蝶式、槽式-、塔式太阳能发电区分详解

幻灯片1太阳能热发电种类Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.幻灯片36.3 碟式太阳能热发电系统l 碟式太阳能热发电系统是运用旋转抛物面的碟式反射镜将太阳聚焦到一种焦点。l 碟式系统的太阳能接受器也不固定，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l 碟式接受器将太阳聚焦于旋转抛物面的焦点上，而槽式接受器则将太阳聚焦于圆柱抛物面的焦线上 ，因此碟式接受器可以产生高温。 幻灯片4幻灯片5幻灯片6系统特性l 高聚光比：500-l 聚光表面温度：1000-1300l 效率高：28-30%l 面积不也许太大，因此功率150kW。l 太阳能运用效率高：国外文献报道：该系统可将85.6kW的辐射能转化成26.75kW 的电能，最高效率31.25%l 发电规模灵活，安装简便，不需用水沙漠等缺水区域可用。幻灯片7系统构成l 碟式抛物面太阳能聚光器l 碟式太阳能集热器l 斯特林发动机l 发动机及电输出系统幻灯片8碟式抛物面太阳能聚光器小聚光镜组合式构造简朴，造价低间隙，面积运用率低镜面张膜式构造简朴，造价低聚光镜拼接式面积运用率高，精度高幻灯片9碟式太阳能集热器l 间接式集热器l 相变换热，碱金属（钠、钾，钠钾合金等）l 热量传递快、容量大，温度恒定相变式、热管式、混合式l 直接式集热器l 温度分布极不均匀发电不稳定，不均匀幻灯片10斯特林发动机（引擎）l Stirling Enginel 苏格兰牧师、物理学家、热力学家Robert Stirlingl 18，申请专利。l 热机、外燃机l 理论效率最大效率，卡诺循环效率幻灯片11幻灯片12幻灯片13斯特林机l - 型斯特林机：两个独立动力活塞，热活塞密封，精密加工l - 型斯特林机：隔离活塞，直线型气缸，斯特林申请专利机型，工艺易实现，最合用机型l - 型斯特林机：与类似，但动力活塞和隔离块分开，也是最合用机型幻灯片14幻灯片15幻灯片16幻灯片17碟式热发电系统的长处l 光热转换效率高达85%左右，在三类系统中位居首位；l 使用灵活，既可以作分布式系统单独供电，也可以并网发电。l 气动阻力低、发射质量小，因此近年来研发重要集中于具有更小单位功率质量比的空间电源应用领域，此后的研究方向重要是提高系统的稳定性和减少系统发电成本两个方面。 幻灯片18碟式系统的缺陷l 1）造价昂贵，在三种系统中也是位居首位，目前碟式热发电系统的初投资成本高达4.76.4万元/kW；l （2）尽管碟式系统的聚光比非常高，可以达到的高温，但是对于目前的热发电技术而言，如此高的温度并不需要甚至是具有破坏性的。因此，碟式系统的接受器一般并不放在焦点上，而是根据性能指标规定合适地放在较低的温度区内，这样高聚光度的长处事实上并不能得到充足的发挥；l （3）热储存困难，热熔盐储热技术危险性大并且造价高。 幻灯片196.4 槽式太阳能热发电系统幻灯片206.4.1槽式太阳能热发电系统构成l 槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦到集热器，加热传热工质，在换热器内产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的太阳能热发电系统简称槽式太阳能热发电系统，也称分散型太阳能热发电系统。l 聚光集热器分散布置，并联或串联后将工作介质汇集到一起l 4部分构成；l 聚光集热装置：l 辅助能源装置：l 蓄热装置：l 汽轮发电装置：幻灯片21太阳能热发电原理聚光集热子系统热-功-电转换子系统蓄热子系统幻灯片22白天工作模式1 直接发电聚光集热子系统热-功-电转换子系统蓄热子系统幻灯片23Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.幻灯片266.4.3 特点l 槽形抛物面镜集热器线聚焦集热器，聚光低，吸取器散热面积大，介质温度一般不超过400 ，属于中温系统l 集热器安装于地面上，安装和维护以便，各类集热器可同步跟踪，减少控制成本。l 缺陷是能量集中过程依赖于管道和泵，使得输热管路复杂，热损失和阻力较大。