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完整版)太阳能热发电原理

作者:admin发布时间:2020-11-20 20:16

  (完整版)太阳能热发电原理_物理_自然科学_专业资料。太阳能热发电原理 王志峰 中国科学院电工研究所 2012年2月27日 北京 太阳能热发电的含义 ? 太阳能热发电是利用太阳能聚光器先将太阳辐射能转化为热能,然后经过各种方式转 换为电能的技术形式。

  太阳能热发电原理 王志峰 中国科学院电工研究所 2012年2月27日 北京 太阳能热发电的含义 ? 太阳能热发电是利用太阳能聚光器先将太阳辐射能转化为热能,然后经过各种方式转 换为电能的技术形式。 ? 太阳能热发电包括:聚光太阳能热发电(CSP)、太阳能半导体温差发电、太阳能烟 囱发电、太阳池发电和太阳能热声发电等。 ? 聚光太阳能热发电(CSP)是目前已经商业化大规模应用的技术形式。 ? CSP是通过“光-热-功”的转化过程实现发电的一种技术形式,其在原理上和传统的 化石燃料电站类似。二者最大的区别在于输入的能源不同,太阳能热发电采用的是太 阳能:聚光器将低密度的太阳能转换成高密度的能量,经由传热介质将太阳能转化为 热能,通过热力循环做功,实现到电能的转换。 CSP的技术形式 塔式 碟式/斯特林 槽式 线)塔式 ? 点聚焦技术:定日镜自动跟踪太阳, 聚焦的阳光反射到位于塔顶的吸热器 内。吸热器加热管内的传热介质,将 太阳光能转变成热能,再通过热力循 环实现发电。 ? 聚光比300-1000。系统综合效率高。 ? 吸热器类型:水/蒸气、熔盐、空气等 。商业化初期的电站多使用水/蒸气作 为工作介质(主要考虑到技术风险较 小、结构相对简单) ? 传热介质的工作温度范围在250~ 1200℃,可采用汽轮机或燃气轮机。 定日镜 吸热器 西班牙PS10电站 4 (2)槽式 ? 线聚焦技术:采用抛物面槽式反射镜 将太阳光聚集到位于焦线的吸热管上, 加热管内的传热工质(油或水),然 后经热交换器产生蒸汽驱动汽轮发电 机组发电。 ? 聚光比在70-80之间;系统综合效率 较低。 ? 吸热器内工作介质:合成油、水等, 当前介质的工作温度一般在400℃以 内。 ? 美国354MW SEGS电站建于上个世纪 80年代,至今已运行20多年。 吸热管 槽式反射镜 美国SEGS槽式电站 5 (3)碟式 ? 点聚焦技术:利用旋转抛物面反射镜,将入射阳光聚集在镜面焦点处 , 在该处可放置太阳能吸热器吸收热能加热工质驱动汽轮发电机组发 电,也可放置太阳能斯特林发电装置或高倍比聚光光伏系统(CPV) 直接发电。 。 ? 聚光比1000-3000;系统效率高 ? 单机规模小,非常适合分布式发电。 ? 今年1月份全球首座商业化碟式斯特林系统在美国投入运行,总容量 1.5MW,由60个单机25kW的系统组成。 ? 截至2010年10月,美国加州批准了总计1372.5MW的碟式斯特林电站 项目。 6 (4)线性菲涅尔 ? 线聚焦技术:槽式系统的简化; 平面镜代替抛物面型曲面镜,通 过调整、控制平面镜的倾斜角度, 将阳光反射到集热管上,加热内 部工作介质 ,产生蒸汽驱动汽轮 机做功发电。 ? 聚光比25-100;系统效率较低。 ? 镜场可布置非常紧凑,土地利 用率高,初投资相对较低。 ?目前在建最大规模为30MW电 站,其中关键部件集热管由皇明 公司出口供应。 集热管 反射镜 皇明公司2.5MW示范系统 7 各种CSP技术方式的性能 聚光比 槽式 70-80 塔式 300-1000 碟式 1000-3000 菲涅尔式 25-100 可采用的动力循环 模式 郎肯循环 1) 郎肯循环 2) 布雷顿循环 3) 联合循环 斯特林 郎肯循环 峰值系统效率 系统年均效率 21% (d) 10-15% (d) 20% (d) 35% (p) 10-16% (d) 29% (d) 16-18% (d) 20% (p) 9-11% (p) 17-18% (p) 15-25% (p) 18%-23%(p) 热循环效率 30-40% ST 30-40% ST 30-40% SE 30-40%ST 45-55% CC 20-30% GT 容量因子 已建单机最大容量 24% (d) 25-90% (p) 80MW 25-90% (p) 20MW 25% (p) 1.5MW (25kW×60) 25-70%(p) 5MW 注:(d) =示范,(p) = 预计,ST 蒸汽轮机,CC 联合循环,SE斯特林机,GT 燃气轮机 (来源:DLR,2004) CSP电站系统的基本组成 聚光集热子系统 储热子系统 热-功-电转换子系统 白天工作模式1 — 直接发电 聚光集热子系统 储热子系统 热-功-电转换子系统 白天工作模式2 — 储热 + 发电 聚光集热子系统 储热子系统 热-功-电转换子系统 夜间工作模式 — 利用储热发电 聚光集热子系统 储热子系统 热-功-电转换子系统 CSP & 光伏发电的电力输出 Solar Output (% Maximum Output) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 7:00 Cloudy Day (May 3) PV Solar Thermal 9:00 11:00 13:00 15:00 Time (hh:mm) ?