塔式太阳能热发电的定日镜

传动方式： 传动方式 ： 齿轮传动、液压传动或两者结 合的方式 由于：平面镜的微小变化都将造成反射光 在较大范围的明显偏差 要求： 消耗功率最小 跟踪精确性好 制造成本最低 能满足求
四、控制系统 方式： 程序控制 传感器控制 程序、传感器混合控制
控制系统均采用微机作上位机，系统由终端 机和上位机两极组成，终端控制器将采集到 的各传感器数据通过串行总线发到上位机， 或执行上位机发来的动作指令，通过电机驱 动聚光器跟踪太阳，见（图10上位机）、 动聚光器跟踪太阳，见（图10上位机）、 （图11单轴太阳传感器）、（图12控制器）。 （图11单轴太阳传感器）、（图12控制器）。
优点 由于镜面是用0.2—0.5mm厚的不锈钢等 金属材料制作而成，可以仅仅通过调节定日 镜的内部压力调整定日镜的焦点。缺点为 缺点为反 缺点为 射率低，结构复杂 (图）
玻璃反射镜
优点 重量轻，抗变形能力强，反射率高，易 清洁
湿化学法或磁控溅射法制备（四层结构的第二表面 镜） 玻璃（沉积镜子的基体） 银层（反射层） 铜层（保护金属银同时作为过渡层，降低银和保护 漆之间的内应力） 漆层（形成保护膜） 要求：很好的平整度；整体镜面曲线具有很高的精 度——加工误差不超过0.1。
塔式太阳能热发电 的定日镜
F0602006 刘明
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大纲
•当今的能源与环境形势 当今的能源与环境形势 当今的能源 •与传统发电的比较 与传统发电的比较 与传统发电 •太阳能热发电简介 太阳能热发电简介 太阳能热发 •塔式太阳能热发电中的定日镜 塔式太阳能热发电中的定日镜 塔式太阳能 •存在问题 存在问题 •实例 实例
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张力金属膜 定日镜
（圆形底座式）
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日 镜 班 牙 （左 西
） 12 0
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太阳能农场
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河海大学和南 京玻璃纤维院 合作研制40m2 的定日镜
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专家认为，明智的能源投 专家认为， 资是在光照丰富的沙漠地 带，而不是铀矿或者石油 钻井。 钻井。
陈氏曲面镜
其表面是高次曲面；采用了聚光与跟踪 的设计思路；比传统几何镜面（球面或抛物 面等）的聚光倍数大幅提高。缺点为 缺点为加工技 缺点为 术和成本较高；大型化难度较大。 因此主要 用于小型碟式太阳能热发电站
竟面材料 要求：质量轻，耐风沙，机械强度高
张力金属膜反射镜 和 玻璃反射镜
张力金属膜反射镜
塔式太阳能热发电的定日镜群
定日镜的各组成部件
1. 2. 3. 4. 反射镜 镜架及基座 跟踪传动机构 控制系统
－反射镜 反射镜
镜表面形状 由于定日镜距位于接收塔顶部的太阳能接受器较远 要求： i. 使阳光经定日镜反射后不致产生过大的散焦 把95%以上的反射阳光聚集到集热器内 ii. 克服由于太阳运动而产生的象差
寻找一条出路 可再生能源 太阳能热发电
塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅 使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。虽然 这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初 次投资为１．４２亿美元，成本比例为：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％、其它设备４％。但随着制镜技术的提高和规 模的增大，定日镜成本将大幅度降低。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到 约３０～４０＄ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎ ｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳 能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度电 ５～６美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成 本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持 的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所 有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。