幻灯片276.4.4 槽式太阳能发电系统发呈现状l 20世纪70年代末，美国、西欧、以色列和日本做了大量研发工作，获得了较大进展。l 20世纪80年代初期，以色列和美国联合组建了鲁兹（LUZ）太阳能热发电国际有限公司。l 从成立开始，该公司就集中力量研究开发槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统。 l 5年后实现产品化，可生产14-80MW的系列发电装置l 19851991期间在美国建成了9座大型商用热发电系统，总装机容量354MW，并网运营，年发电10.8亿度，至今仍在运营幻灯片28导热油为介质，水蒸气工作无蓄热装置天然气补燃幻灯片29l 随着技术的完善，效率提高，建造费用下降，发电成本下降l 效率：11.5%13.6%l 建造费用：59763011美元/千瓦l 发电成本：26.3美分12美分/度l 雄心勃勃，筹划到总装机容量800MW，发电成本减少到5-6美分/度，但最后破产。90-91年石油价格下跌， 经费减少幻灯片30l 西班牙和日本等国的示范工程也获得较好的成果l 西班牙南部阿尔梅里亚建设了2台500KW的太阳能发电系统，164台聚光镜，总集热面积5362m2，油为集热和蓄热介质，汽轮机进口温度285，建设费用2800万马克。l 日本1981年在四国香川县海边建设了2台1000KW的发电站，100块平面反射镜把太阳光反射到5台槽式抛物镜面上进行集热，集热介质为水-水蒸气，汽轮机进口温度346，压力14X105Pa。建设费用50亿日元由于本地日照条件差，运用率低，在获得实验数据后，1984年停止运营。幻灯片31美国太阳能1号电站l 内华达州南部的克拉克镇l 本地辐射值2606kwh/m2 al 75MWl 1999年前期工作，2月动工建设，6月投产。l 导热油蓄热，0.5小时蓄热，1700t导热油。l 年发电1.34亿度，投资2.66亿美元幻灯片32西班牙Andasol 1号和2号l 西班牙南部，辐射2136,50MWx2l 3月建设，11月和投产l 上网电价27欧分。l 熔融盐蓄热，7.5小时蓄热量l 三介质，导热油，熔融盐，水蒸气l 换热效率，导热油最高400，难以发挥熔融盐高温的优势。幻灯片33意大利阿基米德电站l 意大利西西里岛，5MWl 熔融盐蓄热l 两介质：熔融盐-水蒸气l 真空管入口出口温度：290、550l 电站效率15.6%l 诺贝尔奖，意大利物理学家鲁比亚主导。l幻灯片34菲涅尔式太阳能发电系统l 菲涅尔反射，线聚焦l 构造简朴，传动构造易于操作。l 美国加州5MW示范，世界上第一种菲涅尔聚焦电站，水蒸气介质，温度450。l 西班牙1.4MW示范，二期项目30MWl 皇明，2.5MW示范，钢管镀膜。工业运用和供热。幻灯片35幻灯片36筹划正在建设的槽式太阳能发电站幻灯片37幻灯片38幻灯片39幻灯片40幻灯片41幻灯片42幻灯片43幻灯片44幻灯片45幻灯片46幻灯片476.5塔式太阳能热发电系统构成l 也称集中型系统，是在空旷平地上建立高大的塔，塔顶安装固定一种接受器（相称于锅炉），塔的周边安顿大量的大型反射镜（称为定日镜），每台配有各自的跟踪机构，将太阳光汇集并反射到塔顶的接受器上产生高温，接受器内生成的高温蒸汽推动汽轮机来发电。 l 整个系统出4部分构成：l 聚光装置：l 集热装置：l 蓄热装置：汽轮发电装置：幻灯片48特点l 高聚光比：200-1000l 高温：聚光比1000时，接受器中心温度1200。l 集中布置，可实现规模化。l 介质温度和压力高，提高发电效率。l 蓄热后可实现持续发电。幻灯片496.5.1 塔式太阳能发电系统核心设备l 反射镜l 规定高温高压，因此须要较大的聚光比，需要大量发射镜，且有合理的布局，反射率应不小于80%，自动跟踪太阳要同步。l 接受器l 太阳能锅炉，规定体积小、换热效率高。l 蓄热装置l 选用传热和蓄热性能好的材料作为蓄热工质，一般选用水汽系统，对于高温大容量系统可选钠作为热传播介质。幻灯片50幻灯片51幻灯片526.5.2 塔式太阳能热发电系统研究进展l 1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置。l 20世纪80年代世界上建成的塔式太阳能热发电系统集中于美国、西班牙、日本、前苏联等国家，基本上都是实验电站，目的是为大型商业电站的建设提供技术和经济根据。