太阳能光热发电

太阳能光热发电技术过渡页TransitionPage太阳能光热发电（CSP）是利用阵列抛物或碟形镜面反射太阳热能，汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽，驱动汽轮机组发电，简称光热发电技术。其原理与火力发电系统的工作原理基本相同，根本区别点在于热源不同。太阳能光热发电系统由以下四个部分组成：集热系统、热传输和交换系统、蓄热系统和发电系统。相比于光伏发电，光热发电设有储热系统，太阳落山后仍可运行；生产过程清洁，对环境危害小；输出电力稳定，电力具有可调节性，在并网及与火力发电接轨方面优势明显。太阳能光热发电热力循环原理图过渡页TransitionPage发展历程全球光热发电装机容量（1984-2014）2014年各国装机容量1973年爆发世界石油危机，一些发达国家将太阳能光热发电技术作为国家研发重点项目，1991年开始全球光热发展进入停滞状态，直至2006年西班牙启动首个光热发电项目，国际光热发电开始复苏，全球光热发电产业进入新一轮快速发展期。截至2014底，西班牙在运光热电站总装机容量为2362ＭＷ，约占全球总装机容量的1/2，位居世界第一，美国第二，总装机量为1720MW，中国约为17MW。过渡页TransitionPage1950年，前苏联设计并建造了世界上第一座塔式太阳能热动力发电站的小型模拟实验装置；1976年，法国在比利牛斯山建成第一座功率达100KW塔式太阳能光热发电站；1985年，美国在加利福尼亚州建立了世界上第一座太阳能示范电站，装机容量为14MW，到1990年共建成九座光热电站，总装机容量达354MW；2007年，西班牙在塞维利亚建成欧洲首座商业化光热发电站，装机容量为11MW。发展历史发展历程20世纪70年代天津建造了一套功率为1kW的塔式太阳能热发电模拟实验装置；2005年，河海大学研制成功一座塔式太阳能热动力发电站，装机容量为70KW2012年8月，北京延庆八达岭太阳能热发电实验电站经过六年的艰苦努力成功运行过渡页TransitionPage基本类型槽式槽式太阳能光热发电技术是目前实现商业化运行最多，且技术最成熟的太阳能光热发电站系统。槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，槽式太阳能光热发电技术是采用“线聚焦”原理，利用大面积槽式抛物面形式的反射镜将太阳光聚焦反射到集热管上，并将集热管内的传热工质加热至高温，利用其热量加热水产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。过渡页TransitionPage基本类型槽式掌握槽式太阳热发电先进技术的国外企业主要分布在美国、以色列和德国。最具代表性的莫过于美国在南加州的两个光热发电项目：1.1984年，LUZ公司在加利福尼亚州建成一座14MW的槽式发电站，该发电站以太阳能为主，天然气为辅，即使在阴天下也能正常运行。2.2010年10月由美国政府批准、由SolarMillenniumLLC公司在南加州实施的布莱斯太阳能项目，总装机容量约1000MW。虽然后来该项目由于出于成本的考虑，2011年7月该公司将其中的500MW由光热发电改成了光伏发电，但建设中的500MW槽式太阳能光热发电系统依然是目前最大的太阳能光热电站。过渡页TransitionPage基本类型塔式塔式太阳能热发电也称集中型太阳能热发电。它是利用一定数量的反射镜阵列，将太阳辐射反射到安置于塔顶端的太阳能接收器上，接收器通常由耐高温的陶瓷或金属材料制成，由于太阳光被无数个镜片反射聚焦到吸热器一个“点”上，所以在其表面可形成高达2000℃左右的高温，可将其内部的传热介质加热至高温蒸汽，产生的过热蒸汽驱动汽轮机发电机组发电，而将吸收的太阳能转化为电能。塔式太阳能光热发电站的蒸汽运行温度约500℃左右，热效率在15%以上。过渡页TransitionPage基本类型塔式1982年4月，美国在加州南部巴斯托附近的沙漠地区建成一座称为“太阳1号”的塔式太阳能光热发电站，，该系统的反射镜阵列，由1818面反射镜环包括接收器高达85.5米的高塔排列组成。1992年装置经过改装，用于示范熔盐接收器和蓄热装置。之后又开始建设“太阳2号”系统，并于1996年并网发电。