太阳能中高温集热器及应用

,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,*,*,太阳能热利用设计师培训教材,讲师：马迎昌,1,太阳能中高温集热器及应用,1,目 录,一、中高温太阳能热利用概述,二、中温太阳能集热器分类,三、中温太阳能集热器,四、槽型抛物面高温太阳能集热器,五、中高温太阳能集热器应用,2,一、中高温太阳能热利用概述,资源种类,煤炭,（亿吨）,石油,（亿吨）,天然气,（亿,M3,）,水力,（,GW,装机）,探明可开采,储量,1145,32.736,11704,353,可开采年限,54-81,年,15-20,年,28-58,年,38- 104,年,可开采到,2060-2090,2020-2040,2035-2065,2045-2110,化石能源紧缺，需求压力巨大,3,目前我国锅炉数量近,50,万台，,80%,左右为燃煤锅炉。耗煤量占全国原煤产量的,1/3,。,燃煤锅炉效率低、耗煤量大、污染严重。,能源供应结构的变化，节能环保要求日益严格，节能减排任务更加艰巨。,环境污染严重，环保任重道远,4,太阳能热利用三阶段,太阳能热利用根据使用目的不同大致可分为三个阶段：,热水阶段：,100 ,以下为低温热利用，主要是提供生活热水；,热能阶段：,100,250,为中温热利用，主要是提供工农业用热；,热电阶段：,250,以上为高温热利用，主要提供发电用热。,对应的集热器类型：,低温集热器（,普通集热器,）,中温集热器,高温集热器,5,二、中温太阳能集热器分类,中温集热器,类 型,定 义,主体结构,真空管型中温,集热器,采用玻璃管并在管壁和和吸热体之间形成真空空间的中温太阳能集热器。,平板型中温集热器,吸热体表面基本上为平板形状的中温太阳能集热器,加热介质,液体中温集热器,用液体作为加热介质的中温太阳能集热器,空气中温集热器,用空气作为加热介质的中温太阳能集热器,采光形式,聚光集热器,利用反射器、透镜或其他光学器件将进入采光口的太阳辐射改变方向并聚集到吸热体上的中温太阳能集热器。,非聚光集热器,进入采光口的太阳辐射不改变方向也不聚集到吸热体上的中温太阳能集热器。,跟踪太阳,跟踪型集热器,绕单轴或双轴转动全天跟踪太阳视运动的中温太阳能集热器。,非跟踪型集热器,全天跟踪太阳视运动的中温太阳能集热,6,三、中温太阳能集热器,中温真空管太阳能集热器,热管式真空管集热器,玻璃金属真空管集热器,中温真空管集热器结构,7,内置反射器中温集热器,外置反射器中温集热器,8,中温真空管太阳能集热器,CPC U,型管中温真空管集热器,(,外置式聚光板,),竖单排中温真空管太阳能集热器,9,横双排无盖板中温真空管集热器,横双排带盖板中温真空管集热器,10,中温真空管太阳能集热器效率方程,其中：,，归一化温差；,0,瞬时效率的截距，,0,F,(,)en,，,(,)en,玻璃盖板或罩管的太阳透射比与吸收涂层太阳吸收比,的有效乘积,(,法向,),；,F,集热器的效率因子；,G,太阳辐照度；,a1,与集热器热损有关的系数；,a2,太阳能集热器瞬时效率非线性系数,与集热器热损有关,11,中温真空管太阳能集热器瞬时效率曲线,能集热器瞬时效率曲线,竖单排中温真空管太阳,12,阳能集热器瞬时效率曲线,横双排带盖板中温真空管太,13,中温真空管太阳能集热器性能,14,中温真空管太阳能集热器的热性能要求：,一、要提高集热器的光学效率，需研制具有高太阳吸收,比、低半球发射比的吸收涂层，以及高太阳透射比,的罩玻璃管；,二、要降低集热器的热损失。,15,中温太阳能集热器与国标曲线对比,16,中温太阳能集热器与国际知名品牌集热器对比,17,创造性与先进性,1,）采用山东力诺公司与清华大学联合开发的新产品,中温太阳能真空集热管，它具有高的太阳吸收比与低的半球发射比，各项性能优异。,2,）创新设计了真空管内插,U,型管加聚光,CPC,反射器、加减反射膜玻璃盖板。