太阳能光热发电方式的类型和应用

发布日期：2016-02-29 19:53 来源：点击：

摘要：太阳能是一种用之不尽、取之不竭的清洗动力，在动力与环境疑问日趋严重的今日，许多国家都对太阳能发电技能进行了研讨和实习，并取得了一些效果。太阳能光热发电是太阳能使用的一种有用方法，现在有槽式、碟式和塔式三种典型的太阳能光热发电方法。比之传统的火力发电方法，太阳能有其环保的优势，可是也存在一些疑问需求去战胜。跟着人类对清洗动力的需求太阳能发电技能将会得到更加深化的展开。

作为一种广泛的清洗动力，太阳能有许多使用方法。太阳能发电、太阳能热水器、太阳能采光采暖、太阳能干燥等，其间太阳能光热发电也叫集合型太阳能热发电（Concentrating Solar Power，简称CSP），可以大计划会集使用太阳能的方法，是一种处理动力疑问的有用路径。高压试验变压器

太阳能热发电技能即是使用光学体系集合太阳辐射能，用以加热工质，出产高温蒸汽。驱动汽轮机组发电，简称光热发电技能。他与光伏发电比较，具有用率高、结构紧凑、作业本钱低一级优点。

依据聚光方法的不相同，光热发电技能可分为三种方法：塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电技能。三种聚光集热方法的不相同在数量上的直接表现即是聚光比的不相同。聚光比即吸收体的均匀能流密度和入射能流密度之比。这三种方法都可以大致地分为太阳能集热体系、热传输和交流体系、发电体系三个根本体系。可是因为他们各自聚光比不相同，致使可以到达的集热温度也不相同，所以三种聚光方法对应的三个构成体系也有不相同程度的区别。

1 槽式聚光发电体系

槽式聚光是使用抛物线的光学原理，集合太阳辐射能。抛物线纵向延伸构成的平面称为抛物面，它能将平行于本身轴线的太阳辐射集聚到一条线（带）上，进步能量密度，易于使用。在这条太阳辐射聚集带上安置有集热管，用来吸收太阳能，并将其转化为热能。现在的集热管通常为真空式玻璃集热管。集热管由外部的玻璃管和内部的西热管构成，两管之间空地抽真空阻挠热量丢失。吸热管有不锈钢制成，内部有工质活动，在不锈钢管的外表涂有黑色的吸热薄膜，薄膜对太阳光有较高的吸率，一起在红外波普段有较低的发射率，这样就可以有用地吸收太阳能。这种聚光体系还需求设置控制体系来适应太阳能光在一天中视点的改变。槽式聚光吸热体系将太阳能转化为集热管内导热流体的热能，燃后用高温工质去加热给水发生蒸汽去冲转汽轮机发电。槽式太阳能聚光体系的聚光比为20到80，以油为导热流体的聚热温度最高为300到400℃，以混合硝酸盐为导热流体最高能使集热温度到达550℃，后者对于进步发电功率而言更具有优势，可是总的发电功率还是较低。别的，为了战胜太阳能在时刻上散布不均的特点，还要设置蓄热体系，或者是用别的燃料作为弥补调整。

从20世纪八十时代开端，世界上许多国家都展开了槽式太阳能聚光发电体系的研讨和缔造。表1列出了一些著名的槽式太阳能发电站。

现在，美国、以色列、澳大利亚、德国等国家是太阳能使用大国，也是槽式太阳能热发电技能强国。其间美国鲁兹LUZ公司是槽式太阳能热发电技能使用的模范，在1985~1991年间，美国在南加州先后建成9座槽式太阳能热发电站，总装机容量353.8 MW。2010年10月，美国政府同意在加利福尼亚州南部沙漠区域缔造一个名为“布莱斯太阳能项目”的新动力项目,这是在美国公共土地上施行的计划最大的太阳能发电项目。“布莱斯太阳能项目”计划缔造地址坐落加州布莱斯区域邻近的莫哈韦沙漠内,项目占地2833公顷,耗资60亿美元,建成后将拥有1000兆瓦发电能力。估计2011年末到2012年投入发电。

和发达国家比较较，现在中国在这方面还相对落后，直到2010年头，槽式太阳能热发电体系成套设备核心技能，由北京中航通用公司与中科院工程热物理研讨所、华北电力大学协作研制成功，完成了曲面聚光镜从技能到出产的完全国产化。2010年8月10日，中国首个太阳能槽式发电项目首个出产基地奠基仪式在沅陵县城郊举办。该项目突破了聚光镜片、盯梢驱动设备、线集合集热管3项核心技能，中国是继美国、德国、以色列以后的悉数技能国产化的国家。

2 碟式太阳能发电体系

碟式太阳能热动力发电体系的选用碟式聚光这种方法，碟式聚光体系的太阳辐射反射面安置成碟（盘）形，聚光比可以到达3000以上，因而能在焦点处发生很高的温度，比其它两种热发电方法的聚光温度都要高，作业温度可以到达750-1500℃，因而它可以到达最高的热机功率。

