新能源发电技术太阳能热发电技术资料课件

新能源发电技术第3章太阳能热发电技术新能源发电技术目

录第3章太阳能热发电技术3.1太阳能热电技术研究发展概况3.2太阳能发电站的基本系统与构成3.3塔式太阳能热发电系统3.4槽式太阳能热发电系统3.5盘式太阳能热发电系统3.6太阳池热发电系统3.7太阳能热气流发电系统3.8太阳能热发电技术发展前景目录第3章太阳能热发电技术3.1太阳能热发电技术研究发展概况3.1太阳能热发电技术研究发展概况3.1.1太阳能热发电技术的分类

(1)太阳能热发电技术定义将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术太阳能热发电技术分类

利用太阳热能直接发电（发电量小，处于原理性试验阶段）半导体及金属材料的温差发电真空器件中的热电子或热离子发电碱金属热电转换磁流体发电将太阳热能通过热机带动发电机发电（与常规发电设备相似）3.1.1太阳能热发电技术的分类(1)太阳能热发电技术定3.1.2世界太阳能热发电技术发展历程

(1)1774年法国和英国科学家进行聚焦太阳能实验1878年，一个小的太阳能动力站在巴黎建立1901年,美国工程师研制成功7350W太阳能蒸汽机1913年，太阳能驱动水泵。36.8kW太阳能动力机随着石油和天然气的大量开采，人们对太阳能动力的兴趣受到限制1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站小型试验装置。1973年爆发世界性的石油危机，人们对太阳能兴趣增加，太阳能电池价格相对更贵，得到发展1980年年代中期，建造了几十座500kW以上的塔式电站，后由于投资太大，研究变冷。3.1.2世界太阳能热发电技术发展历程(1)1774年3.1.2世界太阳能热发电技术发展历程(2)1980年年代中期，以色列和美国联合组建的LUZ太阳能热发电国际有限公司，主研制槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，建立了9座槽式太阳能热发电站，除此投资和发电成本分别降到2650美元/kW和8美分/kWh，但是1991年LUZ公司破产。美国分别在1980年和1996年于加州建立了太阳I号和太阳II号10MW塔式太阳能热发电站。1983年美国加州建立盘式斯特林太阳能热发电系统20世纪70年代，以色列在死海建立了3座太阳池热发电站。1983年西班牙建成一座太阳热气流太阳能热发电站其它国家还有海水温差、太阳能热离子发电等3.1.2世界太阳能热发电技术发展历程(2)1980年年3.1.3中国太阳能热发电技术发展(1)1970年代中期开始应用性基础试验研究在天津建造一座功率为1kW的塔式太阳能热发电模拟试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试验装置中科院电工所对槽式抛物面反射镜子太阳能热发电进行了研究最近对碟式太阳能热发电研究较多3.1.3中国太阳能热发电技术发展(1)1970年代中3.2太阳能热发电站基本系统与构成3.2太阳能热发电站基本系统与构成3.2.1电站热系统(1)常规能源发电过程燃料在锅炉燃烧，加热工质(水)变成过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电，将热能转换成电能遵循兰金循环原理工作汽轮发3.2.1电站热系统(1)常规能源发电过程汽轮发3.2.1电站热系统(2)太阳能热发电工作原理利用太阳集热器将太阳能收集起来，加热工质（水）产生过热蒸汽驱动动力装置带动发电机发电，将热能转换成电能3.2.1电站热系统(2)太阳能热发电工作原理3.2.1电站热系统(3)太阳能热发电过程热力学上与常规热力发电厂完全一样，遵循兰金循环太阳能热发电与常规能源发电区别一次能源：太阳辐射能－矿物锅炉：太阳锅炉(集热器)－普通锅炉太阳能密度低不稳定一般需要设置蓄热子系统或辅助能源子系统，这是由太阳辐射能本身的特点决定的。3.2.1电站热系统(3)太阳能热发电过程3.2.2电站循环效率(1)电站循环效率热动力过程，效率最高的热力循环是卡诺循环要提高卡诺循环效率，提高工质温度和降低放热温度太阳能热电站选择地皮便宜和高纬度，缺水，空气冷却凝汽器3.2.2电站循环效率(1)电站循环效率要提高卡诺循环效3.2.2电站循环效率(2)电站循环效率为提高太阳能热循环系统的效率，重要方法之一是提高循环系统工质的初温。采用聚光集热器，还要涂高温选择性吸收膜决定太阳能热发电效率的另一个重要因素是太阳能集热器效率c理想的太阳能热发电系统总效率s=c由上式选择最佳工作温度3.2.2电站循环效率(2)电站循环效率3.2.3太阳能热发电系统组成(1)系统组成4大部分聚光集热子系统蓄热子系统辅助能源子系统汽轮发电子系统聚光集热子系统聚光器：收集阳光将其聚集到一个有限尺寸面上，提高单位面积上的太阳辐射度聚光方式：平面反射镜，曲面反射镜和菲涅尔透镜平面反射镜：聚光比100-1000，工质温度500-2000℃曲面反射镜：一维（槽型）抛物面反射镜、二维（盘式）抛物面反射镜和混合平面－抛物面反射镜槽型抛物面反射镜：聚光比10-30,集热温度400℃盘式抛物面反射镜：聚光比50-1000,集热温度800-1000℃菲涅尔透镜：线形聚光比3-50,圆形聚光比50-10003.2.3太阳能热发电系统组成(1)系统组成4大部分3.2.3太阳能热发电系统组成(2)聚光集热子系统聚光器的性能要求光学性能：镜面反射率越高越好；保持镜面清洁机械性能：反射镜面平整度好；镜面与镜体有很高的机械轻度与稳定性；镜面与保护膜有很强的粘合度化学稳定性：很强的耐腐蚀性能接收器接收经过聚焦的阳光，将太阳能辐射能转变为热能，并传递给工质接收阳光的表面必须涂覆选择性吸收膜跟踪装置跟踪方式：单轴跟踪（槽型）和双轴跟踪(盘式塔式)控制方式：程序控制、传感器控制、程序传感器结合控制3.2.3太阳能热发电系统组成(2)聚光集热子系统3.2.3太阳能热发电系统组成(3)蓄热子系统蓄热器采用真空或隔热材料作良好的贮热容器，对蓄热材料进行贮热和取热。蓄热方式有：显热蓄热价格低，易于得到；热容量小，蓄热器体积大潜热蓄热单位容积蓄热容量大;熔点不稳定和均匀,毒性和火灾化学储能A吸收太阳热能转变为B+C；B+C=A释放热能蓄热量大，体积小、质量轻等；目前仍存技术困难3.2.3太阳能热发电系统组成(3)蓄热子系统3.2.3太阳能热发电系统组成(4)辅助能源子系统维持电站能够一直持续运行如果没有辅助能源子系统则需要很大的蓄热子系

