新能源技术专题 光热与其他

1、1. 太阳能热发电工作原理太阳能热发电工作原理 太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集，将某种工质加热到数百摄氏度的高温，然后经热交换器产生高温高压的过热蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。从汽轮机出来的蒸汽，其压力和温度均已大大降低，经过冷凝器凝结成液体后，重新返回热交换器，开始新的循环。所以，太阳能热发电就是把太阳辐射转换为热能，进而转换为机械能及电能。太阳能热发电太阳能热发电 2. 太阳能热发电系统的组成太阳能热发电系统的组成 集热系统集热系统 ：聚光装置聚光装置 ，接收器接收器 ，跟踪装置跟踪装置 热传输系统热传输系统 蓄热系统蓄热系统 动力机发电机动力机发电机 太阳能热发电太阳能热发电

2、塔式太阳能热发电系统塔式太阳能热发电系统 塔式太阳能热发电站的聚塔式太阳能热发电站的聚光装置是按一定排列方式布置光装置是按一定排列方式布置的平面反射镜阵列群，分布在的平面反射镜阵列群，分布在高大的中心接收塔的四周，形高大的中心接收塔的四周，形成一个巨大的镜场。电站设计成一个巨大的镜场。电站设计的容量越大，则镜场尺寸也就的容量越大，则镜场尺寸也就越大。根据经验，发电功率越大。根据经验，发电功率100MW需镜场面积约需镜场面积约2.5km2。 一个大型塔式太阳能热发一个大型塔式太阳能热发电站，镜场中通常装有几千台电站，镜场中通常装有几千台定日镜。定日镜。太阳能热发电太阳能热发电太阳能热发电系统的主

3、要类型太阳能热发电系统的主要类型 定日镜是电站的主要投资部分，是发电站的关键部件之一，因此对定日定日镜是电站的主要投资部分，是发电站的关键部件之一，因此对定日镜的性能具有严格的要求：镜面反射率高；镜面平整度误差小于镜的性能具有严格的要求：镜面反射率高；镜面平整度误差小于16；整体机械结构强度高，运行中能抵抗整体机械结构强度高，运行中能抵抗8级台风的寿命；运行稳定；全级台风的寿命；运行稳定；全天候工作；可以大批量生产；易于安装；维护少，工作寿命长。天候工作；可以大批量生产；易于安装；维护少，工作寿命长。 槽式太阳能热发电系统槽式太阳能热发电系统n槽式太阳能热发电系统槽式太阳能热发电系统又称槽式抛

4、物面反射镜又称槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统太阳能热发电系统（SEGS），也称分散），也称分散型太阳能热发电系统。型太阳能热发电系统。其主要工作原理是将众其主要工作原理是将众多的槽型抛物面聚光集多的槽型抛物面聚光集热器，经过串并联的排热器，经过串并联的排列，从而可以收集较高列，从而可以收集较高温度的热能，加热工质温度的热能，加热工质产生过热蒸汽，驱动汽产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。轮发电机组发电。太阳能热发电太阳能热发电太阳能热发电系统的主要类型太阳能热发电系统的主要类型 槽式太阳能热发电站系统可以分为四个部分：聚光集热装置、辅助能源槽式太阳能热发电站系统可以分为四个部分：聚光集热装置

5、、辅助能源装置、蓄热装置和汽轮发电装置。装置、蓄热装置和汽轮发电装置。与塔式太阳能热发电相比，除聚光集热装与塔式太阳能热发电相比，除聚光集热装置外，其他各部分的工作原理以及各自在系统中的作用上看，基本上都是一置外，其他各部分的工作原理以及各自在系统中的作用上看，基本上都是一样的。样的。盘式抛物面镜太阳能热发电系统盘式抛物面镜太阳能热发电系统n盘式太阳能热发电系统以单盘式太阳能热发电系统以单个旋转抛物面反射镜为基础，个旋转抛物面反射镜为基础，构成了完整的聚光、集热和构成了完整的聚光、集热和发电单元。由于单个旋转抛发电单元。由于单个旋转抛物面反射镜不可能做得很大，物面反射镜不可能做得很大，因此这种

