我国聚光型太阳能热发电技术发展现状_郑建涛

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　我国聚光型太阳能热发电技术发展现状
郑建涛,裴　杰
华能清洁能源技术研究院有限公司,北京　100098
[摘 要]　介绍了聚光型太阳能热发电技术的特点及国内太阳能热发电技术的发展现状,分析了
太阳能热发电技术发展面临的难点,提出了将塔式和槽式太阳能热发电系统的优点相结合,发展辅助燃煤/燃气一体化的发电系统,以及发展太阳能光伏发电和光热发电的
联合系统的建议。

[关　键　词]　聚光型;太阳能;热发电;光伏发电;光热发电[中图分类号]　TK514;V476
[文献标识码]　A [文章编号]　1002-3364(2011)02-0008-02
[DOI 编号]　10.3969/j .issn .1002-3364.2011.02.008
STATUS QUO OF DEVELOPING POWER GENERATION TEC HNOLOG Y BY USING HEAT OF LIGHT -C ONCENTRATING S OLAR ENERGY IN CHINA
ZHENG Jiantao ,PEI Jie
H uaneng Clean Energy Techn ology Research Institute ,Beij ing 100098
Abstract :The technical features of pow er generation techno logy by using heat of light -concentrating solar ene rg y and status quo of pow er generation using heat of so lar energy in China have been presen -ted ,the difficult points encountered in development o f pow er g eneratio n technology using heat of so lar energy being analysed .T he combination of advantages in tow er -ty pe and trough -ty pe pow er gene ration sy stems using heat of solar energy has been put fo rw ard ,it is reco mmended to develop integ ral pow er generation sy stem with aux iliary coal -fired /gas -fired facility ,and to develop hy brid sy stem of photovo l -taic pow er generation and thermal pow er generation using solar energy .Key words :light -concentrating type ;so lar energy ;therm al powe r generation ;pho tov oltaic pow er gener -atio n ;pow er g eneratio n using heat o f so lar energy
收稿日期:　2010-06-24
基金项目:　华能集团科技项目(H NKJ10-HB )作者简介:　郑建涛(1973-),男,陕西咸阳人,从事电厂系统及节能技术研究。

E -m ail :　z hen gj ian tao @tpri .com .cn
1　聚光型太阳能热发电技术
太阳能热发电是通过某种装置将太阳辐射能转换成热能,再通过透平等设备将热能转化为电能的发电
方式。

太阳能热发电按照太阳能电站的结构形式分为纯太阳能电站和混合电站也叫整体化太阳能电站(ISCCS )。

ISCCS 是将太阳能集热系统和其它常规电站或联合循环电站结合起来,在太阳能正常时,最大化
的利用太阳能发电,而太阳能辐照小或夜间时用一定比例的其它形式发电。

纯太阳能热电站若要稳定、持续发电则需要配置较大的热存储系统。

聚光型太阳能热发电方式可分为槽式、碟式、塔式及菲涅尔热发电等多种形式。

太阳能聚光热发电具有以下特点:(1)太阳能热发电中蒸汽轮机等设备需要消耗冷却水,且对蒸汽循环中的水质有一定要求;(2)塔式太阳能发电系统年平均效率达到17%,槽式太阳能发电系统年平均效率达到15%;(3)可产生蒸汽,能量形式多样;(4)热惯性和热存储能力使机组便于控制和稳定运行,运行可靠性高;(5)随电厂容量的增加,每kW集热器的建设费用可大幅降低;(6)能耗和环境污染少,集热器等前端生产、维护及废弃物处理污染也较小。

2　我国聚光型太阳能热发电技术现状
2.1　应用情况
目前,国内太阳能热发电多选择槽式太阳能热发电技术,已经开始运作的项目主要有:(1)由中德合资的内蒙古施德普太阳能开发有限公司与德国Solar Millennium AG公司筹划建设的我国第1个槽式太阳能热发电站;(2)广东东莞市康达机电工程有限公司与意大利国家新技术能源与环境委员会(简称ENEA)合作建设太阳能热发电研发平台和太阳能热发电科技产业园等项目;(3)北京中航空港通用设备有限公司已完成槽式太阳能热发电装置样机研制,正在建立槽式太阳能热发电装备产业化制造基地;(4)西北工业技术研究院的太阳能集热发电示范项目,主要开展太阳能光伏发电系统、太阳能热发电系统、高温太阳能热利用系统的太阳能应用技术研究;(5)中国华电集团的“槽式太阳能热发电集热器研制及系统集成技术研究”;
(6)由中科院电工所牵头拟在我国西部开发建立1000 M W槽式和塔式太阳能热发电站。

拟建的太阳能热发电站有:甘肃玉门2000MW、新疆吐鲁番300M W、内蒙古50M W、四川阿坝州100 M W、陕西榆林500MW、海南250M W、甘肃2个50 M W、宁夏50MW等槽式太阳能热发电站以及华电集团的1000MW槽、塔式热发电站。

