太陽能熱發(fā)電 教育學(xué)習(xí)

2.5太陽能熱發(fā)電,是將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過各種發(fā)電裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電技術(shù),利用太陽能直接發(fā)電例如：半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電；堿金屬熱電轉(zhuǎn)換磁流體發(fā)電特點(diǎn)：發(fā)電裝置本體沒有活動部件，發(fā)電量小，,太陽能蒸汽熱動力發(fā)電：將太陽能通過熱機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，即,1,優(yōu)質(zhì)材料,1太陽能熱發(fā)電技術(shù),1.1太陽能熱發(fā)電的類型和特點(diǎn)太陽能熱動力發(fā)電，利用反射鏡或集熱器將陽光聚集起來，加熱水或其它介質(zhì)，產(chǎn)生蒸汽或熱氣流以推動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電；利用熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，將聚集的太陽光和熱直接發(fā)電。例如溫差發(fā)電、熱離子發(fā)電和磁流體發(fā)電等。目前太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要為熱動力發(fā)電系統(tǒng)。,2,優(yōu)質(zhì)材料,太陽能高溫利用示例集中熱動力發(fā)電,3,優(yōu)質(zhì)材料,2.5.1、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的組成,太陽能熱發(fā)電的基本工作原理：利用太陽能集熱器將太陽能收集起來，加熱工介，產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動熱動力裝置帶動發(fā)電機(jī)分機(jī)，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。見。,1、電路熱系統(tǒng),常規(guī)熱力發(fā)電廠原理圖,典型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),4,優(yōu)質(zhì)材料,一般增設(shè)蓄熱子系統(tǒng)，輔助能源子系統(tǒng),5,優(yōu)質(zhì)材料,2、電站的循環(huán)效率,卡諾循環(huán)效率,卡諾循環(huán)效率代表一種理論極限。,太陽能熱發(fā)電效率,6,優(yōu)質(zhì)材料,3、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成,聚光集熱系統(tǒng)熱能傳輸部分蓄熱與熱交換部分汽輪發(fā)電子系統(tǒng)輔助能源子系統(tǒng),7,優(yōu)質(zhì)材料,（一）集熱部分,作用：收集陽光并將其聚集到一個有限尺寸面上，以提高單位面積上太陽輻射度，從而提高被加熱工質(zhì)的工作溫度。即將太能輻射聚焦，以提高其功率密度。聚光方式：平面反射鏡和曲面反射鏡（一維拋物面反射鏡、二維拋物面反射鏡和混合平面-拋物面反射鏡）。此外還有線形和圓形菲涅爾透鏡。,1、定目鏡（或聚光系統(tǒng)/聚光器）,8,優(yōu)質(zhì)材料,（1）光化學(xué)系統(tǒng),聚光器的鏡面反射率越高越好,（2）機(jī)械性能,1)反射鏡面有很好的平整度2)整個鏡面與鏡體有很高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性3）反射鏡面和保護(hù)膜有很強(qiáng)的粘合度,（3）化學(xué)穩(wěn)定性,鏡面具有很強(qiáng)的耐腐蝕性能,有滿足嚴(yán)格的要求：,9,優(yōu)質(zhì)材料,作用：通過接收經(jīng)過聚焦的陽光，將太陽能輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并傳遞給部件。