6、太阳能热发电装置因此这种太阳能热发电装置的单个功率都比较小，一般的单个功率都比较小，一般为为550kW。它可以分散地。它可以分散地单独进行发电，也可以又多单独进行发电，也可以又多个组成一个组成一 个较大个较大的发电系统。的发电系统。 太阳能热发电太阳能热发电太阳能热发电系统的主要类型太阳能热发电系统的主要类型 n独立运行的盘独立运行的盘式抛物面镜太阳能热发电系统由三个部分组成：太阳能式抛物面镜太阳能热发电系统由三个部分组成：太阳能收集器系统、热机收集器系统、热机发电机系统和微机控制系统。发电机系统和微机控制系统。 太阳池热发电系统太阳池热发电系统n太阳池是一个含盐量具有一定浓太阳池是一个含盐量

7、具有一定浓度的盐水池。池的上部有一层较度的盐水池。池的上部有一层较轻的新鲜水，底部为较重的盐水，轻的新鲜水，底部为较重的盐水，使得在沿太阳池的垂直方向维持使得在沿太阳池的垂直方向维持一定盐度的梯度。一定盐度的梯度。 太阳能热发电太阳能热发电太阳能热发电系统的主要类型太阳能热发电系统的主要类型 n工作原理工作原理 n 上层清水与底部盐水之间是有一定厚度的非对流层，起着隔热的作用。由于水对红外辐射是不透明的，入射到太阳池表面的太阳辐射，红外部分在近表面几毫米以内的层中被吸收。太阳光的可见光和紫外线部分可以透过几米深的清净水，这部分辐射能量将被池的深色底部吸收。当池底部的盐水被太阳能加热后，水开始膨

8、胀上升，若膨胀所产生的浮力还不足以扰乱池内盐水浓度的稳定性，则可有效地抑制和消除因浮力而可能引起的池水混合的自然对流趋势。这样，贮存在池底部的热量只有通过传导才能向外散失。这就是太阳池热发电的基本原理。 非 对 流 层 （ 隔 热 层 ）对 流 层 （ 贮 热 层 ）土 壤 （ 贮 热 ）热 盐 水 （ 出 ）冷 盐 水 （ 入 ）新 鲜 水排 出 口太阳池热发电系统太阳池热发电系统n 一般太阳池都是依靠天然盐湖建造，因此在技术上有很大优点：池表面积大，是巨大的平板集热器；盐水容量大，是巨大的储热槽；设计结构简单；贮热时间长，可在1年以上；不污染环境；依托天然盐湖，建造成本低。太阳能热发电太阳

9、能热发电太阳能热发电系统的主要类型太阳能热发电系统的主要类型 n实际应用实际应用 n以色列奥尔马特汽轮机公司在美国加州东圣伯纳第诺地区一个干涸湖泊上建筑了世界上最大的太阳池发电站，其总净发电功率为48MW。第一组12MW机组于1985年投入运行，整座电站于1987年12月投入运行。这座电站有4个盐水湖，每个面积达48103m2，池深3.64.8m，可供12组汽轮发电机组发电。池底的浓盐水被太阳光加热后，温度可达93.3oC。用泵将浓盐水抽出，通过热交换器加热氟利昂，使之汽化，产生过热蒸汽，驱动低沸点工质汽轮发电机组发电。汽轮机排出的蒸汽经凝汽器凝结后，返回热交换器再行加热。系统运行温度可达82

10、.2oC。 分离器锅炉G太阳池水轮机泵汽轮发电机组凝汽器 地热蒸汽发电地热蒸汽发电 地下热水发电地下热水发电 地下热水发电有两种方式：一种是直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机工作，叫做闪蒸地热发电系统；另一种是利用地下热水来加热某种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作，叫做双循环地热发电系统 地热发电地热发电1 14 43 32 2 生物质能是人类最古老的能源。人类自从学会使用火，就开始利用生物质能。所谓生物质，就是所有来源于植物，动物和微生物的除矿物燃料外的再生的物质。 通常把生物质能资源划分为下列几大类别： 1）农作物类。包括产生淀粉可发酵生产酒精的薯类、玉米、甜高粱等，产生糖类的甘