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30nm铜层
保护起漆
70nm银层
3—6mm玻璃
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开始 是否已到设定的开始时间 是 是否大于设定的光照度 是 是否达到限定位置 否 否 是否已对准太阳 是 是否已达设定的延时时间 是 差动放大电路跟踪 否 否 是 否 模拟跟踪 电路控制 跟踪
否
是否已达设定的结束跟踪时间 是 复位待机
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能源形势
我国能源生产近年来快速增长，2005年一次能源生 产总量达１８．６４亿吨标准煤，增长１５．２％。 其中，发电量达２１８７０亿千瓦时，增长１ ４．５％；煤炭生产超速增长，产量达１９．５６ 亿吨，涨幅１７．３％；原油产量增长２．９％。 但电力供应仍有较大缺口，煤炭供不应求，天然气 供应仍将出现季节性短缺。 对于我国能源的短缺有两种办法。一是寻找资源加 大对外进口。二是开发新能源，尤其是可再生能源。 而解决问题的根本方法是第二个。
三、跟踪传动机构
方位角－仰角跟踪方式 自－旋仰角跟踪方式
方位－ 方位 － 角仰角跟踪方式 是指定日镜运行时采用转 动基座(圆形底座式)或基座上部转动机构（独臂支架 式）来调整定日镜方位变化，同时调整镜面仰角的 方式。 自旋—仰角的方式 是指采镜面自旋，同时调整镜 自旋 仰角的方式 面仰角的方来实现定日的运行跟踪，这是新的聚光 跟踪理论推倒出的一种新的跟踪方法，也叫“陈氏 跟踪法”。陈氏跟踪法比传统的聚光跟踪方法能更 有效的接收太阳能。
（图10上位机）、（图11太阳传感器）、（图12控制器
）
（“闭环”控制方式原理流程图）
存在问题
成本较高 技术要求较高 大规模生产难度大
南京江宁塔式太阳能热发电站 五、实例 定日镜 南京江宁塔式太阳能热发电站定日镜是张 耀明院士及其团队自行开发的。创造性解决 塔式太阳能系统中的关键部件定日镜技术方 案不尽合理的难题，有望大幅降低定日镜价 格，实现投资大幅降低，从而加快塔式发电 商业的步伐。
环境污染
大气污染程度在加剧，北京成了世界上尘污染最严 重的城市之一。水环境污染也日益突出。环境污染 从城市向农村扩展。某些物种灭绝、植被破坏、土 地退化，以及全球性的环境问题正严重地威胁着我 国经济的发展和环境的改善。 据我国专家偏保守的估计，每年由于环境污染和生 态破坏所造成的经济损失占我国国民生产总值 (GNP)）的9％左右。
（图）
相关信息
圆形底座式的“玻璃—金属框架”结构， 长4.85m 宽4.85m 定日镜反射面积约为20平方米 镜面中心点高2.0米 镜面采用反射率大于等于90%的背面银镜，银镜背面有玻璃背板起 保护作用 每面定日镜由9块小凹曲面镜构成，整面定日镜成一定曲度，符合 反射光的聚光要求 定日镜采用闭环式控制方式，每面定日镜装有两个传感器，一个是 调节光斑精度的光敏传感器，另一个是调大范围位移的位移传感器。 定日镜跟踪定位精度约为2mrad. 南京江宁塔式太阳能热发电站定日 镜
1. 他没有一般煤炭，石油等矿物燃料产生的 有害气体和废渣，因而不污染环境，被称 作“干净能源”． 2. 到处都可以得到太阳能，使用方便，安 全． 3. 成本低廉，可以再生． 表3为世界几座大型太阳热发电装置。
国家863计划先进能源技术领域“太阳能热发电技术及系统示范” 计划先进能源技术领域“太阳能热发电技术及系统示范” 国家 计划先进能源技术领域 5)定日镜场反射面积大于10000平方米，光场年平均效率不小于75%;
图
镜架及基座
适应： 风沙天气——机械强度 紧急情况——便于转移 独臂支架式（图） 独臂支架式 具有体积小、结构简单、较易密封等优点，但其稳定性差、 为了达到机械强度，防止被大风吹倒，必须耗大量钢材和水 泥材料为其建镜架和镜座其建造费用相当惊人 圆形底座式（ 圆形底座式（图） 稳定性较好，机械结构强度高，且运行能耗少。但其结构比 独臂支架式复杂且其底座轨道的密封防沙问题也有待进一步 解决