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1、塔式太阳能热发电技术进展塔式太阳能热发电技术进展塔式太阳能介绍塔式太阳能原理塔式太阳主要部件介绍塔式太阳在我国应用前景 全国首座70千瓦塔式太阳能发电站于07年在江宁建成，经专家验收后，并网发电。此消息让张耀明张耀明、欧阳欧阳平凯平凯、吴中如吴中如等国内知名中国工程院院士心潮起伏，这就意味着，他们联名提出的大力扶持太阳能热发电技术的建议已“开花结果”，同时也意味着在江苏打造“阳光三峡”的梦想也不再遥远。2007年9月3日，在江苏省科协举办的“江苏科技论坛”上，太阳能研究专家张耀明院士首次对外披露，该电站的聚光发电研究已进入到第六代光电热综合利用阶段，不仅大大降低电价，还可为周边居民提供热水、暖
2、气等热能。南京江宁塔式太阳能图塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群,将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温,加热工质产生过热蒸汽或高温气体,驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电,从而将太阳能转换为电能。塔式太阳能热发电系统,也称集中型太阳能热发电系统,主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成。基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中,再利用高温介质加热水产生蒸汽,驱动汽轮发电机组发电。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图所示。塔式电站的优点：塔式电站的优点：聚光倍数高，容易达到较高的工作温
3、度，数组中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高；能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。塔式太阳能部件介绍2.接收器3.热存储设备塔式太阳能部件介绍1.定日镜定日镜定日镜定日镜由刚性金属结构支撑,通过控制系统调整方位和角度,实现对太阳光线的准确跟踪接收,并聚集反射太阳光线进入塔顶的接收器内。定日镜由反射镜、跟踪传动机构、镜架及基座组成,是塔式电站最关键也是最昂贵的部件。目前,定日镜的控制精度、运行稳定性和安全可靠性及降低建造成本是定日镜研究开发的主要内容。定定日日镜镜接收器接收器式太阳能热发电集热系统的另一主要
4、组成部分是太阳能接收器,也称为太阳锅炉,是光热转换的关键部件。接收器位于定日镜群中央的高塔上,将定日镜捕捉、反射、聚焦的太阳能直接转化为可以高效利用的高温热能,加热工作介质至500以上,驱动发电机组产生电能。国际上现有的塔式太阳能接收器主要分为间接照射接收器和直接照射接收器两大类。间接照射接收器向载热工质的传热过程不发生在太阳照射面,工作时聚焦入射的太阳能先加热受热面,受热面升温后再通过壁面将热量向另一侧的载热工质传递。管状接收器即为间接式。直接照射接收器也称空腔式接收器,特点是接收器向载热工质的传热与入射阳光加热受热面在同一表面发生,由于特定形状的内表面具有几近黑体的特性,可有效吸收入射的太
5、阳能,避免选择性吸收涂层的问题。按照制作材料,接收器又可分为金属和非金属两大类。金属接收器的整体密封性、导热性、承压能力较好,但耐高温性能比非金属差。非金属接收器的优点在于耐高温、耐腐蚀,使用寿命长,常用材料有陶瓷、石墨、玻璃及氟塑料等。塔式太阳能热发电站是采用灌装接收器，管外壁涂有耐高温吸收涂成，能最大限度吸收太阳辐射热能。空腔式接收器最早应用在PHOEBUS系统中,利用金属丝网直接吸收太阳辐射,温度可高达800。后来,金属丝网逐渐被SiC（碳化硅）或AL2O3（三氧化二铝）材料所取代。新型空腔式接收器置于有压容器中,阳光通过抛物面状石英玻璃窗口进入容器,如图所示。热储热介质热储热介质目前应
