太阳能光热发电基础知识学习201675

碟式系统
25 24 试验样机阶段 高 蓄电池 可以
3100～3200 12.6～1.3 12.6～1.1
国内外典型工程案例
光热发电吸引了各路资本的关注。业内普遍对光热发电的前景看好，并 且兴建了大批电站，典型项目如下：
★北京延庆八达岭1MW塔式太阳能发电站
★美国Ivanpah电站（392MW）和新月沙丘电站（110MW） ★浙大中控德令哈50MW 塔式光热电站 ★首航节能敦煌110MW 塔式光热电站 ★兰州大成200kW槽式光热发电示范项目 ★龙腾太阳能内蒙古乌拉特中旗600米1.6MWth槽式回路
太阳能热发电系统工作原理
集热器收集太阳能 转变为热能
直接转变为电能 转化为蒸汽驱动发电机
太阳能热发电系统与火力发电系统的工作原理基本上 相同的。根本区别在于热源不同。
太阳能热发电系统组成
典型的太阳能热发电系统由4部分组成： 集热子系统 热传输子系统 蓄热与热交换子系统 发电子系统
★首航节能敦煌110MW 塔式光热电站
该项目规划装机规模100MW+1*10MW塔式光热电站，一期的1*10MW高温高压 凝气式汽轮机发电机组，带15小时熔盐储热，总投资4.4亿元。
★首航节能中广核德令哈50MW槽式项目
中广核德令哈50MW槽式光热电站是中国首个开工的大规模商业化光热发 电项目，为亚开行低息贷款项目且面向全球招标，此次中标后，结合正在 敦煌建设的110MW塔式熔盐光热电站，这将使首航光热成为中国唯一一 家同时拥有商业化塔式和槽式光热电站EPC能力和业绩的公司。
★美国Ivanpah电站（392MW）和新月沙丘电站（110MW）
美国这两座电站，在光热发电产业发展上具有重要意义。 Ivanpah电站为全球最 大的光热电站，该电站于2013年12月31日开始首次投入商业运营； Crescent Dunes（新月沙丘）为全球最大的熔盐塔式电站，该电站于2014年2月12日开始 进入调试阶段。两大电站的建成投运开启了塔式光热发电技术的新纪元。
蝶式
热力发电效率高，单台装置可独立运行， 也可进行模块化组合，自动化控制性好， 维护量少；建设周期短，运行成本低。
造价昂贵，商业化可行性需 要证实。
菲涅尔式 集便直热于接管制产固造生定与蒸，清汽连洗，接，参简同数单时高，近；反地造射安价镜装相为，对平风便面阻宜镜小。，；投储运能机 时组间少较，小效。率不够高，
➢ 蓄热子系统：由于太阳能受季节、昼夜和气象条件的 影响，为保证发电系统的热源稳定，需设置蓄热装置。
蓄热 低温（<100℃） 中温（100~500 ℃ ） 高温（>500 ℃ ） 极高温(1000 ℃左右)
蓄热材料 水化盐 导热油 熔化盐 氧化锆耐火球
槽式光热发电
抛物面槽式
88
塔式光热发电
★首航节能天津1MWt槽式项目
该项目由首航光热公司在天津市 建设完成，展示了首航光热公司 具有槽式电站项目的设计、制造、 采购、建设、测试、运行维护等 能力。
★兰州大成200kW槽式光热发电示范项目
该项目规模为各200kW电功率的槽式和线性菲涅尔式光热发电项目；由两组 各150m槽式聚光集热回路和两组各96m长线性菲涅尔聚光集热回路构成。项 目于 2012年5月9日下午并网发电。
此类系统由于聚光倍数只有数十倍，因此加热的 水蒸汽质量不高，使整个系统的年发电效率仅能 达到10%左右；但由于系统结构简单、直接使用 导热介质产生蒸汽等特点，其建设和维护成本也 相对较低。
斯特林发电机
Schematic of a Stirling system
Schematic of a Dish/Stirling system
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。
IVANPAH （美国）392MW
长远看前景很好，效率高，
较高的转化效率，可以独
可以通过开发定日镜及其 跟踪装置简单，投资成本 立运行也可以集成使用，
跟踪方式和蓄热来降低成 低，有商业化运行的经验。具有高效、模块化和组成
本。
混合发电系统的能力
聚问产业光题化场还困与需难吸要。热 研场 究优，造化价配高合，热 损 还 反光没载耗镜有体较更得的大换到工，成大作真本规温空高模度管。的低的验寿，证命热，造与Sti价r碟lin昂g式机贵聚。，没光有器商配业合化的的
塔式
塔式
塔式电站 Power Towers
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。
塔式电站的优点是聚光倍数高，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。