,3,）集热器效率测试装置先进，测试方法科学合理，集热器测试进口温度能够达到并稳定在,150,，首次实现了温度为,150,的集热器效率测试。,4,）中温太阳能集热器能够稳定工作在,150,，集热器效率,0.40,，与国际同类知名集热器相比有明显的优势，处于国际领先水平。,18,三、中温太阳能集热器,小型,槽型抛物面中温太阳能集热器,槽,型抛物面中温太阳能集热器结构,由槽式抛物面反射镜、真空集热管、跟踪装置等几部分组成。这种集热器可以将运行温度提高到,250,左右，是最具有发展前景的中温太阳能集热器之一。,19,槽型抛物面中温太阳能集热器效率方程,提高集热器效率的途径,提高集热器效率的途径主要有：,提高玻璃管透光率，提高吸热体吸收率、降低吸热体发射比。,提高反射镜反光率，提高集热热效率。,保持真空管的真空度将吸收热体的对流换热损失降到最低程度。,提高集热器的聚焦比，以提高集热器的热性能。,20,四、槽型抛物面高温太阳能集热器,槽型抛物面高温太阳能集热器基本结构,由槽式抛物面反射镜、高温真空集热管、跟踪装置等几部分组成。这种集热器可以将运行温度提高到,400,左右，是目前太阳能热发电最成熟的集热技术。,21,高温真空集热管,高温真空集热管结构如图所示，它是由太阳能吸收管、玻璃罩管、金属管、环形空间、玻璃,-,金属过渡元件、向内指向套环、向外指向套环、伸缩平衡装置、可折叠法兰、联接装置等构成。其关键技术有下列几个方面：,22,罩玻璃管的减反射涂层,大部分的涂层有一个这样的缺点，即时间久了膜层容易从高硼硅玻璃上脱落。因此，高温发电管集热器要具有独有的减反射涂层，膜层能够不受侵蚀而可以保持一个相当长的时间。 与此同时该减反射涂层使得超过,96%,的太阳光能够透过罩玻璃管。高质量的玻璃管与高透射率的减反射涂层，透射率大于,96%,，抗腐蚀能力强。,23,钢管的太阳选择性吸收涂层,该吸收器中心的镀膜管是由钢制成的，镀膜管必须要有高吸收率和低发射率，吸收率应达到,95%,左右，在温度,400,摄氏度时，其发射率不大于,14%,。,罩玻璃管与钢管的熔封,玻璃与钢管之间的封接一直是一个很难解决的问题。钢管与玻璃光学膨胀系数的差异，是由金属与玻璃之间一个连接法兰来抵消的，该连接是由金属制成的。坚固的玻璃金属封接，是采用金属材料和相匹配的膨胀系数玻璃的全新结合，钢管与玻璃之间的封接能够经受住强烈的天气变化。,简捷的法兰连接,:,因为其连接法兰特别短，使得整个集热器管的采光面积达到整个管长度的,96%,以上。,优秀的真空品质,先进的元件去气工艺和优良的排气工艺保证高温管的真空维持。,24,抛物面反光镜,抛物面反射镜是槽式中高温集热系统的核心部件之一，形状是抛物线式的。可根据不同的用热需要设计不同的开口大小。,抛物面反射镜分玻璃镜面，陶瓷镜面，金属镜面等。根据所需要的温度不同可采用不同材质的反射镜面。金属镜面可采用进口材料，具有极高的反射率，反射率可达,95%,以上，可以收集太阳能漫反射光线，并将光线进行整理聚焦，可以有效提高集热器工作温度。,太阳能跟踪系统,抛物柱面槽式聚焦集热器只能收集太阳的直射光线，而对散射部分无能为力，因此集热器的聚光系统必须使光轴指向太阳，即跟踪太阳。由于太阳时刻处于运动状态，再加上自然天气随时变化，因此全天候全自动太阳跟踪装置的设计就成了一个难点。,25,太阳能热发电跟踪系统按照入射光线和主光轴位置关系可以划分为两轴跟踪系统和单轴跟踪系统。两轴跟踪要求入射光和主光轴方向一致；单轴跟踪只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面内。两轴跟踪根据太阳高度角和赤纬角的变化情况而设计，它具有最理想的光学性能，是最好的跟踪方式，能够使入射光与主光轴方向一致，获得最多的太阳能。但设备结构复杂，制造和维修成本高。单轴跟踪型只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面就行，且结构简单，跟踪精度要求不高或阳光充裕的地方一般优先考虑单轴跟踪。