太阳能槽式热发电系统在金昌的开发前景(吕仲奎、王健)

酒泉职业技术学院

太阳热能发电技术

课程设计

11 级太阳能应用技术专业

目录

一、槽式太阳能热发电系统 (3)

（一）、槽式太阳能热发电系统的特点 (3)

（二）、槽式太阳能热发电原理及结构 (3)

二、国内外的发展水平 (5)

（一）国外的发展情况 (5)

（二）国内的发展情况 (6)

三、关键技术 (6)

（一）聚光器 (6)

（二）吸收器 (7)

（三）跟踪技术 (7)

（四）热能储存 (8)

四、金昌市太阳能资源分析 (8)

（一）金昌地理位置 (8)

（二）金昌太阳能辐射条件 (9)

（三）太阳能资源评价 (11)

五、结论与展望 (11)

太阳能槽式热发电系统在金昌的开发前景

一、槽式太阳能热发电系统

（一）、槽式太阳能热发电系统的特点

槽式太阳能热发电系统结构紧凑，其太阳能热辐射收集装置占地面积比塔式和碟式系统的要小30％～50％；且槽形抛物面集热装置的制造所需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产。用于聚焦太阳光的抛物面聚光器加工简单，制造成本较低，抛物面场每平方米阳光通径面积仅需18 kg钢和11 kg玻璃，耗材最少0 J。表1列出了3种太阳能热发电系统的性能比较情况。

表1 几种太阳能发电系统的性能对比

由表1可知：槽式太阳能热发电系统的装容规模最大、效率较高，已具商业化规模且技术要求相对较低，是一种比较理想的发电技术。LUZ公司1980年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业化运行。美国加利福尼亚从1991年开始运行的由9个槽式系统组成的太阳能热发电站总装机容量达354 Mw ，年发电l0 Twh，收入1．5亿美元。随着制造工艺的不断改进，槽式系统的发电效率已由11．5％提高到13．6％；建造费用由5976美元／kW 降低到30l1美元／kW ，发电成本由26．3美分／kwh降低到了l2美分／kWh。有专家预测，当发电成本降到8美分／kwh 时，太阳能热发电将可与常规矿物能源发电相媲美。

（二）、槽式太阳能热发电原理及结构

槽式太阳能热发电主要是借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收

聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电。基于槽式系统的太阳能热电站主要包括：大面积槽形抛物面聚光器、跟踪装置、热载体、蒸汽产生器、蓄热系统和常规Rankine循环蒸气发电系统。在太阳能热电系统中配置高温蓄热装置是为解决太阳能的间歇不稳定性而设计的，它可以在太阳光充裕的时候把热能存储下来，当太阳光不足时再放出热能，实现电厂的持续发电。吸收器、聚光器以及跟踪系统构成槽式太阳能热发电系统的集热装置，其结构如图1所示。

图1 槽式抛物面太阳能热发电系统的集热装置吸收器一般采用双层管结构，被置于抛物面聚光器焦线上，内侧为热载体，外侧为真空，以防热流失。热载体可以是水蒸气、热油或熔盐。温度一般在400 ℃左右，属于太阳热能的中低温利用。聚光镜是一种表面上涂有聚光材料的抛物镜面，它的作用是将分散的低密度太阳光聚焦到吸收器上以产生高温，聚光镜性能的好坏除了与自身的制造精度有关外，还与跟踪装置的好坏有关。一般的太阳能发电站都采用单轴跟踪方式使抛物面对称平面围绕南北方向的纵轴转动。与太阳照射方向始终保持0．04。夹角。以便在任何情况下都能有效的反射太阳光。然而，近年来人们正在研制一种由多个小型平面反射镜组成的环带太阳能集热器系统，这种技术可以大大降低反射镜的制造难度，但其可靠性和经济性还需作进一步验证。图2所示为一个大规模的槽式太阳能热发电系统的系统图。

图2 槽式太阳能热发电站系统图

由多个抛物面聚光器组成的太阳能场将太阳光聚焦到吸收器将冷管中的熔盐热载体加热到385℃并储存到蓄热器中，当系统发热完毕后，热的熔盐载体被送往传热液体加热器，与来自动力系统热管的熔盐热载体进行换热。热管中的热载体一般为水，水被加热至300℃二以上后再送回动力系统，同时冷管中的熔盐也再次被送回太阳场以吸收热能。

二、国内外的发展水平

（一）国外的发展情况

国外的发展情况太阳能热发电工业经历了几次起落，原因是多方面的。早在20世纪初就有关于太阳能热发电的研究，可由于2次世界大战的爆发和近东地区石油的发现，使得太阳能的利用发展缓慢。其中，由于太阳能热电自身的技术落后、效率低以及生产成本高也是阻碍其发展的重要原因。直到20世纪70年代的石油危机，太阳能热电工业又重新被激起。随着太阳能热力发电技术和规模的发展，太阳能热发电将具有与常规能源发电竞争的潜在优势。只是目前这种技术还不是很完备，在经济上还不具备竞争力。因此，要推广这种技术，就必须进一步降低发电成本，提高系统效率，实现电站运行自动化，将运行费用由目前的3~ ／kWh降低到0．8美分／kwh才行。因此，槽式太阳能发电技术今后的研究重点为：①加强项目地点太阳能资源的调研；②发展直接汽化系统的热能储存技术；③

提高热载体的工作温度；④开发高效的吸热管镀层技术，使集热表面的温度进一步提高到550～600℃。

（二）国内的发展情况

我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚，直到20世纪70年代才开始一些基础研究，在“七五”期间，湘潭电机厂与美国空间电子公司合作，研制了2组5 kW 的抛物面聚焦型太阳热发电机，但由于价格过高，加上工艺、材料、部件及相关技术等没有得到根本解决，而未能得到推广使用。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，于中国科学院电工研究所内建成了小型抛物面槽式真空管高温集热装置。美国加州LUZ槽式太阳能热发电站的成功运行引起了我国的广泛关注，并计划引进该类机组在西藏拉萨建立一座35 Mw 的LUZ槽式太阳能热发电站。当时经可行性评估，预计该电站的电能成本约为1．1 kWh，运行成本为0．1 kWh，与拉萨地区燃煤电站的电能成本0．8 kWh相比还是有一定优势的。总体来说，我国在太阳能热动力方面的研究还是比较落后的，20世纪80年代的研究水平只相当于国外60年代的水平。尽管近年来我国对太阳能热电技术的研究给予了相当大的重视，并且也得到了一定的发展，如南京江宁区2005年建设的国内第一座太阳能热发电示范电站(容量7 kW)，但与国际发展水平的差距较大。为此，国家在“十一五”计划中安排了数十亿资金以开发太阳能热发电技术。考虑到我国目前的技术现状，可以优先开发槽式太阳能热发电系统，或将太阳能发电与小水电联合、太阳能发电与风力发电联合，组成各种联合系统，也可以采用一些储能设备以减少对气候条件的依赖。

三、关键技术

（一）聚光器

太阳能是一种低密度能源，收集太阳能对聚光器的精度要求很高。按照聚光原理区分，聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光2大类。槽形抛物面镜聚光集热器是反射式聚光器中应用较多的一种。它只需要用一维跟踪就可以获取中温。

目前，开发的重点是提高聚光器的效率，如提高反射面加工精度、研制高反射材料。与此对应，降低制造成本也是研究的重点。近年来，国内一些高等院校