塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)展課件

1、塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)展塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)展塔式太陽能介紹塔式太陽能原理塔式太陽主要部件介紹塔式太陽在我國應(yīng)用前景塔式太陽能介紹 全國首座70千瓦塔式太陽能發(fā)電站于07年在江寧建成，經(jīng)專家驗(yàn)收后，并網(wǎng)發(fā)電。此消息讓張耀明、歐陽平凱、吳中如等國內(nèi)知名中國工程院院士心潮起伏，這就意味著，他們聯(lián)名提出的大力扶持太陽能熱發(fā)電技術(shù)的建議已“開花結(jié)果”，同時(shí)也意味著在江蘇打造“陽光三峽”的夢(mèng)想也不再遙遠(yuǎn)。 2019年9月3日，在江蘇省科協(xié)舉辦的“江蘇科技論壇”上，太陽能研究專家張耀明院士首次對(duì)外披露，該電站的聚光發(fā)電研究已進(jìn)入到第六代光電熱綜合利用階段，不僅大大降低電價(jià)，還可為周邊居民提供熱水、暖氣等

2、熱能。 全國首座70千瓦塔式太陽能發(fā)電站于07年在江寧建南京江寧塔式太陽能圖南京江寧塔式太陽能圖塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本形式是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡群, 將陽光聚集到固定在塔頂部的接收器上產(chǎn)生高溫, 加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽或高溫氣體, 驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電, 從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本形式是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡群,塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 也稱集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 主要由定日鏡陣列、高塔、吸熱器、傳熱介質(zhì)、換熱器、蓄熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及汽輪發(fā)電機(jī)組等部分組成。 基本原理是利用太陽能集熱裝置將太陽熱能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存在傳熱介質(zhì)中, 再利用高溫介質(zhì)加熱水

3、產(chǎn)生蒸汽, 驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)如圖所示。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 也稱集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 主要由 塔式電站的優(yōu)點(diǎn)： 聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度，數(shù)組中的定日鏡數(shù)目越多，其聚光比越大，接收器的集熱溫度也就愈高； 能量集中過程是靠反射光線一次完成的，方法簡(jiǎn)捷有效； 接收器散熱面積相對(duì)較小，因而可得到較高的光熱轉(zhuǎn)換效率。塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)展課件塔式太陽能部件介紹2.接收器3.熱存儲(chǔ)設(shè)備塔式太陽能部件介紹1.定日鏡塔式太陽能部件介紹2.接收器3.熱存儲(chǔ)設(shè)備塔式太陽能部件介紹定日鏡定日鏡由剛性金屬結(jié)構(gòu)支撐, 通過控制系統(tǒng)調(diào)整方位和角度, 實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽

4、光線的準(zhǔn)確跟蹤接收, 并聚集反射太陽光線進(jìn)入塔頂?shù)慕邮掌鲀?nèi)。定日鏡定日鏡由剛性金屬結(jié)構(gòu)支撐, 通過控制系統(tǒng)調(diào)整方位和角度定日鏡由反射鏡、跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏡架及基座組成, 是塔式電站最關(guān)鍵也是最昂貴的部件。目前, 定日鏡的控制精度、運(yùn)行穩(wěn)定性和安全可靠性及降低建造成本是定日鏡研究開發(fā)的主要內(nèi)容。定日鏡定日鏡由反射鏡、跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏡架及基座組成, 是塔式電站最接收器式太陽能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)的另一主要組成部分是太陽能接收器, 也稱為太陽鍋爐, 是光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。接收器位于定日鏡群中央的高塔上, 將定日鏡捕捉、反射、聚焦的太陽能直接轉(zhuǎn)化為可以高效利用的高溫?zé)崮? 加熱工作介質(zhì)至500以上, 驅(qū)動(dòng)發(fā)電

