新能源及分布式发电技术chapter2

1概述2太阳能发电3风能发电4地热能发电目录6海洋能发电5生物质能的利用7分布式发电与现行电网的关系新能源及分布式发电技术2.1节•太阳能热发电技术的介绍2.2节•太阳能光伏发电技术的介绍2.3节•太阳能制冷空调的介绍本章的主要内容新能源及分布式发电技术2太阳能发电新能源及分布式发电技术人类社会面临能源挑战能源需求量增加，储藏量迅速减少矿物燃料枯竭的能源危机局面矿物燃料燃烧产生温室气体，造成全球气候变暖大力开发利用新能源是保证全球能源的长期稳定供应，保护人类生态环境，是实现人类可持续发展的需要利用太阳能发电的必要性新能源及分布式发电技术安全可靠使用寿命长运行费用少维护简单随处可用无需长距离输送不容易损坏环保无噪声不需要燃料太阳能发电的优点新能源及分布式发电技术我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。全国大多数地区年平均日辐射量在4×106kJ/m2以上，西藏日辐射量最高达7×106kJ/m2。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有很大的开发潜能。我国太阳能资源利用的优势新能源及分布式发电技术太阳能热发电是将太阳辐射能转换为热能，再通过各种发电装置将热能转换为电能的发电技术。2.1太阳能热发电2.1.1概念新能源及分布式发电技术太阳能热发电系统太阳能集热系统蓄热与换热系统汽轮机发电系统太阳能热发电系统组成新能源及分布式发电技术集热系统：收集太阳能以加热工质转换器：传递热能，加热水汽轮机：由高温高压蒸汽推动以带动发电机发电冷凝器：冷凝乏汽并将之泵入换热器完成循环太阳能热发电的过程电能Stirling循环Brayton循环Rankine循环热能新能源及分布式发电技术太阳能热发电系统的组成太阳能热发电系统太阳能集热子系统吸热与输送热量子系统蓄热子系统蒸汽发生系统动力子系统发电子系统新能源及分布式发电技术整个系统的效率=太阳场效率×动力系统效率×发电机效率太阳场效率随着集热温度的上升逐渐降低，动力系统的效率则受制于卡诺定律，随着集热温度的上升逐渐增加。太阳能热发电系统的效率新能源及分布式发电技术为保障热发电系统稳定运行，通常在系统中配置蓄能子系统；或是将太阳能与其它能源组成综合互补的发电系统，在太阳能供应不足的情况下，由其它形式的能源供应。太阳能聚光装置吸热器蓄热子系统太阳能传热介质动力子系统新能源及分布式发电技术但目前还没有成熟的低成本蓄热技术；而太阳能与其它能源组成综合互补的发电系统虽然可以降低太阳能发电的成本。在一般商业化的太阳能电站，化石燃料的贡献一般限制在总发电量的15%以内。新能源及分布式发电技术抛物槽式太阳能热发电系统是利用槽式抛物面反射镜聚光的太阳能热发电系统的简称。抛物槽式聚光镜面将太阳光聚在一条线上，在这条焦线上安装有管状集热器，以吸收聚焦后的太阳辐射能。2.1.2槽式太阳能热发电系统系统原理及构成新能源及分布式发电技术槽式太阳能热发电系统常常将众多的槽式抛物面串并联成聚光集热器阵列，其槽式抛物面对太阳辐射多进行一维跟踪(设备轴线南北放置，然后东西旋转跟踪)，几何聚光比在10-100之间，温度可达400℃左右。新能源及分布式发电技术基本组成与常规发电设备类似，但需要设置工作流体在接收器和辅助能源系统之间循环的切换装置；用于夜间或阴雨天；维持早晚或云遮间隙时系统正常运行；槽式太阳能热发电系统构成新能源及分布式发电技术图2.1槽式太阳能热发电系统新能源及分布式发电技术集热介质加热低温导热油。通过再热器、过热器、蒸发器、预热器等，将收集到的太阳热能交换给动力回路中的蒸汽，进入汽轮机中做功。集热油回路和动力蒸汽回路分离开来，经过一系列换热器来交换热量。当太阳能供应不足时，利用一个辅助加热器将油回路中的导热油加热。槽式太阳能热发电系统工作过程新能源及分布式发电技术直通模式：水经过预热，蒸发和过热后直接推动汽轮机发电，该模式最简单，投资较少，但控制复杂。