第9章太阳热发电系统

第九章

太阳能热发电系统

Solarthermalpowersystem2024/11/8太阳能热发电1.什么是太阳能发电？

通过水或其他工质和装置将太阳辐射能转换为电能的发电方式，称为太阳能发电

太阳能发电热发电光伏发电先将太阳辐射能转换为热能，再将热能转换为电能通过光电器件直接将太阳辐射能转换为电能2024/11/8太阳能热发电2024/11/82.太阳能热发电技术分类利用太阳热能直接发电,如利用半导体材料或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热离子发电，碱金属的热电转换，以及磁流体发电等。其特点是发电装置本体无活动部件。但它们目前的功率均很小，有的仍处于原理性试验阶段，尚未进入商业化应用太阳能热动力发电，这种类型已达到实际应用的水平

2024/11/8第一节太阳能热发电系统工作原理第二节太阳能热发电系统组成第三节太阳能热发电系统基本类型第四节太阳能热发电系统现状与未来展望主要内容2024/11/8第十章

太阳能热发电系统

第一节工作原理一、火力发电系统工作原理二、太阳能热发电系统基本工作原理2024/11/8一、火力发电系统工作原理2024/11/81、火力发电系统概述

火力发电系统是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热、热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。

煤、石油、天然气火力发电是利用煤、石油或天然气等燃料的化学能来生产电能的

基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机旋转，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。2024/11/8火力发电是现在电力发展的主力军“十五”期间中国火电建设项目发展迅猛。2001年至2005年8月，经国家环保总局审批的火电项目达472个，装机容量达344382MW，其中2004年审批项目135个，装机容量107590MW，比上年增长207%；2005年1至8月份，审批项目213个，装机容量168546MW，同比增长420%。2、我国电力发展状况2024/11/82006年12月，全国火电发电量继续保持快速增长，但增速有所回落。随着冬季取暖用电的增长，火电发电量环比增长较快，当月全国共完成火电发电量2266亿千瓦时，同比增长15.5%，12月份与上月相比火电发电量增加223亿千瓦时，环比增长10.9%。但增速同比回落1个百分点，环比回落3.3个百分点；2006年1-12月，全国火电发电量为2.3×108万千瓦小时，同比增长15.8%，增速高于2005年同期3.3个百分点。2、我国电力发展状况2024/11/82007年1-10月，全国火电发电量为2.17×108万千瓦小时，比上年同期增长了16.04%。8月份的火电发电量最高，为2.39×107万千瓦小时，同比增长了10.19%。2008年1-12月，全国火力发电量累计产量为2.79×108万千瓦小时，2009年1-5月，全国火力发电量累计产量为1.09×108万千瓦小时。2、我国电力发展状况2024/11/8虽然当前火电发展增速减慢，但长远来看，在环保技术进步、发电成本降低、电力需求增加等积极因素的推动下，火电行业未来发展前景较为乐观。现在在中国已有部分核电机组，但我国煤炭丰富、电力偏紧的资源特征决定了今后相当长一段时间内，火力发电仍将在电力工业中占据重要地位。但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响。2、我国电力发展状况2024/11/83、火力发电系统分类一、按蒸汽压力和温度分中低压发电系统（3.92MPa，450度）高压发电系统（9.9MPa，540度）超高压发电系统（13.83MPa，540度）亚临界压力发电系统（16.77MPa，540度）超临界压力发电系统（22.11MPa，550度）二、按发电系统装机容量分小容量发电系统（100MW以下）中容量发电系统（100~250MW）大中容量发电系统（250~1000MW）大容量发电系统（1000MW以上）2024/11/83、火力发电系统分类三、按燃料分

燃煤发电系统，燃油发电系统，燃气发电系统，余热发电系统，以垃圾及工业废料为燃料的发电系统；四、按原动机分

凝气式汽轮机发电系统，燃气轮机发电系统，内燃机发电系统，蒸汽—燃气轮机发电系统等；五、按输出能源分

凝汽式发电系统（只发电），热电系统（发电兼供热）；六、按服务规模分区域性火电系统：装机容量较大，一般建造在燃料基地如大型煤矿附近。这类电厂又称为坑口电厂，其电能通过长距离的输电线路供给用户地方性火电系统：多建造在负荷中心，需经长距离运进燃料，它生产的电能供给比较集中的用户2024/11/84、火力发电系统组成现代化的火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。它由下列5个系统组成。燃料系统：完成燃料输送、储存、制备的系统。燃煤电厂具有卸煤设施、煤场、上煤设施、煤仓、给煤机、磨煤机等设备；燃油电厂备有油罐、加热器、油泵、输油管道等设备。燃烧系统：完成燃料燃烧过程，使燃料化学能转化为蒸汽热能的系统。主要有燃烧器、炉膛、送风机、引风机、除尘器、除灰设备等。2024/11/84、火力发电系统组成汽水系统：完成蒸汽热能转化为机械能的系统。主要有锅炉的汽水部分、汽轮机及其辅助设备，如凝汽器、除氧器、回水加热器、给水泵、循环水泵、冷却设备等。

