太阳能热发电技术

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太阳能高温利用示例—塔式电站系统图
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Power tower in Barstow, 1982, California
定日镜
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Power tower in Barstow, California
(1)塔式电站 Power Towers 350~500℃
塔式电站主要系统：
聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统。 特点： 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，并产生高温 高压的蒸汽驱动汽轮发电机组发电。

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太阳能加热温度的分类

高温太阳利用系统(350℃以上) High temperature for electric power generation

中温太阳能利用系统(80－350℃) Heating for industrial processes and “active” building solar heating (human comfort)

目前太阳能热发电技术主要为热动力发电系统。
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1.1 太阳能热发电的类型和特点

太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效 益，就必须提高热机效率和规模大型化。 太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热 能转变为功则受到限制。热力学第二定律和卡诺定律 阐述了热转换为功的条件和最大转换效率，提高热机 效率的主要途径是提高热源温度。
太阳辐射光谱（X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波）
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太阳辐射总量


太阳的总辐射量为3.75*1015亿千瓦；
达到地球范围内为173*104亿千瓦，其中，被大气吸收23%， 被大气分子和尘粒反射回宇宙占30%，穿过大气层到达地 球表面的占47%，约为81 *104亿千瓦； 达到地球陆地表面的约为17 *104亿千瓦，相当于全世界一 年内消耗各种能源总和的3.5万多倍； 陆地植物吸收利用的仅占0.015%，人们利用作为燃料和食 物仅占0.002%。

低温太阳能利用系统(80℃以下)
Low temperature for water heating and "passive" building solar heating (human comport)
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1.2 太阳能热发电系统

塔式电站系统—集中式系统 碟式（盘式）电站—抛物面反射镜斯特林系统 槽式电站 线性菲涅尔式电站 太阳能烟囱发电系统


太阳能利用潜力巨大
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太阳能资源分布

青藏高原：大气 层薄，透明度好， 纬度低，日照时 间长；世界第二 四川盆地：雨多， 雾多，晴天较少；



河南：中等；
全国较欧美、日 本优势巨大。
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Solar resource—我国太阳能资源分布
太阳能热利用技术
1、太阳能热发电技术
2、其它太阳能发电技术（太阳能电池）
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背景之二：国家发改委
可再生能源中长期发展规划（2007年9月）
重点发展领域：水电 、生物质能 、风电 、太阳能、其它可再生能源

太阳能
1、太阳能发电 户用型光伏发电系统； 建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施； 较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电电站。 2、太阳能热利用 太阳能一体化建筑； 太阳能集中供热水工程； 太阳能采暖和制冷示范工程。


第三道防线：平流层的臭氧，大部分紫外线被吸收。
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由于地球大气强烈散射，导致可见光能量减弱；
由于水汽对太阳辐射选择性吸收的结果，红外光谱 能量减弱； 波长超过2500 μ m的辐射，在大气上界本来就很低， 加上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能到达地面的 能量就更小； 因此，只考虑290 nm～2500 μm到达地面的太阳辐射能。
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塔式、槽式和碟式三种电站技术比较：

塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为点聚 焦，聚光倍数高达500以上。 塔式电站跟踪代价高，碟式电站能量集中代价大，二者 受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。


槽式电站是线聚焦，聚光倍数小于100。但槽式电站跟 踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，工 作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代价相 对小，经济效益相对提高，所以目前槽式电站发展迅速。
太阳能利用概述
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国际形势
2016年3月14号，普京下令，俄罗斯撤出叙利亚。
普京
首批撤出叙利亚的战机
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博弈的根源
俄罗斯
美国
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中国的发展
2016年中国GDP 7% 人民币保值 经济稳定发展
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背景之一：国务院
国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）



十个重点领域—第一是能源
优势：
塔式电站的优点是聚光倍数高(1000～3000) ，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；太阳能 塔式电站的总体效率可以达到20%。 缺点： 但塔式电站建设费用高，其中反射镜的费用占50%以上。
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目前塔式电站的发展
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太阳常数
核反应区