,太阳能热发电系统,太阳能热发电系统，是利用聚光太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，加热水或通过其他传热介质加热水，使之产生蒸汽，驱动热力发动机，再带动发电机进行发电。也就是说，太阳能热发电系统是先把太阳辐射能转换为热能，然后把热能转换成机械能，最后再把机械能转换为电能。,26,五、中高温太阳能集热器应用,太阳能工业应用,概述,27,主要应用领域：,造纸，食品，烟草，木材，化工，医药，纺织，塑料等,上述行业的能耗占工业总能耗大于,22.7%,根据,2007,年年鉴，八个行业热能总消耗为,2.26,亿吨标煤，表中为太阳能替代热能消耗,10, 折算成集热器面积计算结果；,潜力：若整个工业用热能,10,被太阳能替代，则,CO2,减排量可达,3.4,亿吨，以我国最新,61,亿吨,CO2,排放总量为基础，减排量可达,5,。,28,太阳能工业应用,案例,CPC,中温太阳能工业热力系统,项目简况,力诺瑞特设计制作的,CPC,中温太阳能工业热力系统，集热器总安装面积,8400,m,2,，,采光面积,5200,m,2,，,CPC,中温集热器,95,时平均效率为,60%,，,日均提供,95,热水,138,吨，所提供的热量约占锅炉所需热量的,10%,。,29,力诺科技园区现有,10,吨工业燃煤锅炉一台，,CPC,中温太阳能工业热力系统与之结合，,生产,150,蒸汽，向园区的永宁制药、力诺光伏等单位提供蒸汽。,CPC,中温太阳能工业热力系统庞大的集热器阵列排布在面积为,7800 m,2,库房之上，属阳光屋顶结构，符合国家节能省地，环境友好的要求。,该项目的建设实现了三个功能两个结合一个目标即：,三个功能：向锅炉提供热能，节能减排；产品仓储；为煤场避风挡雨。,二个结合：太阳能与锅炉有机结合；太阳能与建筑完美结合。,一个目标：优质工程。,30,31,32,CPC,中温太阳能工,业热力系统结构,CPC,中温太阳能工业热力系统主要由中温太阳能集热器阵列、集热循环系统、储热水箱、自动控制系统、水处理系统,等部分组成。,另加锅炉、废气处理系统及热力管网等组成整个热力系统。,33,CPC,中温太阳能工业,热力 系统运行原理,34,CPC,中温太阳能工业,热力系统功能,定温自动集热功能；,自动防冻功能；,多点温度、压力自动监控；,双重自动补水，缺水报警、保护；,流量、能量自动计量；,集热系统视频监控,太阳能建筑西南一角,35,CPC,中温太阳能工业热力系统,测试结果：,经山东省产品质量监督检验研究院检测，其结果如下（,2011.05,）：,当日太阳辐照量：,H=16.92MJ,系统的日有用得热量,:,q,17,=,7.12,MJ/m2,符合,GB/T20095,太阳热水系统性能评定规范,q17 = 7.0 MJ/m2,的要求。,36, 该系统关键技术及创新点,首次将力诺瑞特与清华大学联合研发的,CPC,中温真空管,太阳能集热器应用于工业领域；,开发了大规模,中温太阳能集热器阵列技术；,开发了多点温度、压力监控，多点防冻控制,技术，确保系统安全运行；,创新应用了先进的计算机通信、自控技术，,可实现远程控制,。,实现了与原有燃煤锅炉不停炉、不闷炉的有,机结合，不影响企业生产，为该系统在工业,领域推广积累了经验；,37,CPC,中温太阳能工业热力系统的经济性能和环保效益,公司现有,10,吨燃煤锅炉一台，全年日均生产蒸汽,140,吨，,CPC,中温,太阳能集热器轮廓采光面积,5200 m,2,，,95,时中温集热器平均效率,=60%,， 经测算得到下列数据：, 该系统将,138,吨自来水由,15,加热到,95,，所提供的能,量约占蒸汽（,150,）总耗能的,10%,；, 该系统每年可节约标煤,1156,吨，减排二氧化碳,2600,吨。