6、用的传热蓄热介质主要有水蒸汽、导热油、熔盐、液态金属如液态钠、空气等。水蒸汽水蒸汽具有热导率高、无毒、无腐蚀性等优点,如美国Solar One、西班牙PS10等电站采用水蒸汽作为传热工质,但水蒸汽在高温时有高压问题,在实际使用时蒸汽温度受到限制。导热油导热油既可用于蓄热又可用于传热介质,一般用于400 以下的场合,限制了塔式系统接收器的聚焦温度。油类在高温时的蒸汽压力非常大400时大于1MPa,使用其作为蓄热介质需要特殊的压力阀等设备,存在很大的困难,容易引发火灾,且价格昂贵。Solar One采用的蓄热介质是牌号为Caloria一43的导热油和6100t砂石,利用价格低廉的砂石作为填充材料以
7、降低蓄热系统成本。液态金属液态金属能应用于较高的温度,且金属材料密度大,导热率高,整体温度分布均匀,但高温下与空气接触易燃易爆,由此带来的安全问题制约了其在塔式电站蓄热系统中的应用。溶盐溶盐作为储热介质可以使太阳能电站操作温度提高到450一500,发电效率提高到40%,蓄热效率提高2.5倍,从而在热容量一定时减小蓄热容器的体积。此外,熔盐价格低廉,环境友好。常见的熔盐有碳酸盐、氯化物、氟化物和硝酸盐,其中,硝酸熔盐在太阳能热发电中的应用较为广泛。Solar Two采用Solar Salt混合熔盐作为传热和蓄热介质,此熔盐在220时开始熔化,在600 以下热性能稳定。蓄热能力为105MW,可供汽
8、轮机满负荷运行3h。太阳能在我国的应用前景太阳能在我国的应用前景1990一2004年间,我国的电力产量以平均每年9.7%的速率递增,装机容量由138GW上升至442GW。为适应我国经济持续快速发展的需要,到2020年我国需增加625一860的装机容量,相当于欧盟2003年的总装机容量。我国石油和天然气资源比较贫乏,是一个以煤炭为主要能源资源的国家,煤炭占据能源消费结构2/3以上的比例。煤的大量使用,给环境带来诸多负面影响,如燃煤排放二氧化碳带来的温室效应,以及地面下沉、水体污染等等。中国对以煤炭为主体的能源结构进行改革势在必行,否则,来自国际社会的压力将会愈来愈大。开发利用可再生能源,是建立可
9、持续发展能源系统最主要的政策措施,也是我国长期的能源发展战略。我国土地面积广阔,日照丰富,具有居世界第二的太阳能资源。全国各地年平均日辐射量地区差异较大,从东南部低于2kWh/(md)西部大于9kWh不等。日辐射量的多少对于降低太阳能发电系统的成本具有重要意义,研究表明,年平均日照量高于1800kWh(md)相当于5kWh(md)的地区采用聚光太阳能发电可保证其经济性。我国西部和北部的大部分地区,如西藏、内蒙古、新疆、青海、甘肃的部分地区都完全符合聚光太阳能发电的日照条件。塔式电站发电功率与定日镜群的布置场地面积大小有关,每生产1MW电能,大约需要20234平方米定日镜场。我国西北部人口稀少,
10、耕地面积少,太阳辐射强,如西藏、内蒙古、青海,可用于布置定日镜场的面积达987900平方米,其中大部分地区年平均日照量大于1800kWh/(m.a),是建设塔式电站的理想地点。塔式太阳能热力发电是不需要耗费化石能源,无任何污染排放的清洁发电技术,美国、西班牙等国都进行了深入的研究和应用,经过几十年的发展,该项技术日臻成熟。我国的日照条件、土地使用情况等均适宜于塔式太阳能热电站的建设和运行,发展塔式太阳能热发电对于满足我国快速增长的能源需求和保护生态环境具有重要的战略意义。我国在这方面的研究起步较晚,成本和技术是制约我国塔式太阳能热发电商业运作的两大瓶颈,我们应学习借鉴国外已有的研究成果,加大在塔式太阳能热发电方面的研究,尤其是所涉及的关键技术,研制出符合塔式太阳能热发电系统要求的部件并在适宜地区进行试验,尽可能降低成本,以大力推广塔式太阳能热发电技术。小组人员小组人员：07王才兵09王 跃 10史 健 11杜炜东 12卫劲风 13徐春进