电气系统：完成机械能转化为电能的系统。主要有发电机、主变压器、断路器、隔离开关、母线等。控制系统：完成生产过程中的参数测量及自动化监控操作的系统。2024/11/85、火力发电厂基本过程2024/11/8

基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机旋转，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。5、火力发电厂基本过程550℃过热器锅炉给水泵冷凝器冷却水汽轮机发电机20℃高温高压蒸汽2024/11/8

首先由锅炉将燃料燃烧释放的化学能通过受热面使给水加热、蒸发、过热，转变为蒸汽的热能；再由汽轮机将蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能，然后由汽轮机带动发电机将机械能转变为源源不断的向外界输送的电能。

5、火力发电厂基本过程火力发电厂生产的电能需要经过多次能量转换过程？燃料化学能烟气的热能工质的热能汽轮发电机组的机械能电能燃烧（锅炉）传热（锅炉）转换（汽机）转换(发电机)煤汽轮机锅炉给水泵冷凝器发电机化学能热能机械能电能锅炉汽轮机发电机2024/11/8汽轮机水泵冷凝器锅炉锅炉:燃料燃烧产生热量，将水变成蒸汽(吸热过程)汽轮机:将蒸汽携带的热能→动能→转子旋转机械能(对外作功过程)冷凝器:将作功后的低温低压蒸汽凝结成水(对外放热过程)水泵:提高水的压力,将水送入锅炉(消耗外功)工质:水和水蒸汽5、火力发电厂基本过程2024/11/8火力发电厂生产过程示意图1-锅炉；2-汽轮机；3-发电机；4-凝汽器；5-凝结水泵；6-低压加热器；7-除氧器；8-给水泵；9-高压加热器；10-汽轮机抽气管道；11-循环水泵5、火力发电厂基本过程2024/11/8燃煤电厂的Flash动画2024/11/8锅炉工作原理动画锅炉工作原理(动画)1-原煤斗;2-给煤机;3-磨煤机;4-汽包;5-高温过热器;6-屏式过热器;7-下降管;8-炉膛水冷壁;9-燃烧器;10-下联箱;11-低温过热器;12-再热器;13-再热蒸汽出口;14-再热蒸汽入口;15-省煤器;16-给水;17-空气预热器18-排粉风机;19-排渣装置;20-送风机;21-除尘器;22-引风机;23-烟囱2024/11/84×1000MW华能玉环电厂2024/11/84×600MW＋2×1000MW

山东邹县电厂2024/11/8二、太阳能热发电系统基本工作原理2024/11/8第十章

太阳能热发电系统

第二节太阳能热发电系统组成一、集热子系统二、热传输子系统三、蓄热与热交换子系统四、发电子系统Solarthermalpowersystem2024/11/8太阳能热发电系统组成2024/11/8一、集热子系统1.为什么需要集热呢？

太阳辐射能流密度低，在利用太阳能时，为了获得足够的能量或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。

2.什么是集热子系统集热子系统是吸收太阳辐射并转换为热能的装置，主要包括聚光装置、接收器、跟踪机构等部件。不同功率和不同工作温度的集热系统有相应的结构集热包含两个过程：（a）吸收太阳能（b）传递热量2024/11/83.集热子系统的分类太阳能集热器非聚光类聚光类照射到采光面的太阳辐射不改变方向也不集中射到吸热体上的太阳集热器通常有特殊的镜发射器或折射器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上，以提高吸热器上的能流密度，从而获得较高集热温度，但只能利用直射辐射，且需要跟踪系统。主要应用于太阳能热动力发电2024/11/83.集热子系统的分类（1）平板集热器

平板集热器是太阳能低温热利用的基本部件，是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。与聚光型集热器相比具有下列特点：结构简单，不需要跟踪；工作可靠，成本较低；可同时接受直射辐射和散射辐射；热流密度较低，工质温度较低，运行安全2024/11/83.集热子系统的分类（1）平板集热器

平板型太阳集热器的应用范围：为生活及服务业提供热水；用于采暖空调及制冷；为地下工程除湿、加温；提供工业用热水，如食品加工业、制革、印染等用热水；为各种养殖业、种植业提供低温热水2024/11/83.集热子系统的分类（2）聚光集热器

你能想象到的聚光方式有哪些？常见聚光集热器：线聚焦集热器点聚焦集热器菲涅尔透镜塔式聚光集热装置2024/11/83.集热子系统的分类（a）线聚焦集热器2024/11/83.集热子系统的分类（b）点聚焦集热器2024/11/83.集热子系统的分类（c）菲涅尔透镜菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。它被广泛地应用在投影显示、聚光聚能、航空航海、科技研究、红外探测、照明光学等领域上