注射模式：水分别从集热管不同的地方注入，该模式的正常运行需要必要的测试系统，由于系统的复杂性和系统投资较大。循环模式：在集热管路的蒸发段的末端安装一个水汽分离装置，过量的水就通过分离器被循环泵送到集热环路的进水入口段。这种模式具有高度可控性，但是有循环管路的存在以及水汽分离装置等增加了系统的投资。槽式太阳能蒸汽发电系统的三种工作模式新能源及分布式发电技术太阳能集热器只能收集太阳的直射光线，而对散射部分无能为力，因此集热器的聚光系统必须使光轴指向太阳，即跟踪太阳。要提高槽式太阳能热发电系统的效率与正常运行，采用自动跟踪装置，使得槽式聚光器时刻对准太阳，以保证从源头上最大限度的吸收太阳能非常关键，据统计采用跟踪比非采用跟踪所获得的能量要高出37.7%。由于太阳时刻处于运动状态，再加上自然天气随时变化，因此全天候全自动太阳跟踪装置的设计就成了一个难点。新能源及分布式发电技术两轴跟踪系统：要求入射光和主光轴方向一致，根据太阳高度角和赤纬角的变化情况而设计，它具有最理想的光学性能，是最好的跟踪方式，获得最多的太阳能。但制造和维修成本高。单轴跟踪系统：只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面内。单轴跟踪型只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面就行，结构简单，跟踪精度要求不高；阳光充裕的地方一般优先考虑单轴跟踪。槽式太阳能热发电跟踪系统新能源及分布式发电技术太阳能热发电系统具有规模大、寿命长、成本低等特点，非常适合商业并网发电。光电跟踪视日运动轨迹跟踪优点灵敏度高，结构设计较为方便程序驱动执行机构跟踪太阳，精确度高缺点受到天气的影响很大有累积误差跟踪太阳的控制检测方式新能源及分布式发电技术美国南加州先后建成9座槽式太阳能热发电站(1985-1991)LUZ公司对系统组件不断改进世界上目前最大的太阳能槽式热发电厂Andasol1号竣工(2009年)Andasol2、Andasol3相继建成2020/2/15应用情况新能源及分布式发电技术美国鲁兹(LUZ)公司是槽式太阳能热发电技术应用的先行者，1985-1991年间，公司在美国南加州先后建成9座槽式太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，是世界上规模最大、成效最高的太阳能热发电工程。LUZ公司在已经建成9座槽式太阳能热发电站的基础上，对系统中的组件不断进行技术改进，在欧洲的西班牙热发电研发中心PSA进行试验，系统采用更先进的聚光器，结构形式由轴式单元发展为衍架式单元(Eurotrough)。衍架式单元(Eurotrough)型聚光器新能源及分布式发电技术系统还采用高性能的高温真空管接收器。德国Schott公司对高温真空管作了改进:为防止两端温度过高影响封接质量，在局部增加了太阳辐射反射圈；减少遮光面积使真空管有效利用长度大于96%；调整相关玻璃材料配方使可伐与玻璃管封接得更好。此次试验还采用DSG技术，即直接用水作为介质的新型槽式发电技术。利用这一技术可以取代大量的换热器，进而实现简化系统、提高效率、降低成本的目的。新能源及分布式发电技术SEGS电站中的太阳能聚光阵列座落在美国加州南部的太阳能热电厂(SolarEnergyGeneratingSystems，SEGS)自1990年建成后就一直独占太阳能热电厂的榜首，SEGS由分布在么哈维沙漠(MojaveDesert)里相互独立的9个子电厂组成，总装机容量为354兆瓦。该电厂从设计、施工到运营皆由Luz跨国公司一手完成.新能源及分布式发电技术图2.4Andasol1号•Andasol1号的年发电量可达到175千兆瓦时每年减少15万吨二氧化碳的排放。•太阳能可以把盐加热到摄氏390度。电站可以凭着储存热量在太阳下山之后继续提供7.5小时的满负荷电力(50兆瓦)。•该公司还在Andasol1号附近建设了Andasol2号太阳能槽式热发电厂。•2011年西班牙北部建设了Andasol3号。