5、機(jī)組產(chǎn)生電能。接收器式太陽能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)的另一主要組成部分是太陽能接收器國際上現(xiàn)有的塔式太陽能接收器主要分為間接照射接收器和直接照射接收器兩大類。間接照射接收器向載熱工質(zhì)的傳熱過程不發(fā)生在太陽照射面,工作時(shí)聚焦入射的太陽能先加熱受熱面, 受熱面升溫后再通過壁面將熱量向另一側(cè)的載熱工質(zhì)傳遞。管狀接收器即為間接式。直接照射接收器也稱空腔式接收器, 特點(diǎn)是接收器向載熱工質(zhì)的傳熱與入射陽光加熱受熱面在同一表面發(fā)生, 由于特定形狀的內(nèi)表面具有幾近黑體的特性, 可有效吸收入射的太陽能, 避免選擇性吸收涂層的問題。國際上現(xiàn)有的塔式太陽能接收器主要分為間接照射接收器和直接照射按照制作材料, 接收器又可分為金

6、屬和非金屬兩大類。金屬接收器的整體密封性、導(dǎo)熱性、承壓能力較好, 但耐高溫性能比非金屬差。非金屬接收器的優(yōu)點(diǎn)在于耐高溫、耐腐蝕, 使用壽命長, 常用材料有陶瓷、石墨、玻璃及氟塑料等。按照制作材料, 接收器又可分為金屬和非金屬兩大類。塔式太陽能熱發(fā)電站是采用灌裝接收器，管外壁涂有耐高溫吸收涂成，能最大限度吸收太陽輻射熱能。空腔式接收器最早應(yīng)用在PHOEBUS系統(tǒng)中, 利用金屬絲網(wǎng)直接吸收太陽輻射, 溫度可高達(dá)800 。后來, 金屬絲網(wǎng)逐漸被SiC（碳化硅）或AL2O3（三氧化二鋁）材料所取代。新型空腔式接收器置于有壓容器中, 陽光通過拋物面狀石英玻璃窗口進(jìn)入容器, 如圖所示。塔式太陽能熱發(fā)電站是

7、采用灌裝接收器，管外壁涂有耐高溫吸收涂成熱儲(chǔ)熱介質(zhì)目前應(yīng)用的傳熱蓄熱介質(zhì)主要有水蒸汽、導(dǎo)熱油、熔鹽、液態(tài)金屬如液態(tài)鈉、空氣等。水蒸汽具有熱導(dǎo)率高、無毒、無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn), 如美國Solar One、西班牙PS10等電站采用水蒸汽作為傳熱工質(zhì), 但水蒸汽在高溫時(shí)有高壓?jiǎn)栴},在實(shí)際使用時(shí)蒸汽溫度受到限制。熱儲(chǔ)熱介質(zhì)目前應(yīng)用的傳熱蓄熱介質(zhì)主要有水蒸汽、導(dǎo)熱油、熔鹽、導(dǎo)熱油既可用于蓄熱又可用于傳熱介質(zhì), 一般用于400 以下的場(chǎng)合, 限制了塔式系統(tǒng)接收器的聚焦溫度。油類在高溫時(shí)的蒸汽壓力非常大400時(shí)大于1MPa, 使用其作為蓄熱介質(zhì)需要特殊的壓力閥等設(shè)備, 存在很大的困難, 容易引發(fā)火災(zāi), 且價(jià)格昂貴

8、。Solar One采用的蓄熱介質(zhì)是牌號(hào)為Caloria一43的導(dǎo)熱油和6100t砂石, 利用價(jià)格低廉的砂石作為填充材料以降低蓄熱系統(tǒng)成本。液態(tài)金屬能應(yīng)用于較高的溫度, 且金屬材料密度大, 導(dǎo)熱率高, 整體溫度分布均勻, 但高溫下與空氣接觸易燃易爆, 由此帶來的安全問題制約了其在塔式電站蓄熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。導(dǎo)熱油既可用于蓄熱又可用于傳熱介質(zhì), 一般用于400 以下溶鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)可以使太陽能電站操作溫度提高到450一500 ,發(fā)電效率提高到40%, 蓄熱效率提高2.5倍, 從而在熱容量一定時(shí)減小蓄熱容器的體積。此外, 熔鹽價(jià)格低廉, 環(huán)境友好。常見的熔鹽有碳酸鹽、氯化物、氟化物和硝酸鹽, 其中,

