创建首家菲尔发电基地领跑全新太阳能高温发电科技

1、创建首家菲涅尔发电基地 领跑全新太阳能高温发电科技国家外国专家局 :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， 寻找洁净、高效新能 源成为当前人类面临的迫切课题。现有主要发电形式有 3 种，即火电、水电和核电。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。另一方面燃烧燃料释放大量的C02和硫的氧化物，导致温室效应恶化地球环境。水电要淹没大量土地， 有可能导致生态环境恶化， 而且水力资源也是有限的， 还受季节的影 响。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。这些都迫使 人们去寻找新能源。一是蕴藏丰富不会枯

2、竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。 目前最有效的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。其中，最理想的新能源是太阳能。近几年来， 皇明在太阳能高温发电开发与利用应用技术领域进行了大胆探索，先后建成槽式太阳能示范电站、 塔式太阳能示范电站以及碟式太阳能发电站， 在太阳能技术高温利用 方面取得了巨大进步。通过结合各种太阳能发电形式的优点，综合利用国内外智利和技术， 皇明创造出新型发电形式-菲涅尔式发电，并创建了 2MW级太阳能热发电站。为加快热发 电核心技术与系统集成系统的推广和应用， 促进新能源产业升级， 现申请建立中国太阳谷菲 涅尔发电示范基地。相关情况如下：一、中国太阳谷及项目

3、承办单位简介 德州市位于山东西北部，京津经济圈内，从90 年代开始致力于太阳能产业发展，形成了以皇明、 亿家能、 旭光等企业为龙头的新能源产业格局，每年产值近 300 亿元，被中国可再生能源协会、中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会、中国农村能 源行业协会太阳能热力用专业委员会联合命名为“中国太阳谷”，已发展成为世界上 最大的太阳能光热研发、检测、制造、物流及光伏终端研发生产基地，成为世界学习 和了解中国太阳能产业的窗口。2010年 9月，第四届世界太阳城大会将在这里举行。中国太阳谷占地 3000 余亩，位于德州经济开发区，由皇明洁能控股有限公司（原皇 明集团有限公司）主导打造，是目前世界

4、上最大的太阳能光热研发检测、制造物流及光伏 终端研发生产基地， 也是目前世界上最大的太阳能高科技孵化器。 根据规划， 中国太阳谷将 被打造成世界级可再生能源研发检测中心、 制造物流中心、 科普教育示范中心、 观光旅游中 心、国际会议中心等“五大中心” 。 2010 年 9 月份全部投入运营。皇明洁能控股有限公司（原皇明集团有限公司）是一家集集太阳能光电、光热、太阳能真空集热管、太阳能建筑、 温屏节能玻璃等产品研发检测、制造、 营销推广于一体的太 阳能产业集群， 大型民营股份制企业集团， 是世界上最大的太阳能热水器和真空管制造基地。 皇明下设热水器厂、真空管厂、电子仪器厂、温屏玻璃公司、光电EC

5、S、 ODIC 事业部、工程公司、房地产公司、中央研究院、 南京电子研究所、欧洲研发中心等十余家海内外分支机 构。皇明始终引领行业发展潮流， 目前拥有国家专利 603 项，先后承担和参加了 132 项国家 级项目， 其中包括六项国家 "863" 项目、三项国家科技攻关计划、 两项国家 "火炬计划 " 项目、 一项国家 "双高一优 " 项目、一项国家重点支持固定资产投资项目等； 运用专利干涉镀膜技术 生产的“三高管”、“四高管”、 UTLE 极地超寒管，以及独家掌控的高温热发电核心部件 镀膜集热钢管等，在国际上遥遥领先；拥有太阳能采暖制

