太阳能热发电概述

太阳能热发电概述2023/4/20第1页，共26页，2023年，2月20日，星期六一：太阳能及其利用万物生长靠太阳，太阳是地球永恒的能源，地球上一年接收到的太阳辐射能是全球能耗的数万倍太阳能特点

普遍无害长久巨大——到处阳光到处电

但太阳能也具有分散性、随机性、间歇性等缺点，而需储能设备进行配合使用，以便保证夜间或雨雪天时的连续供电。也可考虑混合型发电系统。第2页，共26页，2023年，2月20日，星期六太阳能的基本利用方式

光热利用太阳能发电光化利用光生物利用第3页，共26页，2023年，2月20日，星期六二：我国的太阳能资源

等级划分一类地区：该地区全年日照时数为3200—3300h，年接收太阳辐射总量6680—8400MJ/m2，相当于225--285kg的标准煤燃烧所放出的热量。主要分布在：宁北、陇北、新东南、青西、藏西等地。二类地区：该地区全年日照时数为3000—3200h，年接收太阳辐射总量5852—6680MJ/m2，相当于200--225kg的标准煤燃烧所放出的热量。主要分布在：冀西北、晋北、蒙南、宁南、陇中、青东、新南、藏东南等地第4页，共26页，2023年，2月20日，星期六

三类地区：该地区全年日照时数为2200—3000h，年收太阳辐射总量5016—5852MJ/m2，相当于170--200kg的标准煤燃烧所放出的热量。主要分布在：鲁东南、豫东南、冀东南、晋南新北吉辽云、陕北、陇东南、粤南闽南、苏北皖北、京津、台西南等地。此三类地区，年日照时数大于2200h，太阳年辐总量高于5016MJ/m2，是中国太阳能资源较为丰富的地区。第5页，共26页，2023年，2月20日，星期六中国太阳能资源带第6页，共26页，2023年，2月20日，星期六三：太阳能热发电系统1.基本工作原理太阳能热发电技术是利用聚光设备将太阳光聚集后，通过超白玻璃、吸热膜层材料、高温储热材料等转化为足够温度的热能进行储存，然后接入类似火力发电厂的汽轮机系统，产生高温高压蒸气的驱动发电机发电。由于整个发电过程中的热源来自于太阳能，因此称为太阳能热发电系统。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，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电

太阳能热发电系统与火力发电系统的工作原理基本相同,其根本区别在于热源不同,前者以太阳能为热源,后者则以煤炭、石油和天然气等化石燃料为热源。第7页，共26页，2023年，2月20日，星期六2.太阳能热发电系统组成太阳能热发电系统由以下4部分组成：集热子系统、热传输子系统、蓄热与热交换子系统、和发电子系统，如下图所示。第8页，共26页，2023年，2月20日，星期六1.集热子系统：是吸收太阳能辐射并将其转换为热能的装置。该系统包括聚光装置、接收器和跟踪装置等部件。聚光器：聚光器用于收集阳光并将其聚集到一个有限尺寸面上，以提高单位面积上的太阳辐照度，从而提高被加热工质的工作温度。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。第9页，共26页，2023年，2月20日，星期六

2.热传输子系统：

对于热传输子系统的基本要求是：输热管道的热损耗小、输送传热介质的泵功率小、热量输送的成本低。

3.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,因此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。

4.发电子系统

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

第10页，共26页，2023年，2月20日，星期六四：热发电系统的基本类型

槽式线聚焦系统

塔式系统

碟式系统第11页，共26页，2023年，2月20日，星期六1、槽式线聚焦系统

槽式太阳能热发电系统是利用圆柱抛物面的槽式反射镜将太阳聚焦到管状的接收器上，而将管内传热工质加热。在换热器内产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的系统。第12页，共26页，2023年，2月20日，星期六优点：

容量可大可小；经济效益好；安装维护方便；控制成本低。缺点：

能量集中过程依赖于管道和泵，使得输热管路比塔式系统复杂，输热损失和阻力损失也比较大；抗风能力较差。槽式线聚焦系统的特点第13页，共26页，2023年，2月20日，星期六塔式太阳能热发电系统是利用实时跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到一个固定在接收塔顶部的接收器上，接收器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，并将其转化为工质的高温热能。

