(整理)塔式太阳能热发电技术进展.
塔式太阳能热发电技术进展摘要：在介绍塔式太阳能热发电系统的基本原理、系统组成的基础上, 回顾了塔式太阳能热发电系统的发展历程, 着重阐述了塔式热发电所涉及的关键技术, 包括定日镜、接收器、传热蓄热工质的研究进展, 并通过分析我国气象、地理条件及能源需求, 指出塔式太阳能热发电在我国的西藏、内蒙等西北部地区具有广阔的应用前景。
关键词：太阳能热发电;塔式发电系统;蓄热;定日镜;接收器
一引言
塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群, 将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温, 加热工质产生过热蒸汽或高温气体, 驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电, 从而将太阳能转换为电能。
二发电原理与系统
塔式太阳能热发电系统, 也称集中型太阳能热发电系统, 主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成, 基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中, 再利用高温介质加热水产生蒸汽, 驱动汽轮发电机组发电。塔式太阳能热发电系统中, 吸热器位于高塔上, 定日镜群以高塔为中心, 呈圆周状分布, 将太阳光聚焦到吸热器上, 集中加热吸热器中的传热介质, 介质温度上升, 存入高温蓄热罐, 然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽, 利用蒸汽驱动汽轮机组发电, 汽轮机乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。
在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回到低温蓄热罐中, 再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图所示。
三发展简史
塔式太阳能热发电系统的设计思想是20世纪50年代由前苏联提出的。1950年, 前苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置, 对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。据不完全统计, 1981一1991年的10年间, 全世界建造了兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座, 其中主要形式是塔式电站, 最大发电功率为80MW。世界上几个具有代表性的太阳能塔式热发电站如表1所示。20世纪80年代末, 安装在意大利西西里岛的,由法国、原联邦德国和意大利等欧洲9国联合建造的, 世界上第一座塔式太阳能热电站并网运行。电站塔高50米, 占地2万平方米, 额定功率为1MW, 蓄热器由硝酸盐组成, 采用了50平方米定日镜70个、23平方米定日镜112个。1981年, 美国在加利福尼亚州南部沙漠地区附近建成盯塔式太阳能热发电站,1982年投入运行, 总耗资1.42亿美元, 共有定日镜1818台, 每台定镜面积40平方米。中央接收器位于
80高的塔顶, 产生516℃的高温蒸汽, 装机容量
10MW,
是当时世界上最大的塔式太阳能热发电站。传热介质为水, 蓄热介质为导热油和石块, 所储存的热量可保证4H的7MW电能输出, 保证了在恶劣的气候条件下及夜间正常运行。
经过一段时间试验运行后, 在Solar One的基础上又建造了。塔式太阳能热发电站, 并于1996年6月投入运行。Solar One的参数如下:1926块定日镜, 其中40平方米耐定镜1818台, 95平方米定日镜108台, 镜面总面积82980平方米。采用熔盐蓄热系统, 有2个储热罐, 一个储存565℃的高温熔盐, 另一个储存288℃的低温熔盐。熔盐可有效蓄热, 日落后Solar One能够向一万个家庭供电3个小时。由于增加了蓄热系统, 使太阳塔输送电能的负载因子高达65%。Solar One塔式试验电站蓄热系统从1996年一直运行到1999年结束, 是目前最成熟的熔盐蓄热系统。Solar One验证了采用熔盐技术可以使电站具有较好的技术和经济性, 极大地推进了塔式太阳能热发电站的
商业化进程。
1983年西班牙工业部和能源部开始投资兴建CESA一1, 采用了面积为39.6平方米的定日镜300个, 定日镜双轴跟踪误差1.5mard, 反射率92%。塔身为钢混结构, 高80M, 载荷能力为100T。目前该装置作为实验平台用于试验塔式接收系统的不同部件, 如定日镜、接收器、储热器以及控制部分的性能。
法国的THEMIS电站建于上世纪80年代, 发电功率为2,5MW, 使用熔盐作为吸热器和储热器的介质, 塔高100M, 单面定日镜面积为45平方米。该项目是为确立总体设计和部件的技术可行性, 并评价出口潜力。该电站在1983一1986年成功运行, 为未来电站的建设提供了大量的资料。现已停运多年, 目前定日镜已有30%以上的玻璃无法满足设计要求, 因此40%的定日镜被法国电力公司收购并改造成为跟踪光伏发电场, 其余60%左右定日镜被重新改造,用于1.5MW燃气发电试验电站。
建于西班牙Seville的PS10发电厂于2007年月3发电, 发电功率11MW。该项目初期论证过采用空气吸热器加燃气轮机的BRAYTON循环技术, 最后由于成本高和技术风险大, 转而采用直接产生蒸汽的方式。PS10塔高90M, 有981面121平方米的定日镜, PS10电站每年向电网提供19.2GWh的电力, 年平均发电效率可达10.5%。
四技术进展
1定日镜
定日镜由刚性金属结构支撑, 通过控制系统调整方位和角度, 实现对太阳光线的准确跟踪接收, 并聚集反射太阳光线进入塔顶的接收
器内, 如下图所示。定日镜由反射镜、跟踪传动机构、镜架及基座组成, 是塔式电站最关键也是最昂贵的部件, 美国Solar One电站1.42亿美元投资中, 定日镜占52%, 目前, 定日镜的控制精度、运行稳定性和安全可靠性及降低建造成本是定日镜研究开发的主要内容。
美国在塔式太阳能热发电技术方面, 除建成Solar One电站外, 还开发研制了一种新型的张膜式定日镜, 其反射镜由镀银聚合物薄膜覆盖于薄金属箔上制成, 然后张紧到金属构架上, 对太阳的平均反射率约为0.92。这种薄膜定日镜的制造成本较低, 不到玻璃反射镜的1/3。
2 接收器
除定日镜群外, 塔式太阳能热发电集热系统的另一主要组成部分是太阳能接收器, 也称为太阳锅炉, 是光热转换的关键部件。接收器位于定日镜群中央的高塔上, 将定日镜捕捉、反射、聚焦的太阳能直接转化为可以高效利用的高温热能, 加热工作介质至500℃以上, 驱动发电机组产生电能。
国际上现有的塔式太阳能接收器主要分为间接照射接收器和直接照
射接收器两大类。间接照射接收器向载热工质的传热过程不发生在太阳照射面,工作时聚焦入射的太阳能先加热受热面, 受热面升温后再通过壁面将热量向另一侧的载热工质传递。管状接收器即为间接式。直接照射接收器也称空腔式接收器, 特点是接收器向载热工质的传热与入射阳光加热受热面在同一表面发生, 由于特定形状的内表面具有几近黑体的特性, 可有效吸收入射的太阳能, 避免选择性吸收涂层的问题。
按照制作材料, 接收器又可分为金属和非金属两大类。金属接收器的整体密封性、导热性、承压能力较好, 但耐高温性能比非金属差。非金属接收器的优点在于耐高温、耐腐蚀, 使用寿命长, 常用材料有陶瓷、石墨、玻璃及氟塑料等。