6、冷、建筑节能、光电照明，海 水淡化等领域的国际国内领先技术。皇明洁能控股有限公司还创造了太阳能“ 5 2 3 5度数”、“8115读数”。所谓52 3 5度数，以皇明2 0支冬冠太阳能热水器为例，每推广1台太阳能热水器，就相当于种植5棵树，节约2 0 0方天然气，3 0 0千克石油，5 0 0千克煤。所谓8115读数，创 业十年以来， 皇明科普万里行车队每年推广太阳能 200 多万平方米， 推广应用的产品为国家 节约标准煤累计达1000多万吨，产品可减少相应煤污染的排放量500多万吨。二、太阳能热发电背景介绍太阳能是世界公认的潜力巨大的清洁能源 , 将太阳能作为一种能源和动力加以利用，人 类已

7、经有 300 多年的历史。近年来，尤其是进入 21 世纪以来，随着常规化石能源的日见枯 竭，太阳能作为一种清洁无污染而又来源巨大的能源， 逐渐成为新能源研发的重点， 世界各 国对新能源的开发和利用投入了大量的人力和物力。如太阳能发电技术位居世界前列的德国， 在巴伐利亚州法兰哥尼亚地区的阿恩施泰因建 成大型的太阳能发电场，其发电功率为 12.4 兆瓦，可以同时满足 3500 户家庭的用电需要。 这座太阳能发电场占地 77 公顷，将拥有 1500套太阳能发电装置。 它由两家私人企业联合策 划，建成后发电功率是目前世界上最大的5 兆瓦风力发电站的两倍多。这两家企业计划完全通过私人购买的方式，筹集建场

8、所需的 7500 万欧元。个人购买套太阳能发电装置的需要先 投资 1.44 万欧元。据调查，这种集资建太阳能发电场的全新途径在德国有着广阔的发展前 景。在日本，太阳能发电是非常普及的。 在家庭方面，太阳能发电普及的难点就是费用非常 高。购买太阳能发电装置的费用能否比电费合算是关键，这在以前也是做不到的。 当时的太阳能发电装置很难卖出去，正是因为卖的数量少， 所以不能大规模批量生产。在韩国， 他们 将于 09年 4月份与美国公司一起建设世界最大太阳能电厂， 每小时发电 17兆瓦。 该电厂发 电量远远超过德国同类型电厂每小时 5 兆瓦发电量，目前属世界最大的太阳能发电厂。目前世界上太阳能发电分为光

9、伏发电和聚热发电两种方式。经过世界上各国的持续研转化究，光伏发电已经形成成熟技术，而聚热发电还处于起步阶段。但是光伏发电成本高、 率低、 存储条件苛刻、 核心技术掌握在欧美等发达国家手中， 虽然近几年来我国光伏产业规 模急剧膨胀， 但在关键技术环节还受制于人， 而且产能过剩。 因此我国应大力发展太阳能热 发电技术，力求抓住机遇，自主创新，形成自己的核心技术产业群。太阳能热发电就是通过聚光集热器聚焦太阳直射光，将太阳能聚集起来产生高温热能， 加热真空集热管里面的工质， 产生高温， 再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽， 驱动 汽轮机发电机组发电。目前热发电形式主要有塔式，碟式，槽式三种，但是这

10、三种形式的太 阳能热发电系统都有着不同的缺点：( 1)塔式太阳能制作成本高， 尤其是跟踪系统对环境的要求比较高， 每提高一点的跟 踪精度，其成本成倍的提高；(2)碟式太阳能热发电系统的吸收器容易损坏，寿命短； (3)槽式太阳能热发电系统集热面积小，集热温度低，很难普及至民用建设。 综合考虑以上发电方式利弊后， 基于法国菲涅尔原理， 通过创新研发， 皇明创造出了一 种低成本、高聚光率、占地小、结构简单的热发电方式 菲涅尔热发电技术。三、菲涅尔( Fresnel )热发电技术介绍1822 年，法国物理学家奥古斯汀 . 菲涅尔( Augustin.Fresnel) 发明了菲涅尔透镜。现 代科学家运用

