电网送到电网。 20 太阳能集热发电基本形式太阳能集

9、热发电基本形式 v塔式太阳能热发电塔式太阳能热发电 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 美国美国SolarTwo-集中塔式发电集中塔式发电 21 塔式太阳能热发电 定日镜定日镜 定日镜主要由平面反射镜与跟踪机构组成。反射镜可 由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用镜面铝板或 镜面不锈钢板制造，反射镜安装在反光镜托架上。 22 塔式太阳能热发电 接收器接收器 根据采用的导热介质不同而不同，目前主要有外部受光型与空腔型 外部受光型接收器外部受光型接收器 太阳光照

10、射到接收器的吸热部件上再传给导热介质，工作温度很高，体积 大，受光面积至少比一个平面定日镜面积要大许多。 排管式接收器翅管式接收器 热管式接收器 螺旋盘管接收器 23 塔式太阳能热发电 v空腔型接收器 v空腔型即腔体式接收器，用耐高温材料制成的空 腔，空腔一面开口装有透光好耐高温的石英玻璃， 腔内壁有金属网以增大吸热与交换面积。腔内似 绝对黑体，吸热性能很好，会聚的阳光透过石英 玻璃窗口能在腔内产生很高温度，传热的工作介 质（一般用高压空气）通过腔内被加热成1000多 度的高温气体输出。 v由于腔体有保温层，故热损失小，空气价格又便 宜，但空气热容量小、导热系数低，如何高效传 热是主要的技术问

11、题。腔体式接收器目前多是只 有一面开窗的，故接受阳光的角度是有限的，一 般不超过120度。 24 塔式太阳能热发电系统原理图 25 碟式太阳能发电系统碟式太阳能发电系统 碟式太阳能热发电碟式太阳能热发电 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。 26 碟式太阳能发电系统碟式太阳能发电系统 27 碟式太阳能发电系统碟式太阳能发电系统 v斯特林发动机的工作原理 28 碟式太阳能发电系统碟式太阳能发电系统 直接加热式太阳能接收器 直接加热式太阳能接收器由于太阳光直接照射在加热器 管簇上，直接加热内部的工质 29 碟式太阳能发电系统碟式太阳能发电系统 v 间接加

12、热式太阳能接收器 v 间接加热式太阳能接收器多数是利用介质的相变来实现热量 传递。 30 三种发电系统性能比较三种发电系统性能比较 槽式槽式塔式塔式碟式碟式 规模30320MW 1020MW525MW 运行温度39073456510497501382 峰值效益20%23%29.4% 年净效率1116%720%1225% 商业化情况商业化示范实验装置 31 三种发电方式的优缺点三种发电方式的优缺点 槽式太阳能发电槽式太阳能发电 优点：系统结构相对简单、技术较为成熟 缺点：聚光比小、系统工作温度低、核心部件真空 管技术尚未成熟、吸收管表面选择性涂层性能不稳 定等问题 塔式太阳能发电塔式太阳能发电

13、优点：优点：聚光比高、运行温度高、系统容量大和热转 换效率高 缺点：前期投入过高且难以降低成本 碟式太阳能发电碟式太阳能发电 优点：优点：热效率最高、结构紧凑、安装方便 缺点：斯特林热机关键技术难度大、开发时间短 32 其他其他 采用一列同轴排列的反射镜取代传统意义上的抛物面反射采用一列同轴排列的反射镜取代传统意义上的抛物面反射 镜，将太阳光首先聚焦在上部的中央反射镜上，再由中央反镜，将太阳光首先聚焦在上部的中央反射镜上，再由中央反 射镜向下反射，将太阳光聚焦到地面接收器中，这种新型的射镜向下反射，将太阳光聚焦到地面接收器中，这种新型的 聚光方式称为聚光方式称为向下反射式或菲涅尔反射式向下反射