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碟式太阳能发电体系包含聚光器、接收器、热机、支架、盯梢控制体系等首要部件。体系作业时，从聚光器反射的太阳光集合在接收器上，太阳能被热机转化为热机内部作业介质的内能，使介质温度增加，即可推进热机作业，并股动发电机发电。不相同于槽式发电体系，碟式太阳能发电体系的热电转化设备首要选用斯特林机作为原动机。自在活塞斯特林机时一种活塞式外燃机，在汽缸内有一个配齐活塞和一个动力活塞。汽缸侧壁连接配齐活塞上下室的旁路，循环工质经过旁路替换运动到配气活塞的上室和下室。上室和热源交流器耦合，将吸热其的热量传递给工质，工质受热胀大推进动力活塞做工，输出功率。下室经过中间介质回路把余热传递给回热器，工质经过旁路往复活动完成循环。斯特林热机最高的热电变换功率可达40%。

太阳能辐射随气候改变很大，所以热点变换设备发出的电力不是很安稳，不能直接提供给用户，需求经过一系列处理以后才干输出220V的工频电。和槽式太阳能发电体系相同，也需求有储能设备、蓄电池和弥补动力。

与槽式太阳能聚光发电方法比较，碟式聚光发电方法还没用投入到商业使用，暂时处在演示施行期间。国外已有多座碟式太阳能热发电站或演示体系建成并成功作业。美国、西班牙、德国等国家别离树立了从 9~25 kW 的发电体系而且成功作业。

中国太阳能资源丰富 ,从上世纪 70 时代末就现已开端对太阳能的热使用进行研讨 ,但首要研讨方向为太阳能供热。中国科学院电工研讨所针对碟式太阳能热发电体系中的聚光器和盯梢控制体系进行了研讨,而且树立了碟式太阳能热发电试验体系;中国科学院工程热物理所对用于碟式太阳能热发电体系的直接照耀式接收器进行了一些模仿试验研讨 ,剖析了其热功能的影响要素。总的来说碟式集热发电方法还处在前期期间，可是因为其功率较高，所以许多国家都比较注重，积极展开相应的研讨活动。

3 塔式太阳能发电体系

塔式太阳能发电体系由定日镜群、接收器、蓄热槽、主控体系和发电体系5个有些构成。在地面上安置很多的定日镜,一种主动盯梢太阳的球面镜群.在这一群定日镜中的恰当方位树立一座高塔,高塔顶上安装接收器.各定日镜均使太阳光集合成点状,会集射到锅炉上,使接收器的传热介质到达高温,并经过管道传到地面上的蒸汽发生器,发生高温蒸汽,由蒸汽驱动汽轮发电机组发电.

承受器是塔式太阳能发电体系的首要构成有些，依据选用的导热介质的不相同，现在可以分为外部受光型和空腔型。

外部受光型承受器的一些技能类似于太阳能集热管，可是它的作业温度十分高，体积也很巨大。，这种接收器可四周受光，多用在大型太阳能体系中，其缺点是热管直接暴露而发生热量流失。能否像通常集热器那样加上玻璃外套，事实上很艰难，因为接收器体积太大。空腔型即腔体式接收器，用耐高温资料制成的空腔，空腔一面开口装有透光好、耐高温的石英玻璃，腔内壁有金属网以增大吸热与交流面积。关闭的内腔似肯定黑体，吸热功能极好，集聚的阳光透过石英玻璃窗口能在腔内发生很高温度，传热的作业介质（通常用高压空气）经过腔内被加热成1000多度的高温气体输出。因为腔体有保温层，故热丢失小，空气报价又廉价，但空气热容量小、导热系数低，怎么高效传热是首要的技能疑问。腔体式接收器多是只要一面开窗的，故承受阳光的视点是有限的，通常不超过120度。 Google出资了一个世界上最大的塔式太阳能发电站项目。这个太阳能塔建在美国加州东南部的莫哈韦(Mojave)沙漠，占地3600英亩（14.6平方公里）。艾文帕太阳能电力收集体系（ISEGS）将放置173000个反光镜，将阳光集合到一个大约137米高的太阳能塔上。这个发电厂在 2010年10月开端缔造，估计在2013年竣工后装机容量

39.2万千瓦。

高压试验变压器

中国在太阳能塔式发电项目上也有所展开。北京延庆八达岭兴修的亚洲第一座塔式太阳能热发电站，是中科院太阳能热发电技能及体系演示项目，是国家科技部“十一五”863重点项目，于2006年立项、2008年获得发改委同意，首要方针是研讨太阳能塔式热发电关键技能，树立太阳能热发电试验体系和试验渠道，探究高效能、大计划、低本钱商业化电站的技能路径，为中国太阳能热发电技能的研讨和展开奠定基础。

4 三种光热发电方法的比较

高压试验变压器

槽式发电体系技能上最为老练，且其盯梢组织比较简单，易于完成，整体本钱最低，跟着技能的展开，槽式发电体系的缔造费用由5 976美元/kW降低到3 011美元/kW, 发电本钱由26.3美分/kW·h降低到12美分/kW·h，在2020年其发电本钱有望到达约4美分/kW·h，根本相当于火力发电本钱。

碟式发电体系相对杂乱，而且出资较高，在现在要完成大计划的商业化使用还比较难。而塔式发电体系因为技能改善，可能会大幅地降低本钱，而且可以完成大计划地使用，所以展开潜力十分巨大。

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