太阳能热发电课程设计

酒泉职业技术学院太阳热能发电技术课程设计2011 级太阳能应用技术专业燃煤辅助槽式太阳能热发题目电系统在酒泉的开发前景姓名学号合作同学——班级指导教师时间二○一三年七月二日燃煤辅助槽式太阳能热发电系统在酒泉的开发前景一、引言能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。

当前，世界各国普遍以石油、天然气和煤源炭等化石燃料为基础能源。

随着世界化石能源的日益枯竭和化石能源造成的环境污染和生态破坏问题的凸显，世界各国日益重视太阳能、生物质能、风能等可再生能源的开发利用。

太阳能热发电技术是规模化开发利用太阳能的一种方式，具有广阔的发展前景。

作为目前唯一商业化的太阳能热发电技术，槽式太阳能热发电已经有了一定的推广应用。

然而，由于太阳能的间歇性和不稳定性，槽式太阳能热发电技术的推广应用受到了严重束缚。

太阳能与化石能源互补发电是克服这种束缚的一种有效方法。

在国内外关于槽式太阳能热发电和燃煤电厂集成发电研究的基础上，本课题遵循“温度对口，能量梯级利用”原则，结合槽式太阳能集热特点和火力发电特点，提出了基于槽式太阳能集热器最佳工作温度的槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成模式，构建了槽式太阳能集热与燃煤机组混合发电系统模型，分析了系统的热力性能和热经济性。

本文以燃煤辅助槽式太阳能热发电技术为对象，并与各种聚光式太阳能热发电技术进行分析和比较，在酒泉地区太阳能热发电和燃煤发电相结合的发电系统的可行性。

二、太阳能热发电技术（一）太阳能热发电原理及分类太阳能热发电主要是将聚集到的太阳辐射能，通过换热装置产生蒸汽，驱动蒸汽轮机发电。

太阳能热发电与常规化石能源在热力发电方式上的原理是相同的，区别在于热源不同，太阳能发电的热源来自太阳辐射，因而如何用聚光装置将太阳能收集起来是大多数太阳能热发电的关键技术之一。

此外，考虑到太阳能的间歇性，需要配置蓄热系统储存收集到的太阳能，用以夜间或辐射不足时进行发电，因此成熟的蓄热技术成为太阳能热发电中的另一关键技术。

直接光发电和间接光发电是太阳能热发电中最常用的分类方式。

直接光发电可分为太阳能热离子发电、太阳能温差发电和太阳能热磁体发电;间接光发电可分为聚光类和非聚光类，其中聚光类按照太阳采集方式可分为太阳能塔式发电、太阳能槽式发电和太阳能碟式发电;非聚光类主要有太阳能真空管发电、太阳能热气流发电和太阳能热池发电等。

通常所说的太阳能热发电，主要指间接光发电，直接光发电尚在实验阶段，目前主流的太阳能热发电技术集中在塔式、槽式和碟式，它们因开发前景巨大而受到极大的关注。

（二）3种太阳能热发电技术的比较上述3种太阳能热发电方式各有优点，就理论而言，塔式太阳能发电由于聚光比高、运行温度高、系统容量大和热转换效率高等特点，较适合大规模生产;槽式太阳能发电因其系统结构相对简单、技术较为成熟，成为了第一个进入商业化生产的热发电方式;而碟式太阳能发电因其热效率最高、结构紧凑、安装方便等特点，非常适合分布式小规模能源系统。

另一方面，前期投入过高且难以降低成本使得塔式太阳能发电始终没有广泛投入商业化生产;聚光比小、系统工作温度低、核心部件真空管技术尚未成熟、吸收管表面选择性涂层性能不稳定等问题，阻碍了槽式太阳能发电的推广;碟式发电系统中，斯特林热机关键技术难度大、开发时间短等原因，致使其仍处于试验示范阶段。

三、太阳能混合式发电系统国内外发展现状由于槽式发电系统结构相对紧凑，其收集装置的占地面积比起塔式和碟式来说，相对较小，因而为槽式太阳能发电向产业化发展奠定了基础。

自上世纪80年代起，美国Luz公司在加州莫哈维沙漠陆续建成了9座槽式聚光热发电站(SEGSⅠ－SEGS Ⅸ)，总装机容量为35．4万kW，年发电总量108亿kWh，产生的电力可供50万人使用．随着技术不断发展，系统效率由起初的11.5%提高到13.6%，每kW电能装机容量的投资己由6000美元降至2000多美元，电费也由每度24美分降至7.5美分。

在内华达州建造的装机容量为6．4万kW的槽式太阳能热发电站SOLAR－1，只需要30 min的储热容量和2%的天然气作为辅助能源即可保证投入并网发电，且运行结果表明该电站在效率和稳定性方面均有一定提高。

太阳能混合发电的概念最开始由Lus太阳能国际组织提出。

全球环境机构决定在印度、埃及、摩洛哥和墨西哥建四台ISCCS电站后，太阳能与化石燃料混合发电系统开始逐渐得到关注并在世界范围内得到了一定的推广。

国际上许多研究机构对太阳能与化石燃料的结合方式以及其热力性能进行了大量的理论研究，提出了多种混合热发电系统。

但总体上主要分为三大类，太阳能与燃气轮机集成、太阳能与蒸汽轮机集成、太阳能重整化石燃料集成。

国外针对太阳能与燃气轮机集成发电系统的性能和优化，进行了大量研究，该系统主要通过接收器吸收太阳能热量预热空气实现，最早在CONSOLAR、SOLGATE项目中提出，并快速发展。