太阳能热发电输出电力相对平稳 17:00 19:00 13 CSP优势——系统友好性、可控性 ? 系统友好性是指清洁能源在其开发、输送和使用的全过程中与电网、电源以及其它能源系统 相适应、相协调的技术品质与特性。 ? 风能及光伏发电,其出力具有显著的间歇性和不确定性。并网运行后出力的剧烈变化将对电 力系统实时平衡和稳定运行带来挑战。 ? 受电源结构制约,长期以来我国电力系统调峰能力一直不足。煤电装机占全国发电总装机的 四分之三(其中供热机组又占了20% 以上)。系统调峰问题将是影响制约我国能源结构调整和 清洁能源发展的长期性问题。 ? CSP电站可以储热,也可以利用化石燃料补燃;实现发电功率平稳、可控输出。可作为调峰 电源;未来随着技术提升,可承担电力系统基础负荷。 美国亚利桑那州电力负荷曲线 提高效率 ?聚光比、吸热器温度 ?集热效率*透平效率 ?马鞍点 途径——聚光比与吸热温度的协同提高 ? 提高聚光比: ? 塔式和碟式,其聚光比分别300-1000和1000-3000之间; ? 槽式和菲涅尔式,其聚光比分别在70-80和25-100之间; ? 二次聚光:第一次聚光比*第二次聚光比 (10,000) ? 提高吸热器的工作温度: ? 传热介质(水、油、熔融盐、空气、离子液体、液态金属、固体材料) “材料——光学——热学”耦合 吸热窗口瞬时能量分布(2008.09.27,13:16) 投入吸热器窗口能量随时间变化 ?辐射能量的非均匀、非稳定,传热条件恶化 ?储热材料:水、油、熔融盐、离子液体、液态金属、无机非金属材料(陶瓷)、混合材料 国外CSP现状及发展趋势 第19页 CSP市场现状 ? 2010年底,全球累计商业化运行的CSP装机约1071MW,其中,主要市场在西班牙和美国; 主要技术形式为槽式。 ? 目前全球在建装机容量超过2000MW,预计2013年全部并网发电。 5.76% (MW) 1071.65 354 80 1990 355 1 2006 668.15 430 490.9 403.5 177.25 75 60.9 2007 2008 2009 2010 新增装机 累计装机 Source: IEECAS 39.93% 54.30% 西班牙 美国 其它 碟式 0.1% 菲涅尔式 0.7% 塔式 3.6% 槽式 95.5% 20 各国CSP规划 ? 美国:2010年 8月-12月,加州能源局批准了总量达4242MW的CSP项目 ? 西班牙:太阳能热发电产业协会数据,共计1372MW热发电项目已经进行了申报登记。西班 牙政府规定到2013年国内CSP装机实现2.5GW,产业协会的目标是2020年突破10GW。 ? 印度:根据国家太阳能计划,2022年印度太阳能光伏和光热装机容量要达到20GW。其中第 一阶段(至2013年3月)的目标是,安装1100MW的并网太阳能电站,100MW屋顶光伏和小 型太阳能电站,200MW的离网太阳能应用项目以及几百万平米的太阳能集热系统。目前第一 批太阳能热发电项目招标已经结束。上网电价为0.32美元/kWh。 ? 摩洛哥:摩洛哥太阳能署正在进行热发电项目预招标,2012年在 Quarzazate太阳能园区安 装500MW太阳能电力,其中包括一座光伏电站。 ? 澳大利亚:13.65亿澳元的太阳能旗舰项目,包括4个大规模太阳能发电站(热发电和光伏各 占一半),总预期装机容量为1GW。 ? 中国: 50MW电站特许权招标2011年1月23日已经完成。 欧洲沙漠行动计划(DII) ? 2009年7月,12家大型公司在德国慕尼黑启动沙漠行动计划,计划投资4000亿欧元,通过在中东及 北非地区建立一系列联网的太阳能热发电站 ,满足欧洲15%的电力需求以及电站所在国家的部分电 力需求。 ? 2009年10月30,DII有限责任公司成立。目前公司股东数目从13家增至19家。 ? 2010年7月,欧洲能源官员表示在未来5年,欧洲将从北非进口第一批太阳能电力。马格里布国家目 前正在投资兴建连接阿尔及利亚、摩洛哥以及突尼斯3个国家间的400kV输电线。 亚太能源共同体-太阳带计划 ? 2009年10月,第一届亚洲-太平洋太阳带开发国际论坛在日本东京召开。 - 太阳能热发电 - 太阳能制取液态燃料或氢气 谢谢!

  

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