11、其透镜原理，研发出反射式线性菲涅尔聚光器( Concentrator of Linear Fresnel Reflector )，并运用于太阳能热发电。 根据该原理， 并采用独创的真空镀膜钢管和集成系统， 皇明研发出其独特的菲涅尔热发电技术。 这是皇明的创新， 更是国内外专家共同的智慧结晶。90 年代，“世界镀膜王”澳大利亚章其初博士，带着高效太阳能吸收涂层结构和高温太 阳能吸收金属陶瓷材料及制备技术等专利加入皇明， 并带领皇明的研发团队利用二项太阳能 吸收涂层发明专利，研究出了高温、高效太阳能集热管， 也就太阳能菲涅尔发电的核心部 件真空镀膜钢管，并获国家发明专利，成为唯一一家掌握该技术的企

12、业，用此技术制备的线性(Fresnel )聚光器选择性涂层方面膜层在空气中耐温度已达450 C。这为设计新型热发电用的太阳能采集系统提供了可能。在引进关键技术和专家的同时，皇明还积极与国外多家大学、研究机构等合作，全面 提高太阳能技术。 如，与德国 Fraunhofer 研究院合作，充分研究热力过程全工况仿真以及 热力系统先进能量系统的优化集成设计、能量转换系统的能损分析；太阳能塔式热发电系 统的集成设计、运行优化分析、控制模式研究，太阳能热发电系统、大辐射强热震条件下 的流动与传热研究；新型熔融盐 / 超临界水吸热、蓄热、传热技术研究等多项技术问题。 还 到西班牙菲涅尔式发电站进行培训学习，

13、并聘请国外技术专家 Andr出ARBOLEDA、Carlina等硕士研究员到公司进行技术指导。除积极学习国外技术，引进智力之外，在国内，皇明与还与中科院共同合作，对碟式发 电高温发电系统、 塔式发电系统等进行了研究。 研究出的高温聚焦器新的聚光跟踪理论应用 于太阳能热发电技术， 为结合塔式和槽式的优点、 消除两者的缺陷提供了实现手段。 其中聚 光反射镜采用平面， 聚光反射镜的跟踪采用自旋 - 仰角的控制方法。 菲涅尔( Fresnel )聚光热发电技术具有塔式或槽式难以兼顾的3 大优点：（1）聚焦光斑小而且均匀， 光热转换效率可以达到 80%（高于槽式） ，聚焦温度高达 400 度以上；（2）

14、被聚焦的目标可以固定不动如 塔式，使得系统机械大大简化并且散热损失小； 各反射镜的转动速率和方向完全一致如槽式， 因此 控制系统极为简单且安装调试非常方便；（3）反射镜可以做成1米X 4米或2米X5米的单体，抗风性能大大增强。菲涅尔式聚光发电是一种较低成本的新型聚光方法发电，其优点突出显示在聚光方式、 集热效果和生产成本上：优点一： 聚光效果好其它形式的聚光器主要是聚集太阳能的直射光， 所以对于它们的应 用主要局限在太阳能直射辐射条件较好的地区。 而 Fresnel 式阳能聚光是通过二次聚光， 不 但可以聚集直射光， 它还可以聚集部分散射光， 因此它的聚光效果要比槽式聚光器的好。 像 年累计太

15、阳能法向直射辐射为5000MJ/m2 的德州，非常适合采用这种聚光集热形式。优点二：用地合理其它聚光方式都不能像菲涅尔式节地。菲涅尔的聚光面积与用地面积的比是1:1.2, 而塔式是 1:5。另外菲涅尔式太阳能聚光系统由于风阻力小，因此可以在楼顶安装，对土地资 源昂贵的城市，利用太阳能菲涅尔式热发电技术是一个非常可行的方式。优点三：结构简单反射镜使用非曲面窄幅反光镜， 反射部分制作和安装方便。 由于没有曲面， 因此支架形 式也比其它几种聚光方式简单。 故其设计、 制作也很容易； 传动和跟踪控制系统是单轴四连 杆运动且反射面布局风阻小， 从而大大降低了设计难度和制作成本， 普通机械制造单位就具 备