,2、接收器,3、跟蹤裝置,跟蹤方式：單軸跟蹤、雙軸跟蹤；實(shí)現(xiàn)方式：程序控制方式、傳感器控制方式,10,優(yōu)質(zhì)材料,（二）熱能傳輸部分,作用：把集熱器收集起來的熱能傳輸給蓄熱部分。,11,優(yōu)質(zhì)材料,（三）蓄熱和熱交換部分,蓄熱子系統(tǒng)：由于太陽能受季節(jié)、晝夜和氣象條件的影響，為保證發(fā)電系統(tǒng)的熱源穩(wěn)定，需設(shè)置蓄熱裝置。,蓄熱：低溫（500）極高溫(1000左右).,蓄熱材料分別是：水化鹽、導(dǎo)熱油、熔化鹽氧化鋯耐火球,12,優(yōu)質(zhì)材料,蓄熱方式：顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)儲存。,1、顯熱蓄熱介質(zhì)：水、油、巖石、砂、礫石，人工制造的氧化鋁球，特點(diǎn)：價格低，易得到，熱容量小。,2、潛熱蓄熱特點(diǎn)：利用物質(zhì)的潛熱蓄熱，單位容積的蓄熱量很大，蓄熱裝置可望小型化。蓄熱介質(zhì)需具備以下特點(diǎn)：具備幾千次可逆蓄釋熱循環(huán)性鞥；價格便宜；不腐蝕容器。,13,優(yōu)質(zhì)材料,3、化學(xué)蓄熱特點(diǎn)：蓄熱量大，單位儲能的體積小，質(zhì)量輕，化學(xué)反應(yīng)物可分別儲存。蓄熱介質(zhì)需具備以下特點(diǎn)：蓄熱和釋熱反應(yīng)可逆，無副作用；反應(yīng)速度快；反應(yīng)生成物易分離，且能穩(wěn)定儲存；價格便宜；反應(yīng)物和生成物無毒，無腐蝕，無可燃性；反應(yīng)熱大。,14,優(yōu)質(zhì)材料,（三）蓄熱和熱交換部分,熱交換部分作用：為適應(yīng)汽輪發(fā)電的需要，將傳輸和存儲的熱能，轉(zhuǎn)化為高溫高壓蒸汽。,15,優(yōu)質(zhì)材料,（四）汽輪發(fā)電子系統(tǒng),作用：太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)用的動力發(fā)電裝置。種類：現(xiàn)代汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)、斯特林熱發(fā)動機(jī)等。選擇依據(jù)：太陽集熱系統(tǒng)可提供的工質(zhì)參數(shù)。,16,優(yōu)質(zhì)材料,（五）輔助能源子系統(tǒng),作用：維持電站能夠一直持續(xù)運(yùn)行。構(gòu)成：就是在系統(tǒng)中增設(shè)常規(guī)燃料鍋爐，用于陰雨天，夜間起動。,17,優(yōu)質(zhì)材料,2.5.2、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成,槽式線聚焦系統(tǒng)；塔式定日鏡聚焦系統(tǒng)；碟式點(diǎn)聚焦系統(tǒng)不用聚焦結(jié)構(gòu)，采用真空管集熱器,根據(jù)太陽能聚光跟蹤理論和實(shí)現(xiàn)方法的不同，可以分為3個基本類型,18,優(yōu)質(zhì)材料,一、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（SEGS,solarenergygeneratingsystems）,槽式拋物聚光鏡面：,（一）系統(tǒng)原理及構(gòu)成,1、原理：利用槽式拋物面反射鏡聚光,槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)：,19,優(yōu)質(zhì)材料,(3)槽式電站ParabolicTroughs,槽式電站與碟式電站相似，它把聚焦器分散布置，使載熱介質(zhì)在單個分散的太陽能聚焦集熱器中加熱成蒸汽，再匯集至汽輪機(jī)。如采用雙回路系統(tǒng)，則加熱后的載熱介質(zhì)不直接送到汽輪機(jī)，而是集中在一個熱交換器內(nèi)，然后把熱量傳遞給汽輪機(jī)回路中的工質(zhì)。