统容量增设常规燃料作为辅助能源，用于阴雨天和夜间常规燃料可以是天然气、石油和煤汽轮发电子系统动力发电装置种类及适合的发电系统:现代汽轮机；燃气轮机；低沸点工质汽轮机；斯特林发动机现代汽轮机和燃气轮机工作参数高：大型塔式和槽式太阳能热发电系统斯特林发动机：盘式抛物面发电系统低沸点汽轮机：太阳池太阳能发电系统3.2.3太阳能热发电系统组成(4)辅助能源子系统3.3塔式太阳能热发电系统3.3塔式太阳能热发电系统3.3.0引言(1)塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热

发电系统基本过程利用众多的平面反射镜阵列，将太阳辐射反射到置于高塔顶部的太阳能接收器上，加热工质产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电，将太阳能转化为电能。3.3.0引言(1)塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能3.3.1电站系统构成(1)塔式太阳能热发电系统由四部分组成聚光装置，集热装置，蓄热装置和汽轮发电装置3.3.1电站系统构成(1)塔式太阳能热发电系统由四部分3.3.1电站系统构成(2)聚光装置定日镜：平面镜、镜架、跟踪机构镜场设计:理想镜场每平方米镜面反射的太阳功率中冬春末中夏最大功率的95%(W)470680710超过最大功率95%的时间(h)3.64.65.8超过300W的时间(h)6.19.010.6有用的总功率(W)320059007200功率大于300W的总功率(W)270056006800功率大于300W的平均功率(W)52003.3.1电站系统构成(2)聚光装置中冬春末中夏最大功率3.3.1电站系统构成(2)聚光装置跟踪与监测控制装置：定日镜多，控制系统最为复杂3.3.1电站系统构成(2)聚光装置3.3.1电站系统构成(3)中心接收塔：也称动力塔，是塔式太阳能热发电站的集热装置。由接收器与高塔组成接收器（太阳辐射直流锅炉）：空腔型和外部受光型热分析：接收器吸收太阳的太阳辐射总功率P=IbAgsorIb

