宋記鋒華北電力大學(xué)新能源與可再生能源北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室songjifeng@聚光跟蹤設(shè)備在太陽(yáng)能中的

高價(jià)值應(yīng)用輻照測(cè)量槽式、塔式、碟式熱發(fā)電站控制技術(shù)聚光光伏電站華北電力大學(xué)相應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)介紹內(nèi)容太陽(yáng)輻照輻射能量（紫外，可見(jiàn)，紅外）夏天中午地面直接輻照強(qiáng)度1kW/m2太陽(yáng)輻照功率譜密度中國(guó)太陽(yáng)能資源分布太陽(yáng)輻照常用儀表：全輻照計(jì)、直接輻照計(jì)總輻射表（上半球輻射）直接輻射表（來(lái)自日盤(pán)面的太陽(yáng)輻射）全輻射+直接輻射測(cè)量系統(tǒng)（含太陽(yáng)跟蹤平臺(tái)）太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)跟蹤槽式碟式塔式聚光85倍400℃>10MW商業(yè)化聚光1000～倍750℃10-30KW示范階段聚光500～600倍500—600℃1MW-10MW示范階段目前主流的聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電(CSP)方式槽式塔式碟式光熱發(fā)電電力品質(zhì)好可擔(dān)當(dāng)基礎(chǔ)電力負(fù)荷光伏光熱發(fā)電比較光伏發(fā)電

時(shí)間

熱發(fā)電

負(fù)荷率

1984-1991年間在美國(guó)投入商業(yè)并網(wǎng)運(yùn)行的9座大型系統(tǒng)（SEGS），單機(jī)容量從13.8到80MW，總裝機(jī)容量達(dá)354MW。阿爾吉利亞：140MWISCC電站（其中太陽(yáng)能電容量35MW）希臘：:50MW太陽(yáng)能混合熱發(fā)電以色列：100MW太陽(yáng)能混合熱發(fā)電意大利：40MW太陽(yáng)能熱發(fā)電.西班牙：:2x50MW太陽(yáng)能熱發(fā)電站（帶蓄能，獨(dú)立太陽(yáng)能）美國(guó)：50MW太陽(yáng)能熱發(fā)電印度：:140MWISCC電站（其中太陽(yáng)能電容量35MW）