,20,優(yōu)質(zhì)材料,2、系統(tǒng)（電站）構(gòu)成,聚光集熱裝置（子系統(tǒng)）：聚光鏡、接收器、跟蹤裝置；輔助能源裝置（子系統(tǒng)）蓄熱裝置；汽輪發(fā)電裝置,21,優(yōu)質(zhì)材料,22,優(yōu)質(zhì)材料,23,優(yōu)質(zhì)材料,24,優(yōu)質(zhì)材料,3、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作模式：,直通模式：水經(jīng)過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱后直接推動汽輪機(jī)發(fā)電；最簡單，投資少，控制復(fù)雜,注射模式：水分別從集熱管不同的地方注入；正常運(yùn)行需要必要的測試系統(tǒng)，系統(tǒng)投資大，不具競爭力,循環(huán)模式：安裝水汽分離裝置，過量的水被循環(huán)泵送回到入水口，蒸汽集熱管的過熱段；可控性高，系統(tǒng)投資大,25,優(yōu)質(zhì)材料,4、聚光集熱裝置（子系統(tǒng)）,（1）、聚光器,、槽型拋物面反射鏡,、混合平面拋物面反射鏡：采用一組跟蹤太陽的平面鏡，將陽光反射到一臺拋物面反射鏡上，陽光經(jīng)過二次聚焦,26,優(yōu)質(zhì)材料,槽式聚光器Parabolictroughconcentrator,27,優(yōu)質(zhì)材料,CollectorsinsouthernCA,28,優(yōu)質(zhì)材料,29,優(yōu)質(zhì)材料,（2）、接收器：一根做了良好保溫的金屬圓管,、真空集熱管,優(yōu)點(diǎn)：熱損失小缺點(diǎn)：封接技術(shù)要求高，很難做到長期保持夾層內(nèi)的真空度。,30,優(yōu)質(zhì)材料,真空管吸收器的結(jié)構(gòu)圖,(1)真空管式吸收器,31,優(yōu)質(zhì)材料,真空管吸收器的優(yōu)缺點(diǎn),真空管吸收器的優(yōu)點(diǎn)是金屬管與玻璃管之間不存在對流熱損，玻璃管外徑較小且透明，從而既減少了對陽光的遮影，也通過增大熱阻降低了外表面的對流熱損；有選擇性涂層的金屬管壁對陽光的吸收率很高，但發(fā)射率卻非常低。真空管吸收器的缺點(diǎn)是由于玻璃和金屬的熱膨脹系數(shù)不同，玻璃管與金屬管之間存在溫差，造成中溫時(略低于350)真空封口處的玻璃容易脆裂，從而難以在室外環(huán)境下長期維持真空度；在中溫時光學(xué)選擇性涂層容易老化和脫落，難以長期維持大規(guī)模光學(xué)選擇性吸收表面的熱穩(wěn)定性。,32,優(yōu)質(zhì)材料,工作原理：利用空腔體的黑體效應(yīng)，充分吸收聚焦后的陽光；,、空腔集熱管,優(yōu)點(diǎn)：集熱效率高，不用抽真空；沒有玻璃和金屬的封接；集熱管壁不要涂層；熱性能可以長期保持穩(wěn)定缺點(diǎn)加工工藝復(fù)雜,33,優(yōu)質(zhì)材料,(2)腔體式吸收器,腔體式吸收器的結(jié)構(gòu)為一柱形腔體，外表面覆隔熱材料，由于腔體的黑體效應(yīng)，使其能充分吸收聚焦后的陽光。腔體式吸收器主要適用于長焦聚光器。圖2-4為腔體式吸收器集熱器剖面圖。,腔體式吸收器集熱器剖面圖,34,優(yōu)質(zhì)材料,腔體式吸收器的優(yōu)點(diǎn),吸熱過程不是發(fā)生在最強(qiáng)聚焦區(qū)，而是在聚焦過后和發(fā)射時，并以較大的內(nèi)表面積向工作流體傳熱，致使和真空管吸收器相比具有較低的投射輻射能流密度；腔體壁溫較均勻，可減小與流體之間的溫差，使開口的有效溫度降低，從而最終使熱損降低；經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的腔體式吸收器，熱性能比真空管吸收器穩(wěn)定，在同樣情況下，工作介質(zhì)平均溫度大于230時，腔體式吸收器既不需要抽真空，也不需要涂光學(xué)選擇性涂層，僅采用傳統(tǒng)的材料和制造工藝；成本低和便于維護(hù)也是腔體式吸收器的特性。腔體式吸收器的集熱效率大于真空管吸收器，這使它成為槽形拋物鏡集熱器的吸收器。