2.2　技术难点
(1)塔式太阳能吸热器　由于白天太阳光在吸收塔上聚焦的光斑大幅变化导致聚光强度大幅变化,且各个定日镜的余弦效应不同,对塔式太阳能热发电系
统吸热器的性能要求很高。

(2)槽式太阳能集热管　中高温集热管内管为金
属管,外管为玻璃管,由于两者线膨胀系数不同,使集
热管随着温度的变化不断的热胀冷缩,会造成真空玻
璃管泄漏甚至破裂;耐高温吸收层不仅直接影响集热
管的吸热效率,而且还会造成吸收涂层脱落,影响集热
管的安全运行。

因此,金属内管热膨胀的安全卸载、玻
璃金属封接和真空度,以及耐高温热吸收涂层的制备
是槽式太阳能热发电系统发展必须解决的难题[1]。

(3)引进技术的适应性　国外太阳能槽式太阳能
热电站多处于少风或无风地区,而我国阳光富足地区
往往多风,甚至具有沙尘暴,槽式系统的抗风性能较
差,在设计槽式太阳能热电站应用引进技术的同时,必
须考虑其运行条件,增强系统的抗风、耐磨等能力。

(4)储热系统　太阳能热发电系统在早晚或云遮
间隙必须依靠储存的热量维持系统正常运行,储能工
质的工作温度范围决定了机组初参数,应用较广的蓄
热方法包括高温导热油、高压饱和水/饱和蒸汽、熔融
盐、高温混凝土蓄热、陶瓷蓄热等。

受各种条件和技术
限制,储热系统的最高温度仅为300℃左右,大大降低
了太阳能独立稳定和持续发电的能力。

因此,提高储
能材料的热容、工作温度和工质的化学及物理稳定性
成为必须解决的难题。

(5)设计技术　由于国内目前尚没有运行的太阳
能热发电示范工程,更没有大型太阳能热发电系统的
设计经验,故太阳能发电选址标准、工程设计、系统集
成等技术还需要进一步研究。

3　结论及建议
(1)将塔式和槽式太阳能热发电系统的优点相结
合,可开发1套综合系统,既可提高槽式系统的导热介
质温度,又可避免塔式系统的高塔建设和控制困难等
缺陷。

(2)发展辅助燃煤/燃气一体化的发电系统,可采
用太阳能热量来辅助加热锅炉给水,避免独立太阳能
发电需要储热运行的缺点。

(3)发展太阳能光伏发电和光热发电的联合系统。

在光伏发电实际应用中,照射到电池板表面上的太阳
能相当一部分被转化成热能,使电池温度升高,导致电
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(2)工况1、工况2的炉膛氧量及温度分布一致,但工况2对应炉膛各处的NO x浓度却明显低于燃用设计煤种的工况1,这说明在炉膛氧量、温度分布一致的情况下,入炉煤的氮含量越低其NO x排放越低。

(3)工况2燃烧器的高温区(烟气温度高于1600 K)面积大于工况3,也即工况2燃烧器区域的温度水平高于工况3,但炉内NO x浓度却明显低于后者。

通过对炉内温度及氧量分布的分析认为,虽然工况2燃烧器区域温度较高、气流着火较早,会使得热力型NO x有所增加,但由于入炉煤氮元素总量及燃烧器区域氧量相对偏低,又使得燃料型NO x有所减少,最终导致NO x排放水平低于工况3,也即燃料型NO x在氮氧化物的生成中占主导地位。

由上述结论可知,从煤质角度出发,降低NO x排放量的途径有2种:
(1)在入炉煤热值相近的情况下,尽量燃用含氮量较低的煤种,以减少进入炉膛的氮元素总量,这在一定范围内会使NO x排放量的降幅率与氮元素总量(或煤的氮元素含量)的降幅率大致相当。

(2)在入炉煤氮元素含量相近的情况下,尽量燃用高热值、易燃煤,这会使单位时间内进入炉内的燃煤量有所减少,同时也减少了进入炉膛的氮元素总量,这将在一定范围内,使得NO x排放量的降幅率与入炉煤量的降幅率大致相当,而燃用易燃煤也可降低飞灰含碳量,提高锅炉效率。

4　结　语
利用实际试验数据对数值模型进行验证及修正后,数值模拟结果与试验结果之间的误差较小,表明模拟结果较为准确。

利用修正后的Fluent预测模型对不具备现场试验条件及存在较大调整限制的运行工况进行NO x生成预测,对准确分析炉内燃烧及NO x生成规律提供了理论依据。

[参　考　文　献]
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池效率下降。

为充分利用太阳能的光生伏打效应(即当物体受光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应)和热效应,并尽可能保持光伏电池性能,可在电池板背面敷设流体冷却通道以维持一定的电池温度。

同时,产生的热量可直接低温发电或储存。

该联合系统的综合效率要比单一的光伏发电高。

(4)发展太阳能发电和太阳能利用相结合的综合能源系统,将太阳能热发电与太阳能分解水制氢和海水淡化相结合,以实现能量的综合、梯级利用。

[参　考　文　献]
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