以色列Weizmanm科学研究所仍对此系统进行改进。过渡页TransitionPage基本类型碟式碟式发电系统又称盘式发电系统，其主要技术特征是采用盘状抛物面聚光集热器，一般盘式聚光器的直径为5-10m，局面面积为40-120m2，通常为铝或在玻璃/塑料镀银。碟式系统通过一个或者多个旋转抛物面反射镜来跟踪并聚焦太阳光，位于焦点位置的吸热器吸收聚焦的太阳辐射能量加热工质，以驱动热机，系统中的热机大多采用斯特林发动机。碟式系统的聚焦比可达500-1000，焦点处可产生1000℃以上的高温，由于斯特林机热效率较高，系统整体效率可达30%以上。碟式系统规模较小，单机功率范围在3-50kW之间。过渡页TransitionPage基本类型碟式与槽式太阳能聚光发电方式相比，碟式聚光发电方式几乎还没投入到商业应用，暂时处在示范实施阶段。国外已有多座碟式太阳能热发电站或示范系统建成并成功运行。碟式发电系统在20世纪70时代末到80年代初，首先由瑞典US-AB和美国的Advanco、MDAC、NASA和DOE开始研发，大部分都采用silver/glass聚光镜、管状直接照射式集热管及USAB4-95型热机。美国亚利桑那州的皮奥瑞亚镇有功率为1.5MW的碟式发电站，单机功率为25kW。过渡页TransitionPage基本类型菲涅尔式菲涅尔式系统由槽式系统演化而来，采用一组可水平放置的条形平面镜来代替槽式系统里的抛物面型曲面镜来聚焦太阳光。单个平面镜分别跟踪并反射太阳光，反射的太阳光经过二次反射镜后聚焦到腔式吸热管来加热工质。系统一般采用水/水蒸气作为吸热介质，水受热蒸发，在压力推动下进入透平做功发电。菲涅尔式系统聚光效率一般是常规抛物面型集热器的3倍，建造费用可降低50%。过渡页TransitionPage基本类型碟式相对于槽式系统，平面反射镜制造难度低，因此大大降低了初始投资成本。菲涅尔式系统的发展相对较晚，技术成熟度较低，商业电站不多。自20世纪60年代线性菲涅尔反射聚光技术产生以来，至今已有近半个世纪，这项技术在最近10年里才得以突飞猛进的发展。比较典型的例子是西班牙PuertoErrado菲涅尔光热电站正式并网发电，装机容量为30MW。该电站是目前世界上已投运的装机容量最大的菲涅尔光热电站，目前运行状况良好。过渡页TransitionPage基本类型四种不同类型的比较优点缺点塔式聚光倍数高，容易达到更高的工作温度；太阳能热电转换效率高。每镜面需单独的跟踪系统以调整镜面角度；中心塔建设成本较高。槽式具有商业化运行经验；跟踪系统结构简单；占地面积比塔式和碟式系统的要小。工作温度较低，太阳能热电转换效率低；与塔式、碟式系统相比，抗风性能最差。碟式可单台运行，也可多套并联使用；可获得高工作温度；太阳能热电转换效率高。斯特林电机沉重，需高强度支架结构；跟踪装置必须是双轴系统；可靠性尚需加强。菲涅尔式连接简单；反射镜为平面镜，便于制造和清洗；近地安装，风阻小；造价相对便宜。效率不够高；储能时间较短。过渡页TransitionPage发展前景我国太阳能资源分布我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳能辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ/cm2·a，中值为586kJ/cm2·a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。过渡页TransitionPage太阳能热发电作为新能源一个不可或缺的组成部分，经过数十年的发展，目前在国外已经进入商业化阶段。中国太阳能光热发电起步相对较晚，但光热发电产业发展迅速，五大电力集团和地方能源公司都高度重视太阳能光热发电项目的开发，并积极布局太阳能光热发电示范项目，积累经验，改进产品性能，对未来光热发电项目的大规模开发意义重大。发展前景我国光热发电前景目前国内已基本可全部生产太阳能光热发电的关键和主要装备，一些部件具备了商业生产条件，太阳能热发电产业链逐步形成，独立建造大规模太阳能光热电站成为可能。我国太阳能资源丰富，确信在我国政府和企业的共同努力下，太阳能光热发电产业必将在我国能源利用中发挥越来越重要的作用，未来发展前景广阔。ThankYouCSP