新能源发电技术
第3章 太阳能热发电技术
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目 录
第3章 太阳能热发电技术
3.1太阳能热电技术研究发展概况
3.2太阳能发电站的基本系统与构成 3.3塔式太阳能热发电系统 3.4槽式太阳能热发电系统 3.5盘式太阳能热发电系统
3.6太阳池热发电系统
3.7太阳能热气流发电系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.8太阳能热发电技术发展前景
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3.2.1 电站热系统 (3)
太阳能热发电过程 热力学上与常规热力发电厂完全一样，遵循兰 金循环 太阳能热发电与常规能源发电区别 一次能源：太阳辐射能－矿物 锅炉：太阳锅炉(集热器)－普通锅炉 太阳能密度低不稳定一般需要设置蓄热子系 统或辅助能源子系统，这是由太阳辐射能本 身的特点决定的。
电站循环效率 为提高太阳能热循环系统的效率，重要方法之 一是提高循环系统工质的初温。采用聚光集热 器，还要涂高温选择性吸收膜 决定太阳能热发电效率的另一个重要因素是太 阳能集热器效率c
理想的太阳能热发电系统总效率
s=c
由上式选择最佳工作温度
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3.2.3 太阳能热发电系统组成 (1)
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3.1.2 世界太阳能热发电技术发展历程 (2)
1980 年年代中期，以色列和美国联合组建的 LUZ 太阳能热发电国际有限公司，主研制槽式抛物面反 射镜太阳能热发电系统，建立了 9 座槽式太阳能热 发电站，除此投资和发电成本分别降到 2650美元/k W和8美分/kWh，但是1991年LUZ公司破产。 美国分别在 1980 年和 1996 年于加州建立了太阳 I 号 和太阳II号10MW 塔式太阳能热发电站。 1983年美国加州建立盘式斯特林太阳能热发电系统 20 世纪 70年代，以色列在死海建立了 3 座太阳池热 发电站。 1983年西班牙建成一座太阳热气流太阳能热发电站 其它国家还有海水温差、太阳能热离子发电等
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3.1.3 中国太阳能热发电技术发展 (1)
1970 年代中期开始应用性基础试验研究 在天津建造一座功率为1kW的塔式太阳能热发电模 拟试验装置 在上海建造了一套功率为1kW的平板式低沸点工质 太阳能热发电模拟试验装置 中科院电工所对槽式抛物面反射镜子太阳能热发电 进行了研究 最近对碟式太阳能热发电研究较多
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3.1.2 世界太阳能热发电技术发展历程 (1)
1774 年法国和英国科学家进行聚焦太阳能实验 1878 年，一个小的太阳能动力站在巴黎建立 1901年,美国工程师研制成功7350W太阳能蒸汽机 1913 年，太阳能驱动水泵。 36.8kW 太阳能动力机 随着石油和天然气的大量开采，人们对太阳能动力 的兴趣受到限制 1950 年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能 热发电站小型试验装置。 1973 年爆发世界性的石油危机，人们对太阳能兴 趣增加，太阳能电池价格相对更贵，得到发展 1980 年年代中期，建造了几十座 500k W 以上的塔 式电站，后由于投资太大，研究变冷。
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3.2 太阳能热发电站基本系统与构成
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3.2.1 电站热系统 (1)
常规能源发电过程 燃 料 在 锅 炉 燃 烧，加 热 工 质 ( 水 ) 变 成 过 热蒸汽驱动汽轮发电机组发电，将热能转换成电能 遵循兰金循环原理工作 汽轮发
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3.2.1 电站热系统 (2)
太阳能热发电工作原理 利 用 太 阳 集 热 器 将 太 阳 能 收 集 起 来 ， 加 热工质（水）产生过热蒸汽驱动动力装置带动发电 机发电，将热能转换成电能
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3.2.2 电站循环效率 (1)
电站循环效率 热动力过程，效率最高的热力循环是卡诺循环
T1 T2 T2 1 T1 T1
要提高卡诺循环效率 ，提高工质温度和降 低放热温度 太阳能热电站选择地 皮便宜和高纬度，缺 水，空气冷却凝汽器
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3.2.2 电站循环效率 (2)
系统组成4大部分
聚光集热子系统 蓄热子系统 辅助能源子系统 汽轮发电子系统
聚光集热子系统
聚光器：收集阳光将其聚集到一个有限尺寸面上，提高 单位面积上的太阳辐射度 聚光方式：平面反射镜，曲面反射镜和菲涅尔透镜 平面反射镜：聚光比 100-1000 ，工质温度 500-2000℃ 曲面反射镜：一维（槽型）抛物面反射镜、二维（ 盘 式）抛物面反射镜和混合平面－抛物面反射镜 槽型抛物面反射镜：聚光比 10-30, 集热温度 400 ℃ 盘式抛物面反射镜：聚光比 50-1000, 集热温度 8001000 ℃ 菲涅尔透镜：线形聚光比 3-50, 圆形聚光比 50-1000 14
3.2.3 太阳能热发电系统组成 (2)
聚光集热子系统 聚光器的性能要求
光学性能：镜面反射率越高越好；保持镜面清洁 机械性能：反射镜面平整度好；镜面与镜体有很高的 机械轻度与稳定性；镜面与保护膜有很强的粘合度 化学稳定性：很强的耐腐蚀性能
接收器
接收经过聚焦的阳光，将太阳能辐射能转变为热能 ， 并传递给工质 接收阳光的表面必须涂覆选择性吸收膜
跟踪装置
跟踪方式：单轴跟踪（槽型）和双轴跟踪 ( 盘式塔式 ) 控制方式：程序控制、传感器控制、程序传感器结合 控制
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3.2.3 太阳能热发电系统组成 (3)
蓄热子系统 蓄热器采用真空或隔热材料作良好的贮热容器，对 蓄热材料进行贮热和取热。蓄热方式有： 显热蓄热 价格低，易于得到；热容量小，蓄热器体积大 潜热蓄热 单位容积蓄热容量大 ; 熔点不稳定和均匀 , 毒 性和火灾 化学储能
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3.1太阳能热发电技术研究发展概况
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3.1.1 太阳能热发电技术的分类 (1)
太阳能热发电技术定义
将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术
太阳能热发电技术分类
利用太阳热能直接发电（发电量小，处于原理性 试验阶段） 半导体及金属材料的温差发电 真空器件中的热电子或热离子发电 碱金属热电转换 磁流体发电 将太阳热能通过热机带动发电机发电（与常规发 电设备相似）