9、 硝酸熔鹽在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)用較為廣泛。Solar Two采用Solar Salt混合熔鹽作為傳熱和蓄熱介質(zhì), 此熔鹽在220時(shí)開始熔化, 在600 以下熱性能穩(wěn)定。蓄熱能力為105MW, 可供汽輪機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行3h 。溶鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)可以使太陽能電站操作溫度提高到450一500太陽能在我國的應(yīng)用前景1990一2019年間, 我國的電力產(chǎn)量以平均每年9.7%的速率遞增, 裝機(jī)容量由138GW上升至442GW。為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的需要, 到2020年我國需增加625一860的裝機(jī)容量, 相當(dāng)于歐盟2019年的總裝機(jī)容量。我國石油和天然氣資源比較貧乏, 是一個(gè)以煤炭為主要能源資源的國家,

10、煤炭占據(jù)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)2/3以上的比例。煤的大量使用, 給環(huán)境帶來諸多負(fù)面影響, 如燃煤排放二氧化碳帶來的溫室效應(yīng), 以及地面下沉、水體污染等等。中國對(duì)以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改革勢(shì)在必行, 否則, 來自國際社會(huì)的壓力將會(huì)愈來愈大。開發(fā)利用可再生能源, 是建立可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)最主要的政策措施, 也是我國長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略。太陽能在我國的應(yīng)用前景1990一2019年間, 我國的電力產(chǎn)我國土地面積廣闊, 日照豐富, 具有居世界第二的太陽能資源。全國各地年平均日輻射量地區(qū)差異較大, 從東南部低于2kWh/(md) 西部大于9kWh不等。日輻射量的多少對(duì)于降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本具有重要意義, 研究

11、表明, 年平均日照量高于1800kWh(md) 相當(dāng)于5kWh(md) 的地區(qū)采用聚光太陽能發(fā)電可保證其經(jīng)濟(jì)性。我國西部和北部的大部分地區(qū), 如西藏、內(nèi)蒙古、新疆、青海、甘肅的部分地區(qū)都完全符合聚光太陽能發(fā)電的日照條件。塔式電站發(fā)電功率與定日鏡群的布置場(chǎng)地面積大小有關(guān), 每生產(chǎn)1MW電能, 大約需要20234平方米定日鏡場(chǎng)。我國西北部人口稀少, 耕地面積少, 太陽輻射強(qiáng), 如西藏、內(nèi)蒙古、青海, 可用于布置定日鏡場(chǎng)的面積達(dá)987900平方米 , 其中大部分地區(qū)年平均日照量大于1800kWh/(m.a), 是建設(shè)塔式電站的理想地點(diǎn)。我國土地面積廣闊, 日照豐富, 具有居世界第二的太陽能資源。塔式太陽能熱力發(fā)電是不需要耗費(fèi)化石能源,無任何污染排放的清潔發(fā)電技術(shù), 美國、西班牙等國都進(jìn)行了深入的研究和應(yīng)用, 經(jīng)過幾十年的發(fā)展,該項(xiàng)技術(shù)日臻成熟。我國的日照條件、土地使用情況等均適宜于塔式太陽能熱電站的建設(shè)和運(yùn)行, 發(fā)展塔式太陽能熱發(fā)電對(duì)于滿足我國快速增長的能源需求和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略意義。我國在這方面的研究起步較晚, 成本和技術(shù)是制約我國塔式太陽能熱發(fā)電商業(yè)運(yùn)作的兩大瓶頸, 我們應(yīng)學(xué)習(xí)借鑒國外