塔式太阳能热发电站是采用灌装接收器，管外壁涂有耐高温吸收涂成，能最大限度吸收太阳辐射热能。结构如图所示。工质介质为水/蒸汽;Solar One仍采用管状接收器, 工作介质为熔盐, 在平均太阳辐射能流密度430KW/M2条件下, 吸热器额定功率为,将进口温度为288℃的熔盐加热到565℃ , 经管道和泵输往热盐罐存储。
空腔式接收器最早应用在PHOEBUS系统中, 利用金属丝网直接吸收太阳辐射, 温度可高达800℃。后来, 金属丝网逐渐被SiC或AL2O3材料所取代。新型空腔式接收器置于有压容器中, 阳光通过抛物面状石英玻璃窗口进入容器, 如图所示。
3 春热储热介质
目前应用的传热蓄热介质主要有水蒸汽、导热油、熔盐、液态金属如液态钠、空气等。
水蒸汽具有热导率高、无毒、无腐蚀性等优点, 如美国Solar One、西班牙PS10等电站采用水蒸汽作为传热工质, 但水蒸汽在高温时有高压问题,在实际使用时蒸汽温度受到限制。
导热油既可用于蓄热又可用于传热介质, 一般用于400℃以下的场合, 限制了塔式系统接收器的聚焦温度。油类在高温时的蒸汽压力非常大400℃时大于1MPa, 使用其作为蓄热介质需要特殊的压力阀等设备, 存在很大的困难, 容易引发火灾, 且价格昂贵。Solar One采用的蓄热介质是牌号为Caloria一43的导热油和6100t砂石, 利用价格低廉的砂石作为填充材料以降低蓄热系统成本。
液态金属能应用于较高的温度, 且金属材料密度大, 导热率高, 整体温度分布均匀, 但高温下与空气接触易燃易爆, 由此带来的安全问题制约了其在塔式电站蓄热系统中的应用。西班牙的SSPS小型太
阳能发电系统采用液态钠作为传热蓄热工质, 在运行中出现过液态
钠泄露问题, 1986年发生了钠燃烧事故。
西班牙太阳能研究、发展与测试中心Plataforma Solar de Almeria 曾开发试验2.5MW腔式接收器 ,验证了口气作为传热储热介质技术
应用的潜力。空气的热容较小，因此口气吸热器工作温度可以高于1000度，但是近期传热能力较差，需要额外措施以加强传热，加大了成本。
Kearney等人的演剧表明，使用溶盐作为储热介质可以使太阳能电站操作温度提高到450一500℃ ,发电效率提高到40%, 蓄热效率提高2.5倍, 从而在热容量一定时减小蓄热容器的体积。此外, 熔盐价格低廉, 环境友好。美国MESS和Solar One, 意大利EURELIOS, 日本SUNSHINE, 西班牙CESA-1和Ps20, 法国THEMIS等塔式太阳能高温热发电站均采用混合熔盐技术进行吸热和储热。常见的熔盐有碳酸盐、氯化物、氟化物和硝酸盐, 其中, 硝酸熔盐在太阳能热发电中的应用较为广泛。凝固温度130度, KNO3的混合物, 凝固温度220℃ , 以及、的混合物,凝固温度为℃。其中最后一种熔盐成本最低。
Solar Two采用Solar Salt混合熔盐作为传热和蓄热介质, 此熔盐在220℃时开始熔化, 在600℃以下热性能稳定。蓄热能力为105MW, 可供汽轮机满负荷运行3h 。
五在我国的应用前景
1990一2004年间, 我国的电力产量以平均每年9.7%的速率递增, 装机容量由138GW上升至442GW。为适应我国经济持续快速发展的需要, 到2020年我国需增加625一860的装机容量, 相当于欧盟2003年的总装机容量。
我国石油和天然气资源比较贫乏, 是一个以煤炭为主要能源资源的
国家, 煤炭占据能源消费结构2/3以上的比例。煤的大量使用, 给环境带来诸多负面影响, 如燃煤排放二氧化碳带来的温室效应, 以及
地面下沉、水体污染等等。分析表明 , 中国将在2009年取代美国成为世界最大的二氧化碳排放源。满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用, 对能源科技发展提出重大挑战。中国对以煤炭为主体的能源结构进行改革势在必行, 否则, 来自国际社会的压力将会
愈来愈大。开发利用可再生能源, 是建立可持续发展能源系统最主要的政策措施, 也是我国长期的能源发展战略。
我国土地面积广阔, 日照丰富, 具有居世界第二的太阳能资源。全国各地年平均日辐射量地区差异较大, 从东南部低于2kWh/(m·d) 西部大于9kWh不等。日辐射量的多少对于降低太阳能发电系统的成本具有重要意义, 研究表明, 年平均日照量高于1800kWh(m·d) 相当于5kWh(m·d) 的地区采用聚光太阳能发电可保证其经济性。我国西部和北部的大部分地区, 如西藏、内蒙古、新疆、青海、甘肃的部分地区都完全符合聚光太阳能发电的日照条件。
塔式电站发电功率与定日镜群的布置场地面积大小有关, 每生产1MW
电能, 大约需要20234平方米定日镜场。我国西北部人口稀少, 耕地面积少, 太阳辐射强, 如西藏、内蒙古、青海, 可用于布置定日镜场的面积达987900平方米 , 其中大部分地区年平均日照量大于
1800kWh/(m.a), 是建设塔式电站的理想地点。
我国的能源政策也支持鼓励太阳能热发电技术的研究与开发。2005
年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要2005一2020年》中指出, 要将太阳能热发电技术作为一项优先主题进行布局和规划。
2007年8月发布的《可再生能源中长期发展规划》中指出, 我国在“十一五”时期, 计划在内蒙古、甘肃、新疆等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地, 建设太阳能热发电示范项目, 到2010年建成太阳能热发电总容量5万kw, 到2020年达到20万kw。
我国在塔式太阳能发电方面起步较晚, 从上世纪七十年代开始进行
了一些应用性基础试验和研究,在天津建造了一套功率为1KW的塔式太阳能热发电模拟装置。2005年10月, 我国第一座的70kw塔式太阳能热发电系统在南京市江宁开发区建成并成功发电, 电站占地约40亩, 投资500万元。塔高33M,采用面积为20平方米的定日镜32面。接收器采用以空气为介质的腔式结构, 具有一定压力的空气在腔式接收器中加热后推动燃气轮机发电, 腔式接收器及燃气轮机等设
备由以色列合作提供。该电站的定日镜技术具有完全自主知识产权, 与国外成型制镜技术不同, 聚光镜采用特殊成型方式, 通过支撑优
化结构控制镜面弧度, 使定日镜制造成本大幅下降。
六结语
塔式太阳能热力发电是不需要耗费化石能源,无任何污染排放的清洁
发电技术, 美国、西班牙等国都进行了深入的研究和应用, 经过几十年的发展,该项技术日臻成熟。
我国的日照条件、土地使用情况等均适宜于塔式太阳能热电站的建设和运行, 发展塔式太阳能热发电对于满足我国快速增长的能源需求
和保护生态环境具有重要的战略意义。我国在这方面的研究起步较晚, 成本和技术是制约我国塔式太阳能热发电商业运作的两大瓶颈, 我
们应学习借鉴国外已有的研究成果, 加大在塔式太阳能热发电方面
的研究,尤其是所涉及的关键技术, 研制出符合塔式太阳能热发电系
统要求的部件并在适宜地区进行试验, 尽可能降低成本, 以大力推
广塔式太阳能热发电技术。
美国能源部主持的研究表明, 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。随着我国能源形势和生态环境的发展, 太阳能塔式热发电作为一种更适合于大规模
电力供应的补充方式, 将会受到越来越多的重视, 也必然会得到更
大的发展。
参考文献：