但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%。
目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到10MW， 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。
发电方式 规模
运行温度/℃ 聚光方式 跟踪方式 聚光倍数
光热转换效率/% 年净效率/%
发展状态
优点
缺点
太阳能聚光热发电技术比较
塔式
槽式
碟式
10MW～20MW 500～1000
平凹面反射镜
30KW～320KW 260～400
抛物面反射镜
5KW～25kW 500～1500 旋转对称的抛物面反射镜
两轴跟踪
单轴跟踪
两轴跟踪
600～1000
8～80
200～3000
60
70
85
7～20
11～16
12～25
提供高温过程热，可联网 发电运行。处于实验示范 阶段，最大容量10MW
提供中温过程热，可联网 发电运行。商业化阶段， 最大容量80MW。
提供高温过程热，分散独 立运行。处于实验示范阶 段，独立系统容量小于 50MW。
光热发电技术比较
槽式
优点
缺点
同步跟踪降低跟踪控制代价，成本低；具 管道系统比塔式复杂得多，
有商业化运行经验。中、高温过程，可以 热量及阻力损失大，真空管
蓄热储能、联网发电运行。
破损更换增加成本。
塔式
采用高温熔融盐蓄热储能，聚光比高，易 达到较高工作温度；接收器散热面积相对 较小。
技术复杂，投资较大，发电 成本高，配套设备还不成熟。
该项目预计总投资9.96亿元，为50兆瓦塔式光热发电项目。一期10兆瓦采用 DSG技术，总投资额2.1亿元，包括与50兆瓦装机配套的公用设施建设。
该工程共建设6个热功率为40MW的镜场和吸热塔，1套熔融盐蓄热系统，1套 蒸汽发生器系统，1套汽轮发电机系统以及辅助发电系统；全场共设置定日镜 217440面，每个镜场设置36240面，每面镜子2平米；吸热塔高度80m。
一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料 的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金 属热电转换，以及磁流体发电等。（不是光伏）
另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电 机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自 燃料，而是来自太阳能。 聚 光 太 阳 能 发 电 （ Concentrating Solar Power ， 缩 写 CSP），准确表述应是“聚光太阳能热发电”，俗称“光热 发电”，指使用辐射能汇聚装置，聚焦太阳的辐射能，加 热工质，通过工质输送热能做功推动发电机的发电方式。
★浙大中控德令哈50MW 塔式光热电站
中控太阳能公司投资建设，总装机容量为50MW，是中国第一座商业化运营的太 阳能热发电站。项目场址位于青海省海西州德令哈市西出口太阳能工业园区。 项 目一期10MW工程于2013年7月5日成功上网发电，并实现连续、稳定运行。
★中控太阳能德令哈10MW塔式光热电站投资数据
三种类型太阳能热发电系统主要性能参数
参数
年容量因子/% 峰值系统
成本 美元/㎡ 美元/W 美元/Wp
塔式系统
20～77 23
示范阶段 中
可以 可以
475～200 4.4～2.5 2.4～0.9
槽式系统
23～50 20
可商业化 低
有限制 可以
630～275 4.0～2.7 4.0～1.3
2012年8月9日下午13:18分，位于北京延庆八达岭地区的我国首 个光热发电示范项目——1MW塔式光热发电示范项目电站首次 全面运行发电实验成功。该项目总投资1.2亿元，于2006年启动。 这是我国光热发电产业发展史上具有里程碑意义的标志性事件。
北京延庆八达岭1MW塔式太阳能发电站
发电装机容量1MW；定日镜场采光面积10,000平米；吸热塔高118米；传热介质 为水/蒸汽；储热介质为饱和蒸汽和导热油；2.35MPa, 390℃蒸汽轮机发电。 2011年7月17日产汽，2012年8月9日发电。
斯特林发动机
聚焦到太阳能接收器的 太阳能，转换为25kW 的电力，其峰值转换效 率约为31.25%。SES 公司拥有将太阳能转换 为商业网络电力31.25 ％的世界转换效率纪录
碟式斯特林系统 在中国商业化推 广的主要瓶颈在 于斯特林发动机 的开发
聚焦到太阳能接收器的太阳能，其峰值转换效率为 31.25%。SES公司拥有将太阳能转换为商业网络电力 31.25%的世界转换效率纪录。