入射光幅度Ag

镜场地面面积反射镜覆盖镜场面积的百分数s反射镜利用系数o入射到反射镜面的阳光中经反射实际到达接收器上的百分数r接收器表面对入射阳光的吸收率3.3.1电站系统构成(3)中心接收塔：也称动力塔，是塔3.3.1电站系统构成(3)中心接收塔塔结构：钢筋混凝土和钢架竖塔的高度决定与镜场的规模蓄热装置两个开式贮热槽：冷盐槽和热盐槽一般贮热效率大于90%3.3.1电站系统构成(3)中心接收塔3.3.2典型塔式太阳能热发电站介绍(1)太阳I号电站简况美国能源部联合南加州几家公司合资兴建该电站位于北纬34.87°，西径116.83°，美国南加州沙漠地区附近1979年3月开始建设，1981年12月建成运行时间1982年4月12日至9月27日电站设计容量：10MW，夏季8h,冬季4h聚光集热装置定日镜1818台，四象限布置，单台定日镜反射镜面

39.9m2，

由12块背面镀银的微凹镜片组成。反射率为

0.903，

风速22m/s下可以运行，镜面收藏到低位时，可以抗风速40m/s。3.3.2典型塔式太阳能热发电站介绍(1)太阳I号电站3.3.2典型塔式太阳能热发电站介绍(2)太阳I号电站蓄热装置汽轮发电机组运行概况初试和评估期2年，正常发电3年,14周每周运行5天。电站初次投资比例定日镜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%其他设备4％3.3.2典型塔式太阳能热发电站介绍(2)太阳I号电站3.3.2典型塔式太阳能热发电站介绍(3)太阳II号电站概况设计容量10MW位于美国南加州Mojare沙漠地区1996年4月建成，6月发电定日镜1926台，40m2小型定日镜1818台，95m2的大型定日镜108台。定日镜双轴跟踪塔高91m蓄热系统2个钢制的蓄热盐槽3.3.2典型塔式太阳能热发电站介绍(3)太阳II号电3.4槽式太阳能热发电系统3.4槽式太阳能热发电系统3.4.0引言(1)槽式太阳能热发电系统全称槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统(SEGS)也称分散型太阳能热发电系统将众多槽型抛物面聚光集热器，经过串并联的排列，收集较高温度的热能，加热工质，产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。3.4.0引言(1)槽式太阳能热发电系统3.4.1电站系统(1)电站系统组成聚光集热装置，辅助能源装置，蓄热装置，汽轮发电装置与塔式太阳能热发电系统相比，区别在于聚光集热装置3.4.1电站系统(1)电站系统组成3.4.2聚光集热装置(1)聚光集热装置组成聚光器、接收器和跟踪机构聚光器槽型抛物面反射镜由许多抛物面反射镜单元组成采用低碳玻璃制作，背面镀银混合平面－抛物面反射镜单抛物面聚光器聚光倍数低，只有几十倍采用一组跟踪太阳的平面镜将阳光反射到抛物

面上，经过二次聚焦，提高聚光倍数接收器是一根作了良好保温的金属圆管目前有真空集热管和空腔集热管3.4.2聚光集热装置(1)聚光集热装置组成3.4.2聚光集热装置(2)接收器真空集热管金属圆管，涂选择性吸收膜，外面套真空的玻

璃套管。用于短焦距抛物面反射镜空腔集热管：与塔式太阳能热发电系统的相同集热管不承压：双循环系统工作温度低于400℃跟踪机构分为东西向和南北向布置南北向布置：单轴跟踪，比塔式简单东西向布置：定期跟踪调整多个抛物面反射镜只作同步跟踪，跟踪装置简化，投资降低3.4.2聚光集热装置(2)接收器3.4.3LUZ槽式太阳能热发电站介绍(1)简介20世纪80年代，LUZ公司在美国加州沙漠地区建成9座槽式太阳能热发电系统，总装机353.8MW电站系统太阳能与天然气双能源未设置蓄热子系统工质为联二苯和二苯醚的混合物真空集热管工质温度393℃3.4.3LUZ槽式太阳能热发电站介绍(1)简介3.4.3LUZ槽式太阳能热发电站介绍(2)聚光集热器型号从LS-1到LS-4LS-3以油为工质，阳光吸收率0.96，为真空集热管。LS-4以水为工质，取消了大量换热器总体指标设计寿命30年发电效率8.5%太阳能依存率50%SEGSVIII初始投资2650美元/kW，发电成本8美分/kWh，上网电价13－14美分/kWh3.4.3LUZ槽式太阳能热发电站介绍(2)聚光集热器3.5盘式太阳能热发电系统3.5盘式太阳能热发电系统3.5.0引言(1)19世纪70年代，法国巴黎建立了点聚焦盘式