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塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统就是在空旷得地面上建立一高大得中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔得周围安装一定数量得定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶得接收器得腔体内产生高温,再将通过吸收器得工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出得蒸汽得到冷凝,变成水，重新参加循环。 不同颜色得线条表示不同温度得工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式得聚光比小,一般在５0左右,为维持高温时得运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式得聚光比大,一般可以达3００到150０,因此可以使用非真空得吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术得槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔得吸热器可以在５０0℃到1５00℃得温度范围内运行,对提高发电效率有很大得潜力。而槽式得工作温度一般在400℃以内，限制了发电透平部分得热电转换效率。接收器散热面积相对较小,因而可得到较高得光热转换效率。 ５.塔式太阳能热发电系统得组成按照供能得不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳得实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上得吸热器吸收由定日镜系统反射来得高热流密度辐射能,并将其转化为工作流体得高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面得蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电。 由于太阳能得间隙性，必须由蓄热器提供足够得热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能得不足,否则发电系统将无法正常工作。 ６大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高１18 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔9２m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 ｍ3得饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 得燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦得汽轮发电机组构成。 ?热力循环过程包括两个方面：
光热发电的前景和弊端
光热发电的前景和弊端 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。这种技术的关键元件是太阳能电池，经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 一、光热发电 光热发电是指将太阳能聚集，通过换热装置提供蒸汽，进而驱动汽轮机发电。 1.原理不同：光伏--高纯硅可以利用太阳光照产生直流电，光伏发电； 光热--收集太阳热加热工质成汽态，推动汽轮机，发电机发交流电，光热发电；原理与传统发电的一样； 2.蓄能方式不同：光伏-蓄电池，使用期限是几年，需更换，更换的电池会造成大量污染； 光热-蓄热罐； 使用热熔盐，不需更换，只需添加； 3.使用方向不同：光伏--适合分散式、小规模、高档城市；小局域供电 光热--适合集中式、大规模、一般性地区；整个地区、省、甚至全国大范围供电，仅仅利用新疆沙漠100平方公里 的太阳热能，就够我们整个中国的用电；新疆沙漠是42.48万平方公里； 4.相关产业链不同：光伏--硅矿生产、提纯、切片、产品，相关产业链专业单一； 光热--钢铁、玻璃、水泥等等，涉及到多个行业，类似房地产，相关产业链长，非常丰富； 5.核心技术设备所有权不同：光伏--核心技术、设备都被德国、俄罗斯、日本、美国等掌握；我们需花大量外汇购买；光热--核心技术、设备全部国产化；所有知识产权完全国有； 二、含义：太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所
塔式与槽式太阳能热发电技术
塔式与槽式太阳能热发电技术 塔式太阳能热发电 塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。 塔式太阳能热发电特点 塔式电站的优点： １．聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高； ２．能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效； ３．接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。 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。以美国Ｓｕｎｌａｂ为代表的研究部门以及Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测图１。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ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；Ｓａｒｇｅｎｔ＆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。 我国塔式太阳能热发电技术发展状况 随着太阳能利用技术的迅速发展，从２０世纪７０年代中期开始，我国一些高等院校和科研院所，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础试验研究，并在天津建造了一套功率为ｌｋＷ的塔式太阳能热发电模拟装置。 《中国新能源与可再生能源１９９９白皮书》指出：我国太阳能热发电技术的研究开发工作早在７０年代末就开始了，但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验样机，与国外差距很大。 近几年来，中国工程院院士张耀明教授带领南京春辉科技实业有限公司南京玻璃纤维研究设计院三所科技人员，在太阳能热发电研究领域中，取得了自动跟踪太阳、聚光、
蝶式、槽式、塔式太阳能发电区分详解
幻灯片1 太阳能热发电种类 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 幻灯片3 6.3 碟式太阳能热发电系统 ●碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面的碟式反射镜将太阳聚焦到一个焦点。 ●碟式系统的太阳能接收器也不固定，随着碟形反射镜跟踪太阳的运动而运动，克服了 塔式系统较大余弦效应的损失问题，光热转换效率大大提高 ●碟式接收器将太阳聚焦于旋转抛物面的焦点上，而槽式接收器则将太阳聚焦于圆柱抛物 面的焦线上，因此碟式接收器可以产生高温。 幻灯片4
幻灯片5