塔式太阳能热发电系统是在空旷平地上建立高大的塔，塔顶安装固定一个接收器（相当于锅炉），塔的周围安置大量的定日镜，将太阳光聚集并反射到塔顶的接收器上产生高温，接收器内生成的高温蒸汽推动汽轮机来发电。2、塔式太阳能热发电系统

第14页，共26页，2023年，2月20日，星期六2、塔式太阳能热发电系统

塔式太阳能热发电远景亚洲首座MW级塔式“大汉”电站第15页，共26页，2023年，2月20日，星期六

塔式热发电系统的关键技术1.反射镜及其自动跟踪

自动跟踪与太阳同步而获得最大热源

2.接收器

太阳能锅炉，要求体积小，热能效率高

3.蓄热装置

宜选用传热和蓄热性能好的材料作为蓄热工质第16页，共26页，2023年，2月20日，星期六塔式热发电系统的特点优点：具有规模大、热传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点，极适合于大规模并网发电缺点：聚光光强度波动大；占地面积大；中心塔必须足够高；造价高。第17页，共26页，2023年，2月20日，星期六塔式太阳能热动力发电的示意图

第18页，共26页，2023年，2月20日，星期六3、碟式太阳能热发电系统

是利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚焦在焦点上，放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质，驱动发电机组。碟式太阳能热发电系统也称盘式太阳能热发电系统第19页，共26页，2023年，2月20日，星期六碟式热发电系统的特点优点：

1：光热转换效率高，在三类系统中位居首位；2：使用灵活，既可以作分布式系统单独供电，也可以并网发电。缺点：

1：造价昂贵，在三种系统中也是位居首位，初投资成本高达4.7～6.4万元/kW；2：高聚光度的优点实际上并不能得到充分的发挥；3：热储存困难，热熔盐储热技术危险性大而且造价高。第20页，共26页，2023年，2月20日，星期六

比较

和槽式一样，碟式系统的太阳能接收器也不固定，随着碟形反射镜跟踪太阳的运动而运动，克服了塔式系统较大余弦效应的损失问题，光热转换效率大大提高。和槽式不同的是，碟式接收器将太阳聚焦于旋转抛物面的焦点上，而槽式接收器则将太阳聚焦于圆柱抛物面的焦线上。第21页，共26页，2023年，2月20日，星期六4.其他第22页，共26页，2023年，2月20日，星期六五：发展现状与未来展望发展现状从20世纪70年代中期开始，中国一些高等院校和研究所等单位和机构，在天津建造了一套功率为1kW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1kW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置。在北京，中科院电工研究所建立了一套1kW碟式太阳能热发电系统，近期又在北京建设一套1MW的塔式太阳能热系统。另外，河海大学、南京春辉科技实业有限公司通过与以色列合作研究获取了一定的接收器设计、试验及运行等相关技术经验，在南京江宁建设的中国首座75kW塔式太阳能热发电系统。

但总体而言，我国在太阳能热发电方面的研究还是比较落后的，尽管近年来国家对太阳能热发电技术的研究给予了相当的重视，并且也取得了一定的成果，但与国际先进水平的差距还很大，中国研究太阳能热发电技术还有很长的路要走。第23页，共26页，2023年，2月20日，星期六关于我国光热发电的思考1：国外的技术尚未完全成熟，还需要解决一些关键技术才能在太阳能热发电站商业化上实现更大的突破;2：如将国外的技术照搬过来而没有考虑我国特殊的地形与气候，大型太阳能热发电站的适用性不得而知3：

应当充分了解我国的气候与环境，因地制宜，采用合适的太阳热发电方式。第24页，共26页，2023年，2月20日，星期六

4：将太阳能发电系统与常规的发电系统整合成多能源互补的系统，既有效地解决了太阳能利用不稳定的问题，同时也能利用成熟的常规发电技术，降低开发利用太阳能的技术风险和经济成本5：大力研发关键