2024/11/8（d）塔式聚光集热器

3.集热子系统的分类2024/11/8各种不同类型集热子系统的性能比较2024/11/8二、热传输子系统

将集热器收集起来的热能传输送给蓄热子系统2024/11/8二、热传输子系统2024/11/8二、热传输子系统2024/11/8二、热传输子系统

对于热传输子系统的基本要求是：(1)输热管道的热损耗小；

(2)输送传热介质的泵功率小；

(3)热量输送的成本低。2024/11/8三、蓄热与热交换子系统2024/11/8三、蓄热与热交换子系统1.为什么对采集到的热能进行存储呢？（1）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，为保证太阳能热发电系统稳定地发电，需设置蓄热装置。（2）适应电网调度2024/11/82024/11/8（1）低温蓄热以平板式集热器收集太阳热和以低沸点工质作为动力工质的小型低温太阳能热发电系统，一般用水蓄热，也可用水化盐等。（2）中温蓄热指100～500℃的蓄热，但通常指300℃左右的蓄热。这种蓄热装置常用于小功率太阳能热发电系统,适宜于中温蓄热的材料有高压热水、有机流体和载热流体。（3）高温蓄热指500℃以上的高温蓄热装置。其蓄热材料主要有钠和熔化盐等。（4）极高温蓄热指1000℃左右的蓄热装置。常用铝或氧化锆耐火球等做蓄热材料。2.蓄热和热交换系统的类型2024/11/8四、发电子系统类似常规火电机组2024/11/8燃煤电厂的Flash动画2024/11/8第十章

太阳能热发电系统

第三节太阳能热发电系统基本类型一、槽式线聚焦系统二、塔式系统三、碟式系统2024/11/8太阳能热发电系统基本类型槽式电站塔式电站碟式电站2024/11/8抛物面槽式

塔式碟式斯特林2024/11/8抛物柱面槽式反射器将阳光聚焦到管状的接收器上，将管内的传热工质加热，产生高温水蒸气，推动汽轮发电机发电槽式太阳能热电系统原理图一、槽式线聚焦系统2024/11/82024/11/8槽式电站槽式电站把聚焦器分散布置，使载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸汽，再汇集至汽轮机。如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传递给汽轮机回路中的工质。

2024/11/8槽式聚光器Parabolictroughconcentrator2024/11/8槽式电站集热器示意图One-axistrackingparabolictroughwithaxisorientedeast-west2024/11/8CollectorsinsouthernCA2024/11/82024/11/8槽式太阳能热发电流程2024/11/8抛物面槽式2024/11/8抛物面槽式真空集热管球形连接器支架反射镜2024/11/8槽式太阳能热电厂产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够的电能。由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。

“内华达太阳能一号”槽式太阳能热电厂，位于美国内华达州柏德市。2024/11/8槽式太阳能热电厂加利福尼亚州KramerJunctionSEGSIII太阳能热发电项目2024/11/8塔式太阳能热发电利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，进而产生水蒸气或高温气体，推动汽轮发电机发电塔式太阳能热电系统原理二、塔式系统2024/11/82024/11/8100m2定日镜heliostat2024/11/82024/11/8Currentheliostatprices$125to$159m-2

2024/11/8塔式系统2024/11/8塔式电站PowerTowers

塔式电站用一个中心吸收器取代火力发电站的锅炉。吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质(如水)加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮发电机组发电。塔式电站的聚光倍数高(1000～3000)，其介质工作温度通常大于350℃，因此通常被称为高温太阳能热发电。2024/11/8塔式电站PowerTowers

优点：聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。

缺点：塔式电站建设费用高，其中反射镜的费用占50%以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到20%。2024/11/8目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到104kW，太阳能辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔顶的中心吸收器上。计算机控制每块反射镜都能独立的根据太阳的位置来调整各自的方位和倾角，这保障了每块反射镜都能随时把太阳能反射到吸收器上，但这无疑增加了成本。塔式电站的致命缺点是太阳能电站规模越大，反射镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升。例如，一个计划中的1MW的塔式电站，要用2.93万块反射镜，单镜面积为30m2。这些反射镜布置在3km2的场地上，塔的高度为305m。

2024/11/8塔式系统2024/11/8塔式系统2024/11/8PowertowerinBarstow,California

2024/11/8PowertowerinBarstow,California

2024/11/8塔式太阳能热电厂2009年4月，西班牙在安达卢西亚（Andalucian）沙漠中建成当时全球最大太阳能电站2024/11/8碟式系统由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，通过加热接收器内的传热工质，驱动电机发电。碟式太阳能热电系统原理三、碟式系统20