幻灯片6 系统特性 ●高聚光比：500-2000 ●聚光表面温度：1000-1300℃ ●效率高：28-30% ●面积不可能太大，因此功率1~50kW。 ●太阳能利用效率高：国外文献报道：该系统可将85.6kW的辐射能转化成26.75kW 的电
能，最高效率31.25% ●发电规模灵活，安装简便，不需用水沙漠等缺水区域可用。 幻灯片7 系统组成 ●碟式抛物面太阳能聚光器 ●碟式太阳能集热器 ●斯特林发动机 ●发动机及电输出系统 幻灯片8 碟式抛物面太阳能聚光器 小聚光镜组合式 结构简单，造价低 间隙，面积利用率低 镜面张膜式 结构简单，造价低 聚光镜拼接式 面积利用率高，精度高 幻灯片9 碟式太阳能集热器 ●间接式集热器 ●相变换热，碱金属（钠、钾，钠钾合金等） ●热量传递快、容量大，温度恒定 相变式、热管式、混合式 ●直接式集热器 ●温度分布极不均匀 发电不稳定，不均匀 幻灯片10 斯特林发动机（引擎） ●Stirling Engine ●苏格兰牧师、物理学家、热力学家——Robert Stirling ●1816年，申请专利。 ●热机、外燃机 ●理论效率——最大效率，卡诺循环效率
碟式太阳能热发电系统的原理与构造
碟式太阳能热发电系统的原理与构造 芃 摘要：碟式太阳能热发电系统由碟式抛物面聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，本文介绍了碟式抛物面聚光镜的结构，并介绍了碟式太阳能接收器的原理与结构。 关键字：碟式太阳能发电系统，碟式抛物面反射镜，直接加热式太阳能接收器，间接加热式太阳能接收器，池沸腾接收器，相变式太阳能加热器，斯特林发动机 碟式太阳能热发电系统主要由碟式聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，目前峰值转换效率可达30%以上，是一种有前途的太阳能热利用装置。 1. 碟式抛物面反射镜 碟式太阳能热发电系统采用旋转抛物面汇聚太阳光，旋转抛物面是抛物线绕轴线旋转形成的面。与抛物面轴线平行的光线照射到镜面时，光线会聚焦到焦点，在焦点放置的物体会被加热到很高的温度，见图1。 图1 旋转抛物面聚光镜 每个碟式太阳能热发电系统都有一个旋转抛物面反射镜用来汇聚太阳光，圆形的反射镜像碟子一样，故称为碟式反射镜。由于反射镜面积小则几十平方米，大则数百平方米，很难造成整块的镜面，是由多块镜片拼接而成。一般几kW的小型机组用多块扇形镜面拼成园形反射镜，如图2左侧照片；也有用多块园形镜
面组成，如图2右侧照片。大型的一般用许多方形镜片拼成近似园形反射镜，如图3照片所示。 图2 网上的碟式太阳能系统照片 图3 网上的碟式太阳能系统照片 拼接用的镜片都是抛物面的一部分，不是平面，多块镜面固定在镜面框架上，构成整片的旋转抛物面反射镜。整片的旋转抛物面反射镜与斯特林机组支架固定
在一起，通过跟踪转动装置安装在机座的支柱上，斯特林机组安装斯特林机组支架上，机组接收器在旋转抛物面反射镜的聚焦点上，见图4。 跟踪转动装置由跟踪控制系统控制，保证抛物面反射镜对准太阳，把阳光聚集在斯特林机组的接收器上。关于跟踪知识请浏览“鹏芃科艺”网站（https://www.360docs.net/doc/fc7688620.html,）的“聚光太阳能热利用”栏目“太阳的视运动与跟踪”章节。在该栏目的“碟式太阳能热发电系统”章节有碟式太阳能热发电系统动画，可在线观看或下载。 图4 碟式太阳能发电系统组成 2. 斯特林发电机组 斯特林发动机是一种外燃机，依靠发动机气缸外部热源加热工质进行工作，发动机内部的工质通过反复吸热膨胀、冷却收缩的循环过程推动活塞来回运动实现连续做功。由于热源在气缸外部，方便使用多种热源，特别是利用太阳能作为热源。碟式抛物面聚光镜的聚光比范围可超过1000，能把斯特林发动机内的工质温度加热到650度以上，使斯特林发动机正常运转起来。在机组内安装有发电机与斯特林发动机连接，斯特林发动机带动发电机旋转发电。 斯特林发动机的技术较复杂，就不在这里介绍了，在“鹏芃科艺”网站（https://www.360docs.net/doc/fc7688620.html,）有“斯特林发动机”栏目专门介绍斯特林发动机的原理与
塔式太阳能热发电技术
塔式太阳能热发电技术浅析 14121330 彭启 1.前言 太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能汇聚，生成高密度的能量，通过热功循环来发电的技术[1]。我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，一些高等院校和科研所等单位和机构，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套功率为lkW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为lKW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置[2~3]。 目前主流的太阳能热发电技术主要有4种方式：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式[4]，这4种太阳能光热发电技术各有优缺点。 塔式太阳能聚光比高、运行温度高、热转换效率高，但其跟踪系统复杂、一次性投入大，随着技术的改进，可能会大幅度降低成本，并且能够实现大规模地应用，所以是今后的发展方向。槽式技术较为成熟，系统相对简单，是第一个进入商业化生产的热发电方式，但其工作温度较低，光热转换效率低，参数受到限制。碟式光热转换效率高，单机可标准化生产、既可作分布式系统单独供电，也可并网发电，但发电成本较高、单机规模很难做大。线性菲涅尔式结构简单、发电成本低、具有较好的抗风性能，但工作效率偏低、且由于发展历史较短，技术尚未完全成熟，目前处于示范工程研究阶段。 2.发电原理与系统 塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能[5]。 塔式太阳能热发电系统，也称集中型太阳能热发电系统，主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成，基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中，再利用高温介质加热水产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 塔式太阳能热发电系统中，吸热器位于高塔上，定日镜群以高塔为中心，呈圆周状分布，将太阳光聚焦到吸热器上，集中加热吸热器中的传热介质，介质温度上升，存入高温蓄热罐，然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮机组发电，汽轮机乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回到低温蓄热罐中，再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图1所示。 图1 塔式太阳能电站系统流程示意图
塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统就是在空旷的地面上建立一高大的中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔的周围安装一定数量的定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温,再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出的蒸汽得到冷凝,变成水,重新参加循环。 不同颜色的线条表示不同温度的工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式的聚光比小,一般在50左右,为维持高温时的运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式的聚光比大,一般可以达300到1500,因此可以使用非真空的吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术的槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔的吸热器可以在500℃到1500℃的温度范围内运行,对提高发电效率有很大的潜力。而槽式的工作温度一般在400℃以内,限制了发电透平部分的热电转换效率。接收器散热面积相对较小,因而可得到较高的光热转换效率。 5.塔式太阳能热发电系统的组成按照供能的不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳的实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐 射能,并将其转化为工作流体的高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽,推动常规汽轮机发电。 由于太阳能的间隙性,必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足,否则发电系统将无法正常工作。 6大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高118 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔92 m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 m3的饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 的燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦的汽轮发电机组构成。 热力循环过程包括两个方面:
太阳能热发电
太阳能热发电 热动081班 20084140114 武伟杰随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种，即火电、水电和核电。 火电的缺点： 火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。 水电的缺点： 水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。 核电的缺点： 核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。 这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。最理想的新能源是太阳能。 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①
照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。 利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。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。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。 太阳能热发电系统一般由太阳能即热系统、蓄热与换热系统和汽轮机发电系统组成。与常规热发电的不同是太阳能热发电必须考虑太阳能能量密度低、间歇性、不稳定性等因素。太阳能热发电的集热系统用聚光集热装置将太阳能收集起来，将集热工质加热到一定的温度，经过换热器将热能传递给动力回路中循环做工的工质，或产生高温高压得过热蒸汽驱动汽轮机、再带动发电机发电；从汽轮机出来的发气，其压力和温度已大大降低，或经冷凝器凝结成液体后，被重新泵送入换热器，开始新的循环。太阳能电站一般带有储热装置。 太阳能热发电系统一般由六部分组成： （1）太阳能集热子系统； (2)吸热与输送热量子系统； (3)蓄热子系统； (4)蒸汽发生系统； (5)动力子系统； (6)发电子系统。 其中，前两部分简称为太阳场，是太阳能热发电技术的核心。由于太阳能供应不稳定、不连续，为保障热发电系统的稳定运行，通常在系统中配置蓄能子系统，将收集的太阳能热能存储起来，以保证在夜间或太阳辐照不足时的发电；或
塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计
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塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计 作者：耿其东， 朱天宇， 陈飞， GENG Qi-dong， ZHU Tian-yu， CHEN Fei 作者单位：耿其东,GENG Qi-dong(盐城工学院机械工程学院,江苏,盐城,224051)， 朱天宇,陈飞,ZHU Tian-yu,CHEN Fei(河海大学机电工程学院,江苏,常州,213022) 刊名： 热力发电 英文刊名：THERMAL POWER GENERATION 年，卷(期)：2009，38(2) 被引用次数：0次 参考文献(5条) 1.刘祖平一种跟踪和聚光的全新的理论[期刊论文]-中国科学技术大学学报 2006(12) 2.张宝星太阳能利用的跟踪与聚集系统研究[学位论文] 2006 3.饶鹏.孙胜利.叶虎勇两维程控太阳跟踪器控制系统的研制[期刊论文]-控制工程 2004(06) 4.张明峰PIC单片机入门与实战 2001 5.Soteris A.Kalogirou DESIGN AND CONSTRUCTION OF A ONE-AXIS SUN-TRACKING SYSTEM 1996(06) 相似文献(10条) 1.期刊论文张耀明.张文进.刘德有.孙利国.刘晓晖.王军太阳能热发电系列文章(17)70kW塔式太阳能热发电系统研究与开发(下)-太阳能2007(11) 阐述了塔式太阳能热发电系统中的接收器、燃气体轮机系统、辅助系统和控制系统的有关知识;介绍了南京江宁70kWe塔式太阳能热发电系统的接收器、燃气体轮机系统、辅助系统和控制系统的构成;总结了系统建设的目的和意义,并展望塔式太阳能热发电的前景. 2.期刊论文杨敏林.杨晓西.左远志.YANG Min-lin.YANG Xiao-xi.ZUO Yuan-zhi塔式太阳能热发电吸热器技术研究进展-科学技术与工程2008,8(10) 近年来,塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展,大量实验和运行数据充分证明了其技术可行性和商业应用前景.文中较系统的回顾了塔式太阳能热发电系统吸热器技术的发展历程及现状,对应用较为广泛的熔盐吸热器、空气吸热器及水/蒸汽吸热器作了详细的分析,并展望了我国开展塔武太阳能热发电应用研究的发展方向. 3.期刊论文张耀明.刘德有.张文进.孙利国.刘晓晖.王军太阳能热发电系列文章(16)70kW塔式太阳能热发电系统研究与开发(上)-太阳能2007(10) 介绍了南京江宁70kWe塔式太阳能热发电系统的基本原理与总体思路;对比了太阳能级燃气轮机与普通情况下使用的燃气轮机的差别;从定日镜的光学原理、控制原理等方面出发,阐述设计、制造工作中的做法;并对定日镜场的整体布置提出了一些见解和看法. 4.学位论文姚志豪太阳能塔式热发电站系统建模与控制逻辑研究2009 本论文的研究对象是中国第一座MW级塔式太阳能热发电站，研究内容是对该电站进行系统建模并对系统控制逻辑进行探讨。该电站采用多面定日镜作为聚光器，将太阳法向直射辐射能量反射聚焦到吸热器上产生过热蒸汽，然后利用传统的朗肯循环实现蒸汽的做功发电。