l 日本和法国电站由于日照条件较差，运营两三年获得经验后停运l 西班牙、欧共体的电站进行了长期的实验研究l 美国的太阳1号和太阳2号是性能发挥最佳的电站。幻灯片53l 1982年4月，美国加州南部沙漠地区建成“太阳1号”塔式系统l 发电功率10MW，水汽系统l 由1818面反射镜和高85.5米的高塔构成l 后来建设“太阳2号”系统，并与1996年并网发电。l 近年来，以色列科学研究院对此系统进行了改善。l 世界上最大的塔式太阳能发电系统在西班牙建成，20MW幻灯片54西班牙PS10电站l 动工建设，运营l 容量11MWl 造价3500欧元 /KWl 镜场面积7.5万平方米，定日镜624面，每面面积120平方米。塔高115米。l 吸热器面积5.4X12米l 介质为水/水蒸气，压力4.5MPa，温度300l 设计效率21%，实际效率13.41%l 水蓄热，50min。备用：燃气补燃，掺烧比12-15%幻灯片55西班牙PS20电站l 投产，当时世界最大的塔式电站l 容量20MWl 镜场面积15万平方米。塔高165米。l 热效率提高10%l 设计较为保守。蓄热方式为热水蓄热。高压热水变压气化，产生饱和蒸汽的方式。l 美国Solar 2号电站提高了蒸汽参数，16.5MPa，550。幻灯片56熔融盐为介质的塔式电站l Gemasolar太阳能塔式电站，西班牙南部l 19.9MWl 40%硝酸钾，60%硝酸钠l 288565l 设计蓄热15小时l 565条件下，每天温减少于1-2幻灯片57空气为介质的塔式电站l 德国示范电站1.5MW，法国2MWl 吸热器：多孔陶瓷，抽吸周边空气，带走陶瓷热量，空气加热至700。l 加热后的空气进入锅炉炉膛，加热水变为水蒸气。l 河海大学与以色列合伙研究，70KW塔式电站，空气介质，温度1000。幻灯片58塔式吸热器l 与锅炉类似l 以水为介质的吸热器均有汽包，吸热段分为未饱和水、两相流、和过热蒸汽段。l 以熔融盐为介质的吸热器均为液相换热过程。幻灯片59l 吸热器热损失：l 辐射损失、对流损失、传导损失l 吸热器黑色，辐射后白色l 辐射温度超过1200，没有耐高温透光材料，吸热器敞开布置。对流损失大。幻灯片60世界最大塔式太阳能发电装置幻灯片61ISEGS 太阳能发电厂幻灯片62l NRG能源公司 占一半股权l BrightSource和Google公司持有另一半股权幻灯片63环保争议l 美国鱼类和野生动物组织紧张电厂产生的高热会杀死金雕和其她受保护动物物种l 太阳能厂的建地为沙漠陆龟（desert tortoise）的栖息地，传兴建工程之初已导致600 只陆龟死亡，导致兴建工程一度停摆，Google 与BrightSource 能源公司请来十多位生物学家、耗资巨额金钱协助陆龟迁移到附近的栖息地。l 死亡射线l 耗资22亿美元的“烧鸟项目”幻灯片64幻灯片65太阳能烟囱发电 l 在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。 l 1983年，西班牙建成一座太阳热气流（即太阳烟囱）发电站，发电功率50kW，用于进行摸索性实验研究。幻灯片66l幻灯片67太阳能烟囱发电示意图 l幻灯片68l幻灯片69西班牙实验装置l 西班牙曼札纳市，一种100kw的实验性电站从1981年已经开始运营。这座实验性电站的烟囱高200m，烟囱直径为103m；集热棚的半径为126m，其边沿处与地面的间隙约2m，其中间处距地面8m。l 昼夜不断。白天涡轮机转速为1500rmin，产生100kw的电量。晚上集热棚下的地面把白天吸取的热释放出来，推动涡轮机以1000rmin的速度运营，发电量为40kw。幻灯片70l 澳大利亚拟在新南威尔士州建造一座目前世界上最大的太阳能热力发电站烟囱式发电站,发电容量高达200MW.为达到此额定装机容量,电站需用一种直径7km的太阳能集热棚,并建1000m高的烟囱,占地达38km2,将成为澳大利亚乃至世界上最高的建筑物.幻灯片71太阳能热发电前景幻灯片72与光伏发电比较：热发电可担当基本电力负荷电力品质好、上网价格较低Error! 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