伴随环境污染问题的日益严重以及人们对节能减排的重视，太阳能重整系统也得到越来越多的利用，出现了加入化学链、富氧燃烧、太阳能煤气化等一系列新兴系统。

另外，关于太阳能与蒸汽轮机集成发电系统也有一定的研究，如整体太阳能联合循环系统(ISCCS)、太阳能与传统燃煤机组混合发电等。

在槽式太阳能发电领域，我国已在太阳光方位传感器、自动跟踪系统、抛物面反射镜、接收器方面取得了突破性进展，并且拥有具有完全自主知识产权的100 kW 槽式太阳能热发电试验装置。

2011年4月，内蒙古50兆瓦槽式太阳能项目招标，大唐新能源股份有限公司以0.9399元/千瓦时的最低价中标。

有关资料显示，内蒙古光热发电项目总投资约16亿元，每年可发电1.2亿千瓦时以上，同时从国家能源局获悉，我国首轮太阳能光热发电特许权招标项目，已于2010年6月底至7月初正式开始。

此政策的颁布，打破了常规化石燃料发电占据整个发电行业的局面，意味着太阳能因其储量的无限性、利用的清洁性等特点一跃成为最热门的新能源之一，太阳能热发电技术将迅速进入商业化成长时期，成为解决当前能源、资源、环境等一系列问题的新兴产业。

值得注意的是，虽然槽式太阳能热发电已具备了大规模投产的条件，然而其核心部件高温真空管仍存在技术缺陷，涂层技术还有待改进，因而加强核心部件的技术研发、工艺改进将是今后提高槽式太阳能热发电效率、降低成本的关键，也将成为推动槽式太阳能发展的重要动力。

四、燃煤辅助槽式太阳能热发电系统燃煤辅助槽式太阳能发电系统就将太阳能集热器与普通燃煤电厂集成，利用太阳能加热水蒸气，在连续阴雨天或夜间则由燃煤电厂来加热水蒸气进行发电，系统包括槽式太阳能集器热发电部分和燃煤发电部分。

（一）槽式太阳能热发电系统槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。

槽式太阳能发电系统包括以下五个子系统：1.聚光集热子系统。

是系统的核心，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。

接受器主要有两种：真空管式和腔式；跟踪方式采用一维跟踪，有南北、东西和极轴三种方式。

2.换热子系统。

由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。

当系统工质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被热后，进入换热子系统中产生蒸汽，蒸汽进入发电子系统发电。

直接采用水为工质时，可简化此子系统。

3.发电子系统。

基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。

4.蓄热子系统。

太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行。

蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。

5.辅助能源子系统。

在夜间或阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。

（二）燃煤发电系统燃煤发电机系统，是将煤等化石燃料的化学能转化为电能的机械设备。

燃煤发电机组工作原理：是将煤燃烧产生的热能，通过发电动力装置（电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置等）转换成电能。

燃煤发电机组主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。

前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。

（三）系统原理图如图3所示槽式太阳能发电包括聚光集热部分、换热部分、发电储能部分和辅助能源部分。

其中，发电储能部分与塔式基本相似，不同之处在于聚光集热和换热部分，聚光集热是整个槽式发电系统的核心，它由聚光阵列、集热器和跟踪装置组成，在此部分，集热器大多采用串、并联排列的方式，可按南北、东西和极轴3个方向对太阳光进行一维跟踪。

在换热部分，预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器4组件实现了工质加热、换热、产生蒸汽、进行发电的过程。

辅助部分采用燃煤发电系统，用于连续阴雨天和夜间辅助太阳能工作发电，所以一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。

（四）系统特点1.发电稳定，系统采用燃煤辅助太阳能热发电，弥补了太阳能间歇性使系统能够稳定的为用户供电。

2.无污染，系统采取以槽式太阳能为主，燃煤发电为辅助能源，减少了燃煤对空气的污染。

3.低成本，太阳能和燃煤发电的结合在一定程度上比单独建造太阳能热发电的成本要低。

4.资源丰富，太阳能资源丰富，并且取之不尽，用之不竭。

5.安装简便，槽式太阳能发电其系统结构简单、技术成熟。

五、酒泉地区发展前景（一）酒泉地区相关资料酒泉市属半沙漠干旱性气候，其特点为气候干旱降水少，蒸发强烈日照长，冬冷夏热温差大，秋凉春旱多风沙。

气温：常年最高温度℃,最低为零下31.6℃，年均温7.9℃，一月气温-9.9度，七月气温22.2度，昼夜温差大。

风向：全年主导风向是西南风，其次是东风和西北风。

最大风速26米/秒，平均风速2.3米/秒。

雨量：年平均降雨量84毫米，最大降雨量158毫米，集中在6-10月，年平均降雨日数62天。

年平均蒸发量2141.4毫米，超过降雨量27.3倍。

相对湿度：最高56%，年平均46%。

积雪：最大积雪深度为14毫米。

冰冻：最冷时冻土深度为1.32米，冰冻期一般在11月至次年4月。

日照：年平均日照时数为3056.4小时,日照百分率平均69%，10月份多达78%。

（二）区域优势通过对酒泉地区的气候、土地、矿产、太阳能等资源的分析，酒泉地区很适合发展燃煤辅助太阳能热发电系统。

因为气候条件适宜，酒泉地区年平均气温5－8℃无霜期140－160天，年日照时数为 2800 －3300小时，年降水量50－200毫米。

土地资源丰富，酒泉地区土地总面积为1912.27万公顷，人均22.2公顷。

土地资源丰富，但开发利用率很低，有着巨大的土地可开发资源。