太阳能热发电系统近20年来，开发盘式太阳能热发电系统为了

空间应用以单个旋转抛物面反射镜为基础，构成完整

的聚光集热和发电单元。单个容量功率较小，一般5－50kW可以分散的单独进行发电，也可以由多个组

成较大的系统发电。3.5.0引言(1)19世纪70年代，法国巴黎建立3.5.1装置构成(1)旋转抛物面反射镜与槽式抛物面反射镜镜面结构相同聚光比为500－6000接收器有机工质兰金循环动力机发电直流式空腔锅炉载热工质用硅油有机工质为甲苯气体工质布劳顿循环斯特林发动机发电将斯特林发电机直接安装在反射镜焦点处，运

行温度800－1000℃,工质为氦气，效率高跟踪装置：双轴跟踪3.5.1装置构成(1)旋转抛物面反射镜3.5.2曲型盘式斯特林太阳能热发电装置介绍1982年美国加州盘式斯特林太阳能热发电装

置主要参数聚光器直径：11m镜面面积：89m2焦距长度：6.6m焦斑直径：23-26cm工作温度：1090℃最大轴功率：26.5kW最大电功率：24.6kW转换效率：29%净效率：26%3.5.2曲型盘式斯特林太阳能热发电装置介绍1982年3.6太阳池热发电系统3.6太阳池热发电系统3.6.0引言(1)1902年，有人提出建造人工太阳池设想1948年，以色列学者提出建人工太阳池1958年，以色列政府同意试建，到1966年建立

了3座1973年世界石油危机，以色列重新开始研究1975年，以色列在死海边建立EinBoqeq建造了

世界上第一座太阳池发电站，发电功率150kW1983年，以色列在死海北角BetHaArava建立

一座5MW太阳池电站，1985年并网发电以色列计划在死海沿岸建造多座25MW和50MW的电站，目标是2000MW3.6.0引言(1)1902年，有人提出建造人工太阳池设3.6.1太阳池原理(1)太阳池原理太阳池是一个含盐量具有一定浓度的盐水池中间有一层隔热层可见光和紫外光被池底吸收太阳池形成温度梯度，盐浓度梯度没有被打破底部的热水可以用来工业加热和发电一般太阳池依托天然湖建立3.6.1太阳池原理(1)太阳池原理3.6.1太阳池原理(2)①高浓度盐层；②中浓度盐层；③低浓度盐层；④冷的盐水进，热的盐水出3.6.1太阳池原理(2)①高浓度盐层；②中浓度盐层；3.6.1太阳池原理(3)太阳池发电避免池底水沸腾抽出池底热盐水，送回冷盐水加热低沸点工质产生过热蒸汽以色列奥尔马特汽轮机公司1985年在美国加州建立世界上最大底太阳池发电站,总净发电功率48MW4个盐水湖,每个面积48103m2,池深3.6-4.8m池底温度可以达到93.3℃,系统运行温度82.2℃中国中西部天然盐水湖3.6.1太阳池原理(3)太阳池发电3.7太阳能热气流发电系统3.7太阳能热气流发电系统3.7.1基本工作原理(1)3.7.1基本工作原理(1)3.7.1基本工作原理(2)太阳能热气流发电原理利用地面空气集热器产生的热空气,从吸风口进入烟囱,形成热气流，驱动安装在烟囱内的风轮带动发电机发电分为3部分,大篷式地面空气集热器,烟囱和风力机地面空气集热器是一个罩着透明材料的大篷，太阳辐射能量50%被地面吸收，其中1/3的热量加热罩篷内的空气，1/3的热量贮于土壤中，1/3的热量反射和对流损失影响电站的因素:云、空气尘埃、集热器清洁