新能源及分布式发电技术•2009年7月1日，世界上目前最大的太阳能槽式热发电厂Andasol1号在西班牙的安达卢西亚格拉纳达省正式竣工。•德国航空航天中心的科研人员参与了关键技术的大量开发工作，并通过卫星数据选择了合适地点、辅助了抛物线集热槽精确施工。新能源及分布式发电技术图2.5拉德赫萨太阳能电场拉德赫萨太阳能电场•拉德赫萨太阳能电场位于西班牙巴达霍斯，采用槽型抛物面太阳能发电技术，同时也使用熔盐存储热量。•拉德赫萨太阳能电场由RenovablesSAMCA公司建造和运营，占地494英亩(约合2000亩)，每年的发电量估计在170千兆瓦时左右。新能源及分布式发电技术2011年10月12日，我国哈纳斯新能源集团在宁夏盐池举行“哈纳斯高沙窝槽式太阳能-燃气联合循环(ISCC)发电站”开工仪式。该项目是中国乃至亚洲首个槽式太阳能-燃气联合循环(ISCC)发电站示范工程，规划容量92.5MW，投资总额为22.5亿元，计划于2013年10月建成投产。新能源及分布式发电技术2.1.3塔式太阳能热发电系统系统原理及构成塔式太阳能热发电系统•塔式太阳能热发电系统是一种中央式聚光的太阳能热发电系统，主要由布置在太阳能场上的定日镜阵列、中心接受器、控制中心和发电系统组成。•系统由定日镜阵列将入射太阳光反射和会聚于设置在高塔上的中心接受器的吸收表面，产生高温高压蒸汽或气体(550～7000C)，驱动发电系统发电。新能源及分布式发电技术塔式太阳能热发电系统新能源及分布式发电技术聚光子系统包括定日镜群和跟踪装置。技术及投资关键是定日镜阵列。定日镜：塔式系统中投资最大的部件，成本占总投入的一半以上。国际上在其光学性能、结构、控制方式及制造成本等方面不断投入力量进行研究。塔式太阳能热发电系统新能源及分布式发电技术两种类型定日镜结构200m²定日镜设计概念图新能源及分布式发电技术集热子系统：包括定日镜场中间或南方的竖塔和竖塔顶部的接收器。。核心部件：接收器，功能是将太阳能转化为工作流体的热能。接受器吸收聚集的辐射流，将其转换为热能并传递给工质；接受器的制造材料要求很高，应能承受高温及长期周期性的温度剧变。塔式太阳能热发电系统新能源及分布式发电技术接收器的设计主要取决于流体工作的温度和压力范围、辐射通量。目前接收器主要有外露式和空腔式两种类型。为了保持整个系统相对持续的运行，需设置一定容量的贮能系统，一般采用共熔混合物为贮热介质。新能源及分布式发电技术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1950年西西里岛联合建造了世界首座并网运行的塔式太阳能热电站1980年美国在加利福尼亚州南部Barstow沙漠地区附近兴建了一座大型塔式太阳能热电站Solarone应用情况新能源及分布式发电技术应用情况20世纪90年代后期，以色列魏兹曼科学研究院对塔式系统进行了改进1996年，美国在Solarone原址建造了10MW的塔式太阳能热发电系统SolarTwoSolarTwo采用硝酸盐作为蓄热介质，接收器内的硝酸盐被加热到565℃用来直接生产蒸汽或储存在绝热的储槽内，供多云时段或日落后使用。该研究院设计通过接收器的空气被加热到1200℃，推动燃气轮机发电机组，燃气轮机排放的500℃左右气体再用于推动另一台发电机组，从而使系统的总发电效率达到25%-28%。新能源及分布式发电技术应用情况2012年8月北京延庆成功建设亚洲首座塔式太阳能热发电实验电站—八达岭太阳能热发电实验电站2005年10月底国内首座“70kw塔式太阳能热发电系统’于在南京市江宁太阳能试验场顺利建成该发电系统运行稳定性、操控机动性、安全可靠性等方面均达到研发建设目标。实验基地占地208亩，定日镜把太阳光反射到百米太阳塔顶吸热器，传热介质自塔底向上流过吸热器将热量带走，产生500℃以上的蒸汽推动蒸汽轮机发电，塔底的储热系统用来存储多余的热量。新能源及分布式发电技术电站名称SOLARONESEGSVI电站类型塔式槽式所在地美国加州美国加州额定功率/MW1030年运行小时数/h270030