腔體式吸收器的發(fā)展已受到重視。,35,優(yōu)質(zhì)材料,（3）、跟蹤裝置：使槽式聚光器時刻對準(zhǔn)太陽,根據(jù)入射光線和主光軸位置關(guān)系分為：兩軸跟蹤系統(tǒng)：具有最理想的光學(xué)性能；設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造維修成本高；單軸跟蹤系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單，跟蹤難度不高；,單軸跟蹤,只做定期跟蹤調(diào)整,36,優(yōu)質(zhì)材料,（二）應(yīng)用情況,美國魯茲(LUZ)公司19851991在美國南加州建成9座槽式太陽能熱電站，總裝機(jī)容量353.8MW,37,優(yōu)質(zhì)材料,二、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（集中型）,（一）系統(tǒng)原理及構(gòu)成,1、原理：,38,優(yōu)質(zhì)材料,(1)塔式電站PowerTowers塔式電站用一個中心吸收器取代火力發(fā)電站的鍋爐。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽光把其中的介質(zhì)(如水)加熱，并產(chǎn)生溫度和壓力都相當(dāng)高的蒸汽。蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式電站的聚光倍數(shù)高(10003000)，其介質(zhì)工作溫度通常大于350，因此通常被稱為高溫太陽能熱發(fā)電。塔式電站的優(yōu)點(diǎn)是聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度；能量集中過程由反射光一次完成，方法簡捷有效；吸收器散熱器面積相對較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。但塔式電站建設(shè)費(fèi)用高，其中反射鏡的費(fèi)用占50%以上。太陽能塔式電站的總體效率可以達(dá)到20%。,39,優(yōu)質(zhì)材料,目前世界上較大的太陽能塔式電站功率已達(dá)到104kW，太陽能輻射通過多個反射鏡聚集到放置在高塔頂?shù)闹行奈掌魃稀Ｓ嬎銠C(jī)控制每塊反射鏡都能獨(dú)立的根據(jù)太陽的位置來調(diào)整各自的方位和傾角，這保障了每塊反射鏡都能隨時把太陽能反射到吸收器上，但這無疑增加了成本。塔式電站的致命缺點(diǎn)是太陽能電站規(guī)模越大，反射鏡陣列的占的面積越大，吸收塔的高度也要提升。例如，一個計劃中的1MW的塔式電站，要用2.93萬塊反射鏡，單鏡面積為30m2。這些反射鏡布置在3km2的場地上，塔的高度為305m。,40,優(yōu)質(zhì)材料,聚光比高，工作溫度較高；系統(tǒng)容量大效率高熱損耗小適合于大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電,特點(diǎn)：,41,優(yōu)質(zhì)材料,PowertowerinBarstow,California,42,優(yōu)質(zhì)材料,PowertowerinBarstow,California,43,優(yōu)質(zhì)材料,2、系統(tǒng)構(gòu)成：,聚光子系統(tǒng)；集熱子系統(tǒng)；蓄熱子系統(tǒng)；發(fā)電子系統(tǒng)；輔助能源子系統(tǒng),44,優(yōu)質(zhì)材料,圖塔式太陽能集熱發(fā)電系統(tǒng)原理,45,優(yōu)質(zhì)材料,46,優(yōu)質(zhì)材料,3、聚光子系統(tǒng)：,定日鏡群；跟蹤裝置；,47,優(yōu)質(zhì)材料,（1）、定日鏡：,平面鏡；鏡架；跟蹤裝置；,鏡架很輕，跟蹤結(jié)構(gòu)的電功率消耗小,48,優(yōu)質(zhì)材料,采用鋁或銀作用反光材料的玻璃背面鏡,49,優(yōu)質(zhì)材料,50,優(yōu)質(zhì)材料,Currentheliostatprices$125to$159m-2,51,優(yōu)質(zhì)材料,對定日鏡性能具有嚴(yán)格的要求,鏡面反射率高；鏡面平整度誤差??