16、这种制造能力。优点四：拥有核心技术菲涅尔式太阳能聚光系统结构虽然简单，但其核心部件一一耐高温400 C聚光器技术要求很高。 目前国内只有皇明集团掌握生产这种聚光器的核心技术并获得了国家发明专利，用此技术制备的线性（ Fresnel ）聚光器 （LFR, Liner Frenesl Reflector）耐高温，在空气选择性涂层的耐温已经稳定达到450C,在空气中330 C实验加速老化已经超过4000小时，产品已经进入中试。 综合以上四种太阳能热发电技术的特点， 本工程采用具有自主知识产权的 菲涅尔式太阳能聚光热发电技术。太阳能热发电技术性能比较表发电方式槽式系统塔式系统碟式系统菲涅尔式系统规模/

17、MW30 32010 2052530 320聚光比10 305003000500600050 80运行温度/ c390565750300500峰值效率/%20232421年净效率/%11 1672012 2513 18商业化情况可商业化示范示范（模型）可商业化技术开发风险低中高低应用前景可并网可并网可独立可并网可并网实施的难点聚光效果不咼， 弧面玻璃难制 做，且抗风性能 差投入成本很高， 占地面积大，稳 定性、抗风性差接收器易产生热点，造成接收器损坏或系统朋溃聚光效果咼，反 射镜面较易获得 难制做，且抗风 性能好四、菲涅尔式热发电系统推广的意义我国的发电以火力发电为主， 我国发电装机容量近 8

18、亿千瓦，6000千瓦以上火电机 组装机容量就达6 0 9 0 2万千瓦，火力发电主要利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能，但火力发电污染大、能 耗大、对资源依赖大。中国的火力发电的资源利用率低、技术还没有国外成熟，随着经济和社会各项事业的快速发展，面临着资源和环境的双重压力，据统计我国煤炭直接燃烧排 放的SO2、NOx等酸性气体污染量不断增长，使我国很多地区酸雨量大大增加，全国 每年将产生 140万吨SO2,火力电站也对附近环境造成粉煤灰污染，对人们的生活及植物的生长造成不良影响，平均一座1000MW火力发电厂每日的耗水量约为十万吨，全国每年消

19、耗 5000万吨标准煤。而太阳能发电作为新型的绿色的发电形势得到世界各国的普遍认识，现在太阳能高温利 用领域的技术日益成熟、越来越多的太阳能发电站相继落成。经不断地开发研究以及对太阳能热利用发电系统性能、技术、投入对比，现期证明大力开发利用菲涅尔式太阳能发电系统有重要意义。它投资小、抗风性好、综合利用价值高，最重要的是无污染，有很大的商业化 前景，对于调整我国能源结构、提高能源效率、减少环境污染将其道积极作用，是发展循环经济、建设资源节约型社会的具体实践。而项目所在地日照充足，具备丰富的太阳能资源， 而整个东部地区耕地多，人口密集，非常适合利用占地小，能量转化率高菲涅尔式太阳能发电系统。根据菲

20、涅尔集热器真空镀膜钢管的评估结果、所在地区电力系统供需现状和负荷增长预测结果，结合企业的筹资能力，确定本期建设目标为太阳热发电装机容量为2.5MW总投资1.8亿元，新建容量为2.5MW的菲涅尔式太阳能热发电集热系统、热能转换系统、汽轮发电 机组及配套工程。项目建设地点为皇明真空管生产五厂厂房顶部，房顶有效可布置面积为3.2万怦左右，考虑到镜场内的反射镜的间隙以及维修通道的布置，真正有效的反射面积为 2.55万m咗右；结合德州本地的日照情况(平均日辐照度650w/ m2),以及综合考虑菲涅尔系统的反射效率、聚光效率、吸收效率、保温效率的情况，本项目的太阳能热电转换后的装机容量确定为2.5MW整个项目将于 9月份竣工。至耐候会丰富当地电力供应，一定程度上