蝶式、槽式、塔式太阳能发电区分详解_塔式太阳能发电系统

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蝶式、槽式、塔式太阳能发电区分详解由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“塔式太阳能发电系统”。

幻灯片1 太阳能热发电种类

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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。

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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。

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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

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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

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斯特林机

 α-型斯特林机：两个独立动力活塞，热活塞密封，精密加工

 β-型斯特林机：隔离活塞，直线型气缸，斯特林申请专利机型，工艺易实现，最适用机型

 γ-型斯特林机：与β类似，但动力活塞和隔离块分开，也是最适用机型

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碟式热发电系统的优点

 光热转换效率高达85%左右，在三类系统中位居首位；

 使用灵活，既可以作分布式系统单独供电，也可以并网发电。 气动阻力低、发射质量小，因此近年来研发主要集中于具有更小单位功率质量比的空间电源应用领域，今后的研究方向主要是提高系统的稳定性和降低系统发电成本两个方面。

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碟式系统的缺点

 1）造价昂贵，在三种系统中也是位居首位，目前碟式热发电系统的初投资成本高达4.7～6.4万元/kW；

（2）尽管碟式系统的聚光比非常高，可以达到2000℃的高温，但是对于目前的热发电技术而言，如此高的温度并不需要甚至是具有破坏性的。所以，碟式系统的接收器一般并不放在焦点上，而是根据性能指标要求适当地放在较低的温度区内，这样高聚光度的优点实际上并不能得到充分的发挥；

（3）热储存困难，热熔盐储热技术危险性大而且造价高。

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6.4 槽式太阳能热发电系统

幻灯片20 6.4.1槽式太阳能热发电系统组成 槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦到集热器，加热传热工质，在换热器内产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的太阳能热发电系统简称槽式太阳能热发电系统，也称分散型太阳能热发电系统。

 聚光集热器分散布置，并联或串联后将工作介质汇集到一起  4部分组成；  聚光集热装置：  辅助能源装置：  蓄热装置：  汽轮发电装置：

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太阳能热发电原理

聚光集热子系统

热-功-电转换子系统

蓄热子系统

幻灯片22 白天工作模式1 — 直接发电

聚光集热子系统

热-功-电转换子系统

蓄热子系统

幻灯片23 错误！未找到引用源。

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幻灯片26 6.4.3 特点

 槽形抛物面镜集热器——线聚焦集热器，聚光低，吸收器散热面积大，介质温度一般不超过400 ℃，属于中温系统

 集热器安装于地面上，安装和维护方便，各类集热器可同步跟踪，降低控制成本。 缺点是能量集中过程依赖于管道和泵，使得输热管路复杂，热损失和阻力较大。

幻灯片27 6.4.4 槽式太阳能发电系统发展现状

 20世纪70年代末，美国、西欧、以色列和日本做了大量研发工作，取得了较大进展。 20世纪80年代初期，以色列和美国联合组建了鲁兹（LUZ）太阳能热发电国际有限公司。

 从成立开始，该公司就集中力量研究开发槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统。

 5年后实现产品化，可生产14-80MW的系列发电装置

 1985~1991期间在美国建成了9座大型商用热发电系统，总装机容量354MW，并网运行，年发电10.8亿度，至今仍在运行

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无蓄热装置

天然气补燃

幻灯片29  随着技术的完善，效率提高，建造费用下降，发电成本下降  效率：11.5%——13.6%  建造费用：5976——3011美元/千瓦  发电成本：26.3美分——12美分/度

 雄心勃勃，计划到2000年总装机容量800MW，发电成本降低到5-6美分/度，但最后破产。——90-91年石油价格下跌，经费减少

幻灯片30  西班牙和日本等国的示范工程也取得很好的结果

 西班牙南部阿尔梅里亚建设了2台500KW的太阳能发电系统，164台聚光镜，总集热面积5362m2，油为集热和蓄热介质，汽轮机进口温度285℃，建设费用2800万马克。 日本1981年在四国香川县海边建设了2台1000KW的发电站，100块平面反射镜把太阳光反射到5台槽式抛物镜面上进行集热，集热介质为水-水蒸气，汽轮机进口温度346℃，压力14X105Pa。建设费用50亿日元由于当地日照条件差，利用率低，在取得试验数据后，1984年停止运行。

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美国太阳能1号电站

 内华达州南部的克拉克镇  当地辐射值2606kwh/m2 a  75MW  1999年前期工作，2006年2月开工建设，2007年6月投产。 导热油蓄热，0.5小时蓄热，1700t导热油。 年发电1.34亿度，投资2.66亿美元

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西班牙Andasol 1号和2号

 西班牙南部，辐射2136,50MWx2  2006年3月建设，2008年11月和2009年投产  上网电价27欧分。

 熔融盐蓄热，7.5小时蓄热量

 三介质，导热油，熔融盐，水蒸气

 换热效率，导热油最高400℃，难以发挥熔融盐高温的优势。

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意大利阿基米德电站

 意大利西西里岛，5MW  熔融盐蓄热

 两介质：熔融盐-水蒸气

 真空管入口出口温度：290、550℃  电站效率15.6%  诺贝尔奖，意大利物理学家鲁比亚主导。

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菲涅尔式太阳能发电系统

    