本论文紧密围绕科技部“十一五”863重点项目“太阳能热发电技术及系统示范”的子课题“太阳能塔式热发电系统总体设计技术及系统集成”中的内容，在本文研究对象大汉塔式电站的系统模型建立、子系统过程分析、全系统仿真及全场控制系统设计等几个方面分别开展了研究工作。
在电站全系统模型建立方面，设计并分析了十种电站全场运行模式及其互相之间的判别和切换控制逻辑。同时，还设计并分析了九种电站全场运行状态及其互相之间的切换逻辑，并建立了电站全系统能流传递模型及光热和发电两大子系统的输入输出参数模型。在此基础上，对定日镜场、吸热器、储热子系统、汽轮发电机组的基本数学模型进行了描述和分析，由此构建了除管路和阀门之外，较为完整的大汉塔式电站系统动力学模型。
在子系统过程分析方面，分别对大汉塔式太阳能热发电站“聚光、集热、储热、发电”这几个子系统单元基本运行过程进行了分析和探讨。总结了影响塔式太阳能热发电站能量来源不稳定及非连续性的天文学与地理、环境等方面的基本因素，提出了校正定日镜跟踪误差的BCS原理性算法。从塔式电站生产电能、电网输送电能及用户需求电能三个方面，对储热系统的重要性作了分析。对大汉电站的双级储热系统，设计了其“储热-放热”运行模式判断与切换基本逻辑。初步提出了定日镜场反射聚光功率与吸热器升压及产生蒸汽流量之间的关联函数。对影响机组正常运行的主要因素即云遮工况出现时大汉电站的系统动作逻辑进行了初步设计。
在全系统仿真及全场控制系统设计方面，利用TRNSYS软件设计搭建了大汉电站全系统仿真模型，对其在设计日与全年的发电量进行了仿真与理论计算分析。同时，对世界上第一座已实现商业化运行的塔式电站西班牙的PS10进行了系统模型重建与仿真，并得到了与已公布数据有较好吻合的结果。另外 ，还初步设计了电站全场控制系统基本原理框图及吸热器的几个主要监测及控制回路。分别设计了吸热器蒸汽温度的蒸汽侧喷水减温调节与镜场侧聚光调节的方法，对其基本热力学过程及方案原理进行了分析。在此基础上，初步设计了吸热器串级三冲量给水调节系统并对其传递函数原理图进行了描述。同时，还初步设计了考虑塔式太阳能热发电站气象、环境及聚光精度影响等基本特性的吸热器过热段喷水减温控制系统SAMA图，并对其中关键的焓值计算方案进行了探讨分析。 5.期刊论文范志林.张耀明.刘德有.王军.刘巍太阳能热发电系列文章(7)塔式太阳能热发电站接收器-太阳能2007(1) 本文介绍了国际现有高温太阳能热发电接收器的类型、结构、性能、应用状况,并结合我国研究现状指出我国开展太阳能接收器研究需解决的问题. 6.期刊论文章国芳.朱天宇.王希晨塔式太阳能热发电技术进展及在我国的应用前景-太阳能2008(11) 在介绍塔式太阳能热发电系统的基本原理、系统组成的基础上,回顾了塔式太阳能热发电系统的发展历程,着重阐述了塔式热发电所涉及的关键技术,包括定日镜、接收器、传热蓄热工质的研究进展,并通过分析我国气象、地理条件及能源需求,指出塔式太阳能热发电在我国的西藏、内蒙等西北部地区具有广阔的应用前景.
塔式光热发电技术介绍
塔式光热发电技术介绍 太阳能热发电是利用聚光太阳能集热器把太阳能辐射能聚集起来，加热工质推动原动机发电的一项太阳能利用技术。按太阳能采集方式不同，主要分为塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式四种。其中，塔式太阳能光热发电以其在规模化、光电转化效率以及投资成本等多方面具有槽式、蝶式以及线性菲涅耳式等难以媲美的综合优势，而具有更好的发展前景，目前各国都越来越关注塔式光热发电技术的发展和研究。 一、塔式光热发电技术介绍 1．基本原理 塔式系统主要由多台定日镜组成定日镜场，将太阳能反射集中到镜场中间高塔顶部的高温接收器上，转换成热能后，传给工质升温，经过蓄热器，再输入热力发动机，驱动发电机发电。塔式光热发电系统由聚光子系统，集热子系统，发电子系统，蓄热子系统，辅助能源子系统五个子系统组成。其中，聚光子系统与集热子系统为其组成核心技术。 2．塔式光热发电的优势 由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35％左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大；线性菲涅尔式太阳能热发电系统效率不高；碟式太阳能热发电系统单机规模受到限制，造价昂贵。与另外三种光热发电方式相比，塔式塔式太阳能热发电系统可通过熔盐储热，且具有聚光比和工作温度高、热传递路程短、热损耗少、系统综合效率高等特点，可实现高精度、大容量、连续发电，是最为理想的发电方式。 二、太阳能光热发电发展现状 日前，全世界已建成十余个塔式太阳能光热发电试验示范电站。代表性的塔式光热电站有美国的Ivanpah电站，西班牙的PS10、PS20以及Gema Solar电站、2016年2月刚投入运营的南非Khi Solar One塔式电站、新月沙丘电站。我国
太阳能热发电技术现状
i太阳能热发电技术现状 李强 衢州学院机械工程学院 4140113038 摘要：介绍了槽式、塔式和盘式太阳能热利用发电站的发展史和技术现状。指出槽式太阳能热发电站的功率可至 1000MW,是所有太阳能热发电站中功率最大的,其年收益也最高。塔式太阳能热利用发电站的功率可至1000MW，与槽式系统相比，在商业上还不成熟。但高温型塔式系统和燃气轮机混合发电或和混合发电站联合发电最具市场化前景。盘式太阳能热发电系统功率5-1000kW，它用在流动场所，应用范围大，除可满足用电需求，还可代替柴油机组。 关键词：太阳能热发电，进展。 Abstract：Groove is introduced, and disc tower solar thermal power plant's development history and the status quo of the technology. Points out that the trough type solar thermal power plants to 1000 mw of power, is the largest solar power in the thermal power plant, its annual revenue is the highest. Tower solar thermal power plant to 1000 mw of power, compared with the groove system, in business is not yet mature. But high temperature type tower systems and gas turbine hybrid power generation or joint power and hybrid power plants the most market prospects. Disc solar thermal power generation system power 5-1000 - kw, it is used in flow, application scope is big,