地球在绕太阳运行过程中，与太阳间 的距离变化不大，到达地球大气层上 界的太阳辐射强度几乎是一个常量， 用太阳常数AM0来表示。 太阳常数的数值是指在平均日地距离 时，地球大气层上界垂直太阳光线的 单位面积表面、单位时间内所接受到 的太阳能。近年来测得的太阳常数值 AM0 = 1350W/m2，日地距离的变化 造成的影响不超过±3.4%。
3）接收器—太百度文库能锅炉：要求体积小，换热效率高。
关键技术
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100m2定日镜 heliostat
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(2)碟式电站 Dish Technology 750~1000℃
蝶式太阳能发电系统组成： 抛物面反射镜、吸热器、 跟踪器、斯特林发电机。 优点： 聚焦比大、工作温度高、发 电效率高达30%，结构较为紧 凑、安装方便，非常适合分 布式能源。 缺点： 单台功率较小，斯特林发电 机技术难度大，且无储能装 置，依靠阳光。
现状：2013，Solana槽式光热电站280MW（商业化）； 2014， Ivanpah塔式电站392MW（示范）；2014，中航蝶式电站兆 32 瓦级（试验模型）。

辐射区
对流区
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太阳辐射穿过地球大气层时的衰减
电磁波辐射：可见光和不可见光组成； 微粒辐射： 带正电荷质子和大致等量带负电荷 的电子组成的粒子流。

第一道防线：地球磁场，使得大多数微粒不能进入地球， 即使进入也会被地球磁场俘虏； 第二道防线：由于地球有对流层、平流层和电离层，对 太阳辐射有吸收、反射和散射的作用。太阳光谱中的x射 线及其它波长更短的辐射，因在电离层被氮、氧及其它 大气分子强烈吸收而不能穿越大气到达地表；
五大优先主题—节能；煤；油气；新能源；电网
可再生能源低成本规模化开发利用

重点研究开发大型风力发电设备； 沿海与陆地风电场和西部风能资源密集区建设技术与装备； 高性价比太阳光伏电池及利用技术； 太阳能热发电技术； 太阳能建筑一体化技术（光热及光伏）； 生物质能和地热能等开发利用技术。
聚光集热子系统，换热子系统，发电子系统，蓄热子系 统和辅助能源子系统。
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太阳能加热槽
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Collectors in southern CA
槽式太阳能发电系统特性：
2011年中国鄂尔多斯50 MW槽式太阳能发电系统建立，线 聚焦集热管、聚光驱动装置和玻璃反射银镜已经国产化。
优点： 多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，设备结构简单， 安装方便;多聚光器集热器可以同步跟踪；反射镜固定在地面， 吸收器为管状,工质流动时也被加热，经济效益高。 缺点： 用水量大，聚光比小，系统工作温度低，热量损失大，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，运行 成本过高。 现状：真空玻璃的集热管损坏率高、导热油价格昂贵。
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最早的太阳能发电系统
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碟式电站研究重点

接收器：
工质： 氢气/氦气
直接式太阳能加热器
间接式太阳能加热器

循环方式：停留在成熟的朗肯循环； 系统集成及可靠性:国内尚无成熟技术。
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(3)槽式电站 Parabolic Troughs 350~390℃

槽式电站与碟式电站相似，其主要系统包括：
3、太阳能热水/供暖系统（太阳能热泵技术）
4、太阳能制冷技术
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1、太阳能热发电技术
1.1 太阳能热发电的类型和特点
（a）太阳能热动力发电，利用反射镜或集热器将阳光 聚集起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推 动涡轮发电机发电； （b）利用热能直接转换为电能的装置，将聚集的太阳 光和热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体 发电等。
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太阳结构


氢：78.4% 氦：19.8%； 太阳直径为地球109倍； 内部温度2000万摄氏度； 太阳并不是温度稳定的黑体， 而是许多层不同波长发射和吸 收的辐射体。但在应用太阳能 系统时，通常把它看成是温度 为6000 K的黑色辐射体； 能量1/22亿到达地球。
太阳（能源的根源）
世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到104 kW，主要集中于美国、 西班牙、澳大利亚等。
1 ）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；随着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1 MW的塔
式电站，要用 2.93 万块反射镜，单镜面积为 30 m2 。这些反射 镜布置在3 km2的场地上，塔的高度为305 m。 2）储热介质热导率高、腐蚀性小、高温低压，包括：水/蒸汽， 导热油[高温高压]，液态金属（钠）[易燃易爆]，熔盐(硝酸熔盐)