埃及：127MWISCC電站（其中太陽(yáng)能電容量29MW）墨西哥：300MWISCC電站（其中太陽(yáng)能電容量29MW）

摩洛哥：:230MWISCC電站（其中太陽(yáng)能電容量26MW）澳大利亞：35MW基于CLFR技術(shù)的太陽(yáng)能---燃煤混合電站（1440MW）太陽(yáng)能熱發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)：鄂爾多斯50兆瓦槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電電站項(xiàng)目槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站宋記鋒華北電力大學(xué)2010-05-17聚光集熱子系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)CSP基本運(yùn)行模式聚光集熱子系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)白天工作模式1—直接發(fā)電白天工作模式2—蓄熱+直接發(fā)電聚光集熱子系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)夜間工作模式—利用蓄熱發(fā)電蓄熱罐Φ36m×14m，290℃--390℃，存儲(chǔ)7.5小時(shí)融鹽：NaNO3，KNO3面積：2930畝/50Mw西班牙Adasol槽式（50MW）西班牙Adasol槽式（50MW）跟蹤示意圖支架結(jié)構(gòu)反射鏡多層結(jié)構(gòu)厚度4mm銀膜0.7g/㎡銅膜0.3g/㎡反射率92%焦距1.71m里側(cè)鏡面面積2.79㎡外側(cè)鏡面面積2.55㎡西班牙Adasol槽式（50MW）內(nèi)管—不銹鋼管，涂層，直徑為70mm外管—外層為石英管兩端—金屬波紋管96%透光率預(yù)焊接現(xiàn)狀安裝西班牙Adasol槽式（50MW）兩排間的跨接管路太陽(yáng)集熱場(chǎng)布局－低溫（藍(lán)色）和高溫（紅色）總管系統(tǒng)（面積超過(guò)30萬(wàn)平米，具有儲(chǔ)熱系統(tǒng)）需旋轉(zhuǎn)接頭連接西班牙Adasol槽式（50MW）夏季時(shí)分的能量吸收—轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)菲涅爾槽式熱發(fā)電站特點(diǎn)聚光比低，效率低，試驗(yàn)階段實(shí)際跟蹤控制并不簡(jiǎn)單抗風(fēng)性好國(guó)內(nèi)槽式熱發(fā)電站中航通用設(shè)備公司槽式示范電站5.77m開(kāi)口寬度，焦距1.71m，單列長(zhǎng)12×10m（中航通用，華電合作伙伴）導(dǎo)熱油工質(zhì)，玻璃—金屬真空集熱管，400℃，單軸跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度、廉價(jià)、方便長(zhǎng)壽命、高反射光熱效率、可靠性低成本、長(zhǎng)壽命低成本、高換熱率快速、方便高精度、可靠低成本、高換熱率跟蹤控制系統(tǒng)要求跟蹤精度，0.1°或光斑偏差不大于3mm適應(yīng)高低溫、濕度變化環(huán)境槽式跟蹤系統(tǒng)特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)全電電機(jī)減速器液壓電控液壓大減速比需耐環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)：超長(zhǎng)槽面的跟蹤一致性調(diào)控控制方式混合軌道光敏光敏光敏槽式跟蹤系統(tǒng)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：輸出力矩大、抗沖擊缺點(diǎn)：耐環(huán)境能力差風(fēng)沙侵蝕高低溫濕度零部件多，維護(hù)量大微進(jìn)給問(wèn)題保壓?jiǎn)栴}泄漏問(wèn)題機(jī)械結(jié)構(gòu)多種多樣結(jié)構(gòu)要求剛度高便于批量加工串接可靠，同軸性好機(jī)械結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行嚴(yán)格的載荷、變形分析風(fēng)載振動(dòng)重力形變扭矩傳遞形變CFD分析（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬）風(fēng)洞測(cè)試（風(fēng)阻系數(shù)）清洗通常高壓軟化水噴淋頑固污漬考慮干冰噴射融封，效果好，工藝要求高壓封，效果略差，工藝簡(jiǎn)單玻璃表面溫度與集熱管工藝有關(guān)：1，真空度2，環(huán)境溫度3，流體溫度4，涂層光學(xué)參數(shù)PSA–Spanish

Testing

Platform西班牙太陽(yáng)能熱發(fā)電試驗(yàn)基地PS10–Tower

Plant

of11MWe–Some

Pictures

西班牙塔式熱發(fā)電站

Sanlúcar120Heliostat

OptReflectedRay=2.6mrad

TrkReflectedRay=1.3mrad

EffforFieldinReflectedRay=2.9mrad

現(xiàn)場(chǎng)控制采用

PLC

控制結(jié)構(gòu)為

PLC’s+Prophibus通訊

塔式熱發(fā)電站跟蹤PS10–Tower

Plant

of11MWe–飽和蒸汽吸熱器

2.0m2.0m

650kW/m2

聚焦上限.聚焦能流密度分布不均，動(dòng)態(tài)變化，對(duì)吸熱氣可靠性提出高要求塔式聚焦能流密度塔式熱發(fā)電站目前北京延慶測(cè)試用定日鏡(0號(hào),1號(hào),2號(hào),3號(hào))延慶電站太陽(yáng)能熱發(fā)電站三維效果圖電工所定日鏡電工所定日鏡跟蹤誤差校正系統(tǒng)原理圖誤差原因立柱傾斜定日鏡面中心與旋轉(zhuǎn)中心不重合重力變形初始位置誤差風(fēng)單靶適合，但對(duì)定日鏡陣列同時(shí)聚焦跟蹤，尚未得到驗(yàn)證大漢太陽(yáng)能熱發(fā)電站系統(tǒng)八達(dá)嶺太陽(yáng)能熱發(fā)電站系統(tǒng)圖吸熱器1KWe碟式斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)---通縣5m直徑單碟式聚光器---德州5m直徑多碟式聚光器---西安張模式聚光器---北京10m直徑多碟式聚光器---德州碟式斯特林熱發(fā)電瓶頸技術(shù)：斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、碟片對(duì)焦可維護(hù)性國(guó)外斯特林技術(shù)9kWRemote10kWGrid-TieStirlingEnergySystems25kWGrid-Tie22kWHybridGrid-Tie碟式斯特林熱發(fā)電Dish/Stirling

