中国太阳能热发电发展

中国太阳能热发电技术的发展中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室中国科学院电工研究所杜茜2009-4-23太阳能….电能光伏发电（多晶硅/单晶硅/薄膜电池等）光热发电（槽式/塔式/碟式等）原理光能—电能光能—热能---机械能---电能所发电力性质直流电，需通过逆变器转化为交流电再上网；交流电、可直接上网太阳光直射光及散射光直射光能量存储方式蓄电池（熔融盐/油/混凝土等）蓄热技术安装任何地方，如建筑物的屋顶等。现多用于分散式并网发电。对地形（坡度＜2%）及水资源有一定要求适宜建立大规模集中发电电站。发展现状多晶硅光伏电池广泛商业化。槽式已商业化，正在大规模推广主要的太阳能热发电方式塔式槽式碟式/斯特林线性菲涅耳•点聚焦技术：定日镜自动跟踪太阳，聚焦的阳光反射到位于接收塔顶的吸热器内。吸热器将太阳光能转变成热能并加热盘管内的传热介质（水或其它流体）,产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。•吸热器类型：空气、水/蒸气、熔盐。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）•吸热器中工作介质的温度可达500～1000℃，系统综合效率高。西班牙PS10定日镜吸热器单元塔式系统槽式系统‹线聚焦技术：采用抛物线型槽式反射镜面将太阳光聚焦到位于焦线的吸热管上，使管内的传热工质（油或水）加热至一定温度，然后经热交换器产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电‹直接蒸汽发生（DSG）‹吸热器内工作介质：合成油、熔盐等，介质的温度一般在400℃以内；系统综合效率比较低‹目前已经验证成熟的技术（美国354MWSEGS电站），但国内不掌握关键部件（吸热管）制造生产技术美国SEG槽式电站聚光器吸热管碟式/斯特林系统•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，利用斯特林（Stirling）发电机直接发电。•聚光余弦效率昀高，因此系统综合效率高（30%），但造价高。•单机模块容量2-25KW•斯特林发电机的研制尚未成熟，系统的稳定性等仍是技术发展的瓶颈。美国在建500MW碟式/斯特林系统美国Sandia实验室碟式样机线性菲涅尔系统•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，加热水工质（285℃），产生的高压蒸汽驱动汽轮机发电•镜场可布置非常紧凑，土地利用率高，投资低，但聚焦精度降低，系统效率也将降低•目前只有小规模的示范系统澳大利亚Ausra公司的CLFR示范系统目前世界上正在商业化运行的太阳能热发电站电站名称电站容量（MW）类型所在地点总投资发电成本/上网电价备注SEGS354槽式美国加州3800–2890$/kWe27-11美分/kWh共9座其中2座昀高容量为80MW内华达1号64槽式美国内华达2.66亿美元9-13美分/kWh世界第三大电站Andasol150槽式西班牙Granda3.1亿欧元21欧分/kWh欧洲第一座槽式电站PS1011塔式西班牙Seville4000万欧元31-33欧分/kWh欧洲第一座商业化塔式电站我国在槽式系统方面的研发中科院槽式聚光器+清华大学和北太所的直通式真空管，1995年长沙远大公司研制用于太阳能空调的槽式聚光器，500m2，2004年槽式系统方面的研发（续）中国科学院与皇明太阳能公司联合研制的12米10KWt槽式聚光器，2005年中国科学院电工研究所与皇明太阳能集团合作研发的槽式高温集热管样管,2007年•北京太阳能研究所•皇明太阳能集团•清华大学（北京市自然科学基金课题和国家863探索导向课题）（耐高温太阳能选择性吸收涂层和直通式真空集热管）•北京欧科能公司•河海大学•东南大学•东莞市康达机电工程有限公司（“国家重点新产品计划”项目立项）（中温太阳能真空集热管）•中国科学院电工研究所•武汉理工大学（科技部863目标导向项目）（空气环境中550°C下长期工作的太阳能选择性吸收涂层）槽式系统方面的研发（续）国内正在开展的槽式太阳能热发电项目•10kw槽式太阳能热发电示范工程：北京工业大学•100kW槽式太阳能热发电技术研究：南京中材天成新能源有限公司，2007年南京市第一批科技发展计划立项项目•1MW槽式太阳能热发电示范工程：康达机电公司,2008年广东省“节能减排与可再生能源”重大科技专项•50MW槽式太阳能热发电项目的可行性研究报告编制：中德合资内蒙古施德普太阳能开发有限公司中科院电工所与皇明太阳能集团联合研制的定日镜样机，2005-2007我国在塔式发电系统方面的研发塔式系统方面的研发（续）轮胎面聚光器，太阳能制氢，2007年中科院电工所+