；整體機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，運(yùn)行中能抗8級臺風(fēng)；運(yùn)行穩(wěn)定；全天候工作；可以大批生產(chǎn)；易于安裝；維護(hù)少，工作壽命長；,52,優(yōu)質(zhì)材料,4、中心接收塔（動力塔）太陽能熱發(fā)電站的集熱裝置,太陽能輻射接收器：功能：將太陽能轉(zhuǎn)化成工作流體的熱能分類：空腔式，外漏式（外部受光式）高塔：鋼筋混凝土鋼架構(gòu),53,優(yōu)質(zhì)材料,（二）、應(yīng)用情況,1950年，前蘇聯(lián)收集了世界上第一座塔式太陽能熱發(fā)電站的小型試驗(yàn)裝置；1980年，意大利等9個歐盟國家在西西里島聯(lián)合建造了世界上首座并網(wǎng)運(yùn)行的塔式太陽能熱電站：塔高50m；聚光鏡：5m2的70臺，23m2的112臺；額度功率：1000KW；占地：2萬m2水蒸氣溫度：5000C,54,優(yōu)質(zhì)材料,1982年，美國在加利福尼亞州南部的Bartow沙漠地區(qū)附件興建了一座大型的的塔式太陽能熱電站solarone：塔高91.5m；聚光鏡：1818臺；額度功率：10MW；占地：7萬m2水蒸氣溫度：5160C,55,優(yōu)質(zhì)材料,56,優(yōu)質(zhì)材料,1996年，美國在solarone的原址上建造了solartwo：聚光鏡：1926臺：40m2的1818臺95m2的108臺鏡場占地：8.3萬m2硝酸鹽溫度：5650C,57,優(yōu)質(zhì)材料,58,優(yōu)質(zhì)材料,2009年，西班牙的安達(dá)盧西亞（Andalucian）沙漠中投入運(yùn)行了目前全球最大的太陽能電站：,塔高：120m；聚光鏡：1200臺：水蒸汽溫度：10000C,59,優(yōu)質(zhì)材料,2005年底，國內(nèi)首座“70KW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)”在南京市江京太陽能試驗(yàn)場順利建成，并網(wǎng)發(fā)電：,塔高：33m；聚光鏡：20m2的32臺；工質(zhì)溫度：9000C,60,優(yōu)質(zhì)材料,三、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽光聚集在一點(diǎn)上，在焦點(diǎn)上安放熱能接收器，收集的熱能將接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)加熱到很高溫度，驅(qū)動發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)電；或是在焦點(diǎn)處直接放置太陽能斯特林（stirling）發(fā)電裝置發(fā)電。,（一）系統(tǒng)原理及構(gòu)成,1、原理：,61,優(yōu)質(zhì)材料,聚光比高，可達(dá)3000以上；體積小，吸熱面積小，能量損失??；效率高，太陽能轉(zhuǎn)化電能效率達(dá)30%；壽命長，靈活性強(qiáng)，投資少，安裝方便；可單臺供電，也可多套并聯(lián)使用，主要適合分布式應(yīng)用；,特點(diǎn)：,62,優(yōu)質(zhì)材料,碟式電站缺點(diǎn)系統(tǒng)復(fù)雜,拋物鏡如建立一個100MW的碟狀拋物鏡集熱器分散布置的太陽能電站，約需要12萬個直徑為6m的拋物鏡。高溫接收器管路及絕熱材料跟蹤控制系統(tǒng),63,優(yōu)質(zhì)材料,2、系統(tǒng)構(gòu)成：,旋轉(zhuǎn)拋物面聚光器；接收器；跟蹤裝置；熱機(jī)系統(tǒng)；,64,優(yōu)質(zhì)材料,3、聚光器（反射鏡）：,結(jié)構(gòu)：鍍銀玻璃背面鏡，幾十塊組構(gòu)而成；鋼結(jié)構(gòu)環(huán)作