, 该系统投资回收期约,5,6,年，太阳能集热系统使用寿命,10-15,年。,38,2,、意义：,力诺瑞特研发的,CPC,中温太阳能工业热力系统示范工程，是公司与清华大学合作研制的中温真空管太阳能集热器在工业领域成功应用的范例，是太阳能应用的新突破。它实现了太阳能热利用由生活热水向工业热能迈进，开辟了太阳能热利用的新领域，对我国的节能减排具有重大意义！,工业能耗占全国能耗的,70%,，工业用热温度大部分在,100,250 ,之间，,CPC,中温太阳能工业热力系统适合在此温区应用，该系统若得到全面推广，将对工业能源结构和环境保护将产生重要影响。,CPC,中温太阳能工业热力系统，不仅能够应用于工业用热，而且还将在空调制冷、海水淡化、农业烘干等方面发挥重要作用。,39,力诺瑞特低耗能馆采用了中温集热器和吸收制冷机,150,o,C,下集热效率,42%,， 可以驱动双效溴化锂吸收制冷机。,40, 本项目是太阳能制冷、采暖、热水三联供系统；, 采用单效溴化锂吸收式制冷机组，制冷机功率,17kW;, 该系统夏季制冷、冬季采暖，日常提供生活热水，季节,匹配性高；, 太阳能集热器面积,105,；低耗能房面积,174,；, 光伏发电,1520,W,，年发电量,1950,kWh,，供室内照明；, 低耗能房实验工程年节约标煤,9.6,吨，减排二氧化碳,19.2,吨。,41,高温太阳能集热器应用,太阳能热发电其发电方式,第一类：是太阳能与其他能源组合的发电方式；,第二类：是以太阳能发电为主，无蓄热或少蓄热，即使蓄热也以解决多云天气的负荷波动为主的发电方式；,第三类：是以解决连续发电方式为主，连续发电不依靠其他补燃，而依靠太阳能自身的蓄热来解决的发电形式。,42,形式,系统特点,典型机组,槽式,+,地热,1,、地热发电，太阳能补充；,2,、单介质,(,水,),，无蓄热，连续发电。,墨西哥,CPIV (,水,),槽式,+,燃气机组联合循环,1,、,1035%,的太阳能，其余燃气机组发电；,2,、双介质,(,导热油,+,水,),，无蓄热，连续发电。,摩洛哥、阿尔及,利亚,ISCC,等,槽式,+,燃气,1,、大于,80%,的太阳能，燃料用于起动和补燃；,2,、双介质,(,导热油,+,水,),，无蓄热，间断发电。,美国,SEGS,槽式,+,燃气,1,、,100%,的太阳能，燃料用于起动和补燃；,2,、双介质,(,导热油,+,水,),，少蓄热，间断发电。,美国内华达,太阳能,1,号,槽式,+,燃气,1,、,100%,的太阳能，燃料用于起动；,2,、三介质,(,导热油,+,熔融盐,+,水,),，有蓄热，连续发电。,西班牙,Andasol,槽式,+,燃气,1,、,100%,的太阳能，燃料用于起动；,2,、双介质,(,熔融盐,+,水,),，有蓄热，连续发电。,意大利,Archimede,不同槽式热发电系统的主要特点,43,太阳能槽式和燃气机组联合发电,(ISCC),摩洛哥,ISCC,电站,(integrated solar combined cycle power plant),位于摩洛哥东部，电站坐标为,N34412,，,W2619,，海拔高度,923,米。太阳直射辐射值,(DNI)2300kW/(m2.a),，设计点按照,3,月,21,日太阳位置，周围环境温度,15,。设计机组总容量为,470,MW,，燃料发电部分,450,MW,，年发电量,3538,GWh,，太阳能部分,75,GWh,，占全部发电量的,2.08,%,。该电站是世界上第一座投入运行的,ISCC,电站，继摩洛哥的,ISCC,电站建设后，埃及、阿尔及利亚的,ISCC,电站也开始建设，两个电站的机组容量都是,150,MW,。,槽式热发电系统案例,44,摩洛哥,ISCC,电站,(integrated solar combined cycle power plant),45,46,槽式热发电系统,ISCC,原理,47,Thank You!,联系人：丁善高 卢晓飞,谢谢大家！,48,