11、蔗、甜菜、果实等。 2）水生藻类。包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布带草、浮萍等；微藻类的螺旋藻、小球藻类，以及蓝藻、绿藻等。 3）可以提炼石油的植物类。包括橡胶树、蓝珊瑚、桉树、葡萄牙草等。 4）农作物废弃物（如秸秆、谷壳等）、林业废弃物（如枝叶、树皮、锯末等）、畜牧业废弃物（如骨头、毛皮等）及城市垃圾等。 5）光合成微生物。如流细菌、非流细菌等。生物质能发电生物质能发电 1)生物质气化生产可燃气体及热裂解产品可燃性气体、生物油、炭等。生物质燃气是可燃烧的生物质如木材、锯末屑。秸秆、谷壳等在高温条件下经过干燥、干馏热解、氧化还原等过程后产生的可燃混合气体。其主要成分有CO、H2、C

12、H4等可燃气体及不可燃气体CO2、O2、N2和少量水蒸气。另外，还有大量煤焦油，它是由生物质热解释放出的多种碳氧化合物组成的。 2)绿色“石油燃料”酒精。把植物纤维素经过一定的加工改造，发酵即可获得乙醇（酒精）。 3)甲醇。甲醇是由植物纤维素转化而来的重要产品，是一种环境污染很小的液体燃料。 4)沼气。沼气是高效气体燃料，主要成分为甲烷（5570）、二氧化碳（约3035）和极少量硫化氰、氢气、氨气、磷化三氢、水蒸气等。 5)垃圾燃烧供能。城市垃圾经过分类处理后，在特制的焚烧炉内燃烧后利用其产生的热量发电是又一生物质能资源。 6)直接燃烧。生物质能转化的能源形式生物质能转化的能源形式 甲醇发电站

13、 城市垃圾发电技术：城市垃圾处理的新方向是通过发酵产生沼气再用来发电 生物质燃气（木煤气）发电技术生物质量热裂解发电 生物质能发电生物质能发电备用池热水箱沼气发动机控制设备水封料液热交换器进料废气沼气发动机组沼气流量计气水分离器消化池脱硫塔贮气柜电力残余物消化池润滑冷却器发电机沼气发电系统工艺流程图 潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机来发电。一般的水利发电的水流方向是单向的，而潮汐发电则不同。从能量转换的角度来说，潮汐发电首先是把潮汐的动能和位能通过水轮机变为机械能，然后再由水轮机带动发电机，把机械能转变为电能。 潮汐能发电潮汐能发电潮汐发电原理图

14、堤 坝蓄 水 池水 面海 平 面海 水海 水涡 轮 机落 潮 发 电堤 坝海 水涡 轮 机涨 潮 发 电蓄 水 池水 面海 平 面海 水燃料电池发电不同于传统的火力发电，其燃料不经过燃烧，没有复杂的从燃料化学能转化为热能，再转化为机械能，最终转化为电能的过程，而是直接将燃料中的氢气借助于电解质与空气中的氧气发生化学反应，在生成水的同时进行发电，因此其实质是化学能发电。 燃料电池发电燃料电池发电化学反应与电子的运动 电气状态结合状态氢分子氧分子水分子2 H2+ O22 H2O能量水平能量高能量低氢分子H2（中性）氢离子H+（放出电子，带正电荷）氧原子O2（中性）氧离子O（吸收电子，带负电荷）2在氢与氧结合产生水时，首先氢气放出电子，具有正电荷；同时，氧气从氢气中得到电子，具有负电荷，两者结合成为中性的水。在氢和氧进行化学反应中，发生电子的移动，把电子的移动取出，加到外部连接的负载上面，这种结构 即为燃料电池。 n为使移动的电子能够取出加到外部连接的负载上，有必要把氢与氧用以离子为导体的电解质将其分开，在电解质的两边进行反应。氢气反应的地方为燃料极，氧气反应的地方为空气极，夹在这两极中间通过离传导电力的