中科院长春光机所轮胎面的聚光效果中国科学技术大学理学院非线形成像聚光器，2004年南京河海大学70kW塔式太阳能发电研究与示范，2005年河海大学+南京玻璃纤维研究院，40m2定日镜塔式系统方面的研发（续）中科院电工所“MW级太阳能热发电技术与示范”项目塔式系统方面的研发（续）•水工质吸热器:西安交通大学，中国华电工程（集团）有限公司•熔融盐吸热器:中国科学院电工研究所,华南理工大学•空气吸热器:中国科学院电工研究所•熔融盐传热蓄热工质:中山大学,北京工业大学•高温热管吸热器:南京工业大学塔式系统方面的研发（续）皇明太阳能集团与中科院电工所联合研制的多碟式聚光器，2005年电工所研制的多碟式聚光器,太阳能制氢，2007年皇明太阳能集团研制的单碟式聚光器，2005年我国在碟式发电系统方面的研发中科院电工所与皇明太阳能集团联合研制的1KWe碟式斯特林发电系统，2005年碟式系统方面的研发（续）•北京航空航天大学：太空碟式斯特林/布雷顿热发电系统用吸热/蓄热器，热管式吸热器•中国科学院工程热物理研究所：腔式吸热器的设计和热性能试验•中国科学院电工研究所：碟式聚光-吸热系统的发射、辐射和自然对流热损失机理•哈尔滨工业大学：碟式系统吸热器的辐射传热碟式系统方面的研发（续）国内CSP相关的研究机构I.中国科学院ChineseAcademyofSciences1.广州能源研究所GuanzhouInstituteofEnergyConservation,工程热物理研究所InstituteofEngineeringThermophysics,://://长春精密光机物理研究所ChangcunInstituteofOpticsFineMechanicalandPhysics,://电工研究所InstituteofElectricalEngineering,://国内CSP研究相关的大学II.大学Universities1.中山大学SunYat-Sanuniversity,北京工业大学Beijinguniversityoftechnology,西安交通大学Xi’anJiaoTongUniversity,河海大学HohaiUniversity,清华大学TsinghuaUniversity,东南大学SoutheastUniversity,武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology,广东工业大学GuangdongUniversityofTechnology,北京航空航天大学BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics,南京航空航天大学NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,东莞理工学院DongguanUniversityofTechnology,天津大学TianjinUniversity,云南师范大学YunnanNormalUniversity,华北电力大学NorthChinaElecticPowerUniversity,中国科技大学UniversityofScienceandTechnologyofChina,广西大学GuangxiUniversity,国内CSP相关的企业1.中国华电集团ChinaHuadianCorporation,皇明太阳能集团HiminSolarEnergyGroup,中国电力工程顾问集团ChinaPowerEngineeringConsulting(Group)Corporation,国家电网新源控股有限公司StateGridXinYuanCompanyLimited5.内蒙古绿能新能源有限责任公司InnerMongoliaLenonNewEnergyLiabilityCo.Ltd,广东康达机电公司CAMDANewEnergy,上海工电能源科技有限公司北京太阳能研究所有限公司BeijingSundaSolarEnergyTechnologyCo.,Ltd.,北京欧科能太阳能技术有限公司BeijingEuroconSolarEnergyTechCo.,Ltd.,北京神雾热能技术有限公司BeijingShenwuThermalEnergyTechnologyCo.,Ltd,我国太阳能热发电发展面临的挑战•虽然目前太阳能热发电关键技术方面的研究已经取得一些科研成果和实用化技术，如聚光技术和吸热器设计技术已经取得自主知识产权，定日镜的加工生产技术基本成熟，生产加工已具备批量生产能力，但是由于太阳能热发电技术复杂，环节众多，仍有很多关键技术处于研发阶段，如高温传热介质、储热介质、高温聚光材料技术以及太阳能热发电电站总体设计技术均没有完全掌握；•目前太阳能热发电的成本过高，影响了大规模推广和产业化进程。目前并网太阳能热发电发电的初投资大约2-4万元/度，上网电价3元/kWh