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菲涅尔反射，线聚焦

结构简单，传动结构易于操作。

美国加州5MW示范，世界上第一个菲涅尔聚焦电站，水蒸气介质，温度450℃。西班牙1.4MW示范，二期项目30MW 皇明，2.5MW示范，钢管镀膜。工业利用和供热。

计划正在建设的槽式太阳能发电站

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幻灯片47 6.5塔式太阳能热发电系统构成 也称集中型系统，是在空旷平地上建立高大的塔，塔顶安装固定一个接收器（相当于锅炉），塔的周围安置大量的大型反射镜（称为定日镜），每台配有各自的跟踪机构，将太阳光聚集并反射到塔顶的接收器上产生高温，接收器内生成的高温蒸汽推动汽轮机来发电。

 整个系统出4部分构成：  聚光装置：  集热装置：  蓄热装置：汽轮发电装置：幻灯片48

特点

 高聚光比：200-1000  高温：聚光比1000时，接收器中心温度1200℃。 集中布置，可实现规模化。

 介质温度和压力高，提高发电效率。 蓄热后可实现连续发电。

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6.5.1 塔式太阳能发电系统关键设备

 反射镜

 要求高温高压，因此须要较大的聚光比，需要大量发射镜，且有合理的布局，反射率应大于80%，自动跟踪太阳要同步。 接收器

 太阳能锅炉，要求体积小、换热效率高。 蓄热装置

 选用传热和蓄热性能好的材料作为蓄热工质，一般选用水汽系统，对于高温大容量系统可选钠作为热传输介质。

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幻灯片52 6.5.2 塔式太阳能热发电系统研究进展

 1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型试验装置。

 20世纪80年代世界上建成的塔式太阳能热发电系统集中于美国、西班牙、日本、前苏联等国家，基本上都是试验电站，目的是为大型商业电站的建设提供技术和经济依据。 日本和法国电站由于日照条件较差，运行两三年取得经验后停运  西班牙、欧共体的电站进行了长期的试验研究

 美国的太阳1号和太阳2号是性能发挥最好的电站。

幻灯片53  1982年4月，美国加州南部沙漠地区建成“太阳1号”塔式系统  发电功率10MW，水汽系统

 由1818面反射镜和高85.5米的高塔组成  后来建设“太阳2号”系统，并与1996年并网发电。 近年来，以色列科学研究院对此系统进行了改进。

 2009年世界上最大的塔式太阳能发电系统在西班牙建成，20MW

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西班牙PS10电站

 2005年开工建设，2007年运行  容量11MW  造价3500欧元 /KW  镜场面积7.5万平方米，定日镜624面，每面面积120平方米。塔高115米。 吸热器面积5.4X12米

 介质为水/水蒸气，压力4.5MPa，温度300℃  设计效率21%，实际效率13.41%  水蓄热，50min。备用：燃气补燃，掺烧比12-15%

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西班牙PS20电站

 2009年投产，当时世界最大的塔式电站  容量20MW  镜场面积15万平方米。塔高165米。 热效率提高10%

 设计较为保守。蓄热方式为热水蓄热。高压热水变压气化，产生饱和蒸汽的方式。 美国Solar 2号电站提高了蒸汽参数，16.5MPa，550℃。幻灯片56

熔融盐为介质的塔式电站

 Gemasolar太阳能塔式电站，西班牙南部  19.9MW  40%硝酸钾，60%硝酸钠  288℃—565℃  设计蓄热15小时

 565℃条件下，每天温降低于1-2℃

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空气为介质的塔式电站

 德国示范电站1.5MW，法国2MW  吸热器：多孔陶瓷，抽吸周边空气，带走陶瓷热量，空气加热至700℃。 加热后的空气进入锅炉炉膛，加热水变为水蒸气。

 2005年河海大学与以色列合作研究，70KW塔式电站，空气介质，温度1000℃。

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塔式吸热器  与锅炉类似

 以水为介质的吸热器均有汽包，吸热段分为未饱和水、两相流、和过热蒸汽段。 以熔融盐为介质的吸热器均为液相换热过程。

幻灯片59  吸热器热损失：

 辐射损失、对流损失、传导损失  吸热器黑色，辐射后白色

 辐射温度超过1200℃，没有耐高温透光材料，吸热器敞开布置。对流损失大。

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世界最大塔式太阳能发电装置

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ISEGS 太阳能发电厂

幻灯片62  NRG能源公司占一半股权

 BrightSource和Google公司持有另一半股权

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环保争议

美国鱼类和野生动物组织担心电厂产生的高热会杀死金雕和其他受保护动物物种太阳能厂的建地为沙漠陆龟（desert tortoise）的栖息地，传兴建工程之初已造成600 只陆龟死亡，导致兴建工程一度停摆，Google 与BrightSource 能源公司请来十多位生物学家、耗资巨额金钱协助陆龟迁移到附近的栖息地。死亡射线

耗资22亿美元的“烧鸟项目”  

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太阳能烟囱发电

 在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。

 1983年，西班牙建成一座太阳热气流（即太阳烟囱）发电站，发电功率50kW，用于进行探索性试验研究。

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幻灯片67 太阳能烟囱发电示意图

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