14、式或菲涅尔反射式 33 太阳能空调与制冷太阳能空调与制冷 太阳能制冷空调太阳能制冷空调就是将太阳能系统与制冷机组相结合，利就是将太阳能系统与制冷机组相结合，利 用太阳能集热器产生的热量驱动制冷机制冷系统。整机没用太阳能集热器产生的热量驱动制冷机制冷系统。整机没 有任何氟利昂类化学产品，达到完全无污染和接近零运行有任何氟利昂类化学产品，达到完全无污染和接近零运行 费用。费用。 34 太阳能空调与制冷太阳能空调与制冷 吸收式制冷系统吸收式制冷系统 由于这种制冷方式利 用吸收剂的质量分数 变化来完成制冷循环 常用的吸收剂-制冷 剂的两大组合： 溴化锂-水：用于 大中型中央空调 水-氨：用于小型 的家

15、用空调 溴化锂溶液溴化锂溶液 高浓度高浓度 溴化锂溴化锂 高压低高压低 温液态温液态 水水 汽化吸热降汽化吸热降 温温 低温水蒸气低温水蒸气 低浓度溴化锂低浓度溴化锂 压力压力 低低 35 制冷原理制冷原理 在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发 生器内受到热媒水的加热加热后，溶液中的水不断汽化水不断汽化；随着水的 不断汽化，发生器内的溴化锂溶液浓度不断升高，（压力也较 高）进入吸收器； 水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成 为高压低温的液态水； 当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时,因蒸发器内压 力低，急速膨胀而汽化，(有相变或部分相变产生)并在汽化过 程中大量吸收

16、蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目 的； 在此过程中，低温水蒸气低温水蒸气(蒸发过程的压力也较大) )进入吸 收器，被吸收器内的溴化锂浓溶液吸收，溶液浓度逐步降低， 再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续 制取冷量。 36 太阳能空调的优点太阳能空调的优点 太阳能吸收式空调与常规空调相比，具有以下三大明显的优优 点：点： （1）季节适应性好； （2）安全无污染； （3）噪声小，太阳能利用率高，经济。 有待解决的问题有待解决的问题： （1）急需开发各种小型的溴化锂或氨水吸收式制冷机， 以便与太阳集热器配套逐步进入家庭； （2）需研制可产生水蒸气的真空管集热器，以便与蒸气型

17、 吸收式制冷机结合，进一步提高集热器与空调建筑面积的配 比； 37 太阳能供暖太阳能供暖 太阳能热水器太阳能热水器 太阳房太阳房 太阳能供暖太阳能供暖 38 太阳能热水器太阳能热水器 太阳能热水器太阳能热水器是一种利用太阳辐射能，通过温室效应把水加是一种利用太阳辐射能，通过温室效应把水加 热的装置，它由集热器、储热水箱、循环水泵、管道、支架、热的装置，它由集热器、储热水箱、循环水泵、管道、支架、 控制系统及相关附件组成。控制系统及相关附件组成。 39 太阳能热水器太阳能热水器 太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和 平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器为主，占据国 内95%的市场

18、份额。真空管式太阳能热水器集热管利用热水 上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。真 空管工作原理图： 40 太阳房太阳房 太阳房太阳房是利用太阳能采暖和降温的房子。是一种既可 取暖发电，又可去湿降温、通风换气的节能环保住宅。太 阳房分为主动式和被动式两类。 1938年世界上第一幢主动式太阳房由美国麻省理工学 院建成。它是一种能够控制的采暖方式，用集热器、贮热 装置、管道、风机、水泵等设备“主动”收集、储存和输 配太阳能。因此这种太阳房的造价较高。但是室温能主动 控制，使用也很适宜。 被动式太阳房最早是在法国发展起来的。它主要依靠 建筑方位、建筑空间的合理布置和建筑结构及建筑材料的 热工性能，使房屋尽可能多地吸收和储存热量。 41 太阳房太阳房 42 太阳能材料加工太阳能材料加工 太阳灶太阳灶 太阳灶是利用太阳辐射 能，通过聚光、传热、储热 等方式获取热量，进行炊事 烹饪食物的一种装置。 43 太阳能热利用中心问题太阳能热利用中心问题 辐射吸收材料辐射吸收材料 太阳辐射吸收材料是太阳能热利用中的关键部分，它承 担着太阳辐射能的吸收和热传导双重任务。当前，人类太阳 能热利用的多数研究成果仅限于低温应用(100)，特别是 国内更是如此。随着能源短缺问题的日益突出，人类已开始 把目光转向更好品位的太阳能的热利用上太阳能中高温 利用，通