塔式太阳能光热电站的研究进展
Sustainable Development 可持续发展, 2019, 9(4), 789-795 Published Online October 2019 in Hans. https://www.360docs.net/doc/fc7688620.html,/journal/sd https://https://www.360docs.net/doc/fc7688620.html,/10.12677/sd.2019.94094 Research Progress of Tower Solar Thermal Power Station Xiaopeng Gao Xiamen University Malaysia, Kuala Lumpur Malaysia Received: Oct. 8th, 2019; accepted: Oct. 23rd, 2019; published: Oct. 30th, 2019 Abstract This paper summarized the research progress of heliostats, heat sinks, supercritical CO2 Braden cycle tower photothermal power generation systems and tower solar-assisted coal-fired power generation systems, and analyzed the economics of tower solar thermal power generation tech-nology. The tower, trough, linear Fresnel, and dish-type, four solar thermal power stations were compared. Finally the feasibility of constructing a large-scale solar thermal power station in the northwest region was explored, and it was concluded that the tower solar thermal power station can sustain large-scale power generation continuously, but the improvement of its photoelectric efficiency and the feasibility of actual construction should be further developed in the future re-search. Keywords Tower, Solar Energy, Solar Thermal Power Generation, Efficiency, Cost 塔式太阳能光热电站的研究进展 高晓鹏 厦门大学马来西亚分校，马来西亚吉隆坡 收稿日期：2019年10月8日；录用日期：2019年10月23日；发布日期：2019年10月30日 摘要 本文全面阐述了定日镜、吸热器、超临界CO2布雷登循环塔式光热发电系统和塔式太阳能辅助燃煤发电系统技术的研究进展情况，剖析了塔式太阳能热发电技术的经济性，对比了塔式、槽式、线性菲涅尔式、
太阳能热发电技术的现状及发展趋势
太阳能热发电技术的现状及发展趋势 在全球可持续发展的大背景下，“绿色能源”和“低碳生活”的概念正受到越来越多的关注，各国竞相开展以风能、太阳能、生物能、地热能、海洋能等可再生绿色能源为主的研究和应用．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．人们最早对太阳能热发电的研究，可以追溯到18世纪70年代在巴黎建立的第一个小型点聚集太阳能热交互蒸汽机，自此之后，各国对太阳能热发电技术的研究从未终止．在1981年至1991年间，全世界建造了多种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座(塔式为主);另外在1985至1991的6年间，在美国加州沙漠建成的9座槽式太阳能发电站，更是将发电成本降至8美分/kWh，太阳能热发电项目已成为各国建立新能源系统的方向之一．经过近30年的发展，部分太阳能热发电技术已完成试验和示范阶段，正向低成本、高产业化迈进．本文以目前研究最为广泛的聚光式太阳能热发电技术为对象，对各种聚光式太阳能热发电技术进行介绍、分析和比较，希望能得出对我国太阳能热发电行业具有建设性的意见． 1太阳能热发电技术的概念与分类 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，都是通过Rankine 循环、Brayton循环或Stirling循环将热能转换为电能，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． 2聚光式太阳能热发电技术 2.1塔式太阳能热发电
塔式太阳能热发电站理论教程(杂项)
塔式太阳能热发电系统是在空旷的地面上建立一高大的中央吸收塔，塔顶上安装固定一个吸收器，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温，再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。 图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。冷凝器：发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出的蒸汽得到冷凝，变成水，重新参加循环。 不同颜色的线条表示不同温度的工质。 在大面积聚光方法中，与槽式聚光方式相比，塔式聚光有以下优点： ）槽式的聚光比小，一般在左右，为维持高温时的运行效率，必须使用真空管作为吸热器件。而塔式的聚光比大，一般可以达到，因此可以使用非真空的吸热器进行光热转换，热转换部分寿命优于依赖于真空技术的槽式聚光技术。 ）由于有大焦比，塔的吸热器可以在C到C的温度范围内运行，对提高发电效率有很大的潜力。而槽式的工作温度一般在c以内，限制了发电透平部分的热电转换效率。接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。 ．塔式太阳能热发电系统的组成按照供能的不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统（热交换系统）、发电系统部分组成。 定日镜场系统实现对太阳的实时跟踪, 并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐射能, 并将其转化为工作流体的高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器, 产生高压过热蒸汽, 推动常规汽轮机发电。 由于太阳能的间隙性,必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足, 否则发电系统将无法正常工作。大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛和常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统和吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器，吸热塔高，过热型腔式吸热器安装在吸热塔标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成，高温蓄热工质为导热油。低温子系统是个的饱和蒸汽蓄热器，工质为饱和水蒸气。常规岛由台的燃油辅助锅炉和兆瓦的汽轮发电机组构成。 热力循环过程包括两个方面： 、蒸汽的循环 、蓄热系统的循环 双级蓄热流程结构
塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统是在空旷的地面上建立一高大的中央吸收塔，塔顶上安装固定一个吸收器，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温，再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器：发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出的蒸汽得到冷凝，变成水，重新参加循环。 不同颜色的线条表示不同温度的工质。 4在大面积聚光方法中，与槽式聚光方式相比，塔式聚光有以下优点： 1)槽式的聚光比小，一般在50左右，为维持高温时的运行效率，必须使用真空管作为吸热器件。而塔式的聚光比大，一般可以达300到1500，因此可以使用非真空的吸热器进行光热转换，热转换部分寿命优于依赖于真空技术的槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比，塔的吸热器可以在500℃到1500℃的温度范围内运行，对提高发电效率有很大的潜力。而槽式的工作温度一般在400℃以内，限制了发电透平部分的热电转换效率。接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。 5．塔式太阳能热发电系统的组成按照供能的不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳的实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐 射能,并将其转化为工作流体的高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽,推动常规汽轮机发电。 由于太阳能的间隙性,必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足,否则发电系统将无法正常工作。 6大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛和常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统和吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器，吸热塔高118 m，过热型腔式吸热器安装在吸热塔92 m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成，高温蓄热工质为导热油。低温子系统是1 个100 m3的饱和蒸汽蓄热器，工质为饱和水蒸气。常规岛由1 台8.4 t/h 的燃油辅助锅炉和1.5 兆瓦的汽轮发电机组构成。 热力循环过程包括两个方面：
塔式太阳能热发电系统.pdf
塔式太阳能热发电系统 太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输与交换系统、发电系统组成。 集热系统 塔式太阳能热发电系统采用多个平面反射镜来会聚太阳光，这些平面反射镜称为定日镜。下图是一个塔式太阳能集热器的示意图，为清楚显示图中仅绘制了少量的定日镜，许多定日镜同时把太阳光反射到接收器上，接收器安装在高塔上。 定日镜分布在塔的周围，在北方纬度较高地区，太阳高度低，在塔南部的定日镜利用率低，定日镜分布在塔北部较合适；在低纬度地区可在塔四周分布定日镜。许多定日镜组成庞大的定日镜场，其面积非常大，所以塔式太阳能集热装置聚光比很高，接收器工作温度往往达千度以上。 下面有来自网上的照片，供大家参考
定日镜 定日镜主要由平面反射镜与跟踪机构组成。反射镜可由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造，反射镜安装在反光镜托架上。下面是来自网上的定日镜照片 大型定日镜面积达百平方米以上，由多块平面镜拼成，对于超大定日镜上的多块镜面可略摆成抛物面状，便于集中太阳光。
定日镜的面积相比定日场是很小的，而且距接收器又远，要把阳光准确反射到接收器必须准确的跟踪定位，定日镜一般采用双轴跟踪结构，控制方法用传感器跟踪与视日跟踪法并用。每个定日镜都有独立的跟踪系统，勿需集中控制。 接收器 塔式接收器是把太阳光能转换成热能的装置，根据采用的导热介质不同而不同，目前主要有外部受光型与空腔型。 外部受光型接收器 太阳光照射到接收器的吸热部件上再传给导热介质，一些技术类似于太阳能集热器，但塔式接收器的工作温度很高，体积大，受光面积至少比一个平面定日镜面积要大许多。 下面是排管式接收器示意图，若干直管排成圆筒状，每根管上端接上联管、下端接下联管，所有直管通过联管并联，排管表面涂覆吸热材料。上联 管与下联管外有保温层与外壳（图中未表示）。导热介质从下联管进入通过排管从上联管出，会聚的阳光加热排管，导热介质也就被加热了。 下面是翅管式接收器示意图，去掉部分排管，空出部分安装翅片（吸热板），翅片是导热良好的耐温金属，紧密焊接在排管上，排管与翅片涂覆吸热材料。会聚的阳光加热翅片与排管，排管内的导热介质也就被加热了。
蝶式、槽式 、塔式太阳能发电区分详解
幻灯片1 太阳能热发电种类 HAPE \* MERGEFORMA T 塔式 碟式 规模化 分布式 幻灯片2 三种常用太阳能热发电系统 SHAPE \* MERGEFORMAT 幻灯片3 6.3 碟式太阳能热发电系统 ● ??碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面的碟式反射镜将太阳聚焦到一个焦点。 ● 碟式系统的太阳能接收器也不固定，随着碟形反射镜跟踪太阳的运动而运动，克服了 塔式系统较大余弦效应的损失问题，光热转换效率大大提高 ● 碟式接收器将太阳聚焦于旋转抛物面的焦点上， 而槽式接收器则将太阳聚焦于圆柱抛物 吸热器/发聚光器 聚光 吸热器 定日镜 吸热器
面的焦线上，因此碟式接收器可以产生高温。 幻灯片4 幻灯片5 幻灯片6 系统特性 ●高聚光比：500-2000 ●聚光表面温度：1000-1300℃ ●效率高：28-30% ●面积不可能太大，因此功率1~50kW。 ●太阳能利用效率高：国外文献报道：该系统可将85.6kW的辐射能转化成26.75kW 的 电能，最高效率31.25% ●发电规模灵活，安装简便，不需用水沙漠等缺水区域可用。 幻灯片7 系统组成 ●碟式抛物面太阳能聚光器
●碟式太阳能集热器 ●斯特林发动机 ●发动机及电输出系统 幻灯片8 碟式抛物面太阳能聚光器小聚光镜组合式 结构简单，造价低 间隙，面积利用率低 镜面张膜式 结构简单，造价低 聚光镜拼接式 面积利用率高，精度高 幻灯片9 碟式太阳能集热器 ●间接式集热器 ●相变换热，碱金属（钠、钾，钠钾合金等） ●热量传递快、容量大，温度恒定 相变式、热管式、混合式 ●直接式集热器 ●温度分布极不均匀 发电不稳定，不均匀 幻灯片10 斯特林发动机（引擎）●Stirling Engine ●苏格兰牧师、物理学家、热力学家——Robert Stirling ●1816年，申请专利。 ●热机、外燃机 ●理论效率——最大效率，卡诺循环效率