Systems

atPSA(Distal&EuroDISH)ArrayControlSystemGPSInsolationFieldControlPCTelephonelineNTserver-SWindArrayControlSystemGPSInsolationFieldControlPCInterBus

S-WindDISTALIITelephone

lineNTserverEURODISH碟式控制方案時(shí)鐘＋總線(xiàn)通訊Dish/Stirling

Systems

atPSA(Distal&EuroDISH)EURODISH(1)碟式結(jié)構(gòu)較為龐大Dish/Stirling

Systems

atPSA(Distal&EuroDISH)碟式對(duì)鏡面精度要求高PSA(Distal&EuroDISH)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱流密度的波動(dòng)工質(zhì)泄漏風(fēng)沙、腐蝕、高低溫碟式聚焦不均勻特性EnviroDISH聚焦能流密度分布不均１，風(fēng)負(fù)荷振動(dòng)２，空氣溫度、密度、對(duì)流影響特別關(guān)注１，熱應(yīng)力隨機(jī)分布，疲勞壽命問(wèn)題２，非耐熱器件需保護(hù)國(guó)產(chǎn)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性問(wèn)題：熱流密度的波動(dòng)效率與維護(hù)：工質(zhì)泄漏壽命問(wèn)題：風(fēng)沙、腐蝕、高低溫EURO/kWh塔式塔式00,100,050,200,150,250,300,3520002005201020152020槽式槽式碟式碟式斯特林聚光熱發(fā)電經(jīng)濟(jì)性對(duì)比聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)Euclides480kWinTenerifeIsland

國(guó)外聚光光伏Euclides480kWinTenerifeIsland

1axis

TrackerPassive

Heat

SinksCilindric-Parabolic

Mirrors(140)SaturnBPSolarModules(138)SunTracking

SystemControlInverters國(guó)外聚光光伏OtherPVConcentrating

Projects

CAC:Europeanprojectfortheimplementationofaphotovoltaicconcentratorprototypeinancontrolledatmosphere.

HiconPV:Europeanprojectofhighconcentration(1000X)

TiltRollPV:Heliostatprototypewithmovement“Tilt-Roll”fortestingacommercialmediumconcentrationmodule(21X).

Fresnel5X:

Heliostatprototypewith

5XofCRSOLUCARSOLUCAR國(guó)外聚光光伏SharpPVConcentratingProject

?Usesthecharacteristicsofhighconversionefficiencyin

Ⅲ-ⅤcompoundofPVmodule.?Highconversionefficiencycanberealizedunderhighconcentration(Target：Cellefficiency40％*)*Under500suns

Cell：(7mmx7mm)ModulePlace:DaidoMetalCo.,LtdinJapanSystemexplanationFresnellensconcentratorHomoginizerCellRadiation*NEDO：NewEnergyandIndustrial

TechnologyDevelopment

Organization

JointconsignmentsfromNEDO*?SHARPCo.?DaidoSteelCo.,Ltd.

?DaidoMetalCo.,Ltd.國(guó)外聚光光伏FlatconProject–Fh-Ise

&

ConcentrixTheFLATCON菲涅爾透鏡4x4cm

，光伏電池直徑2mm，聚光比500，雙軸2Axis

Tracking

FlatconPVArrayFlatconPVmodule23to28%of

EfficiencyFlatconPVCell

andLensIII-Vcell

with35%of

Efficiecy國(guó)外聚光光伏聚光光伏跟蹤要求聚焦過(guò)程中的偏焦、波動(dòng)嚴(yán)重?fù)p害

聚光電池需消除氣動(dòng)形變、重力形變等影響

聚焦的因素華北電力大學(xué)相關(guān)研究華電定日鏡技術(shù)大型樓宇中庭定日鏡反射照明傳輸距離：72m控制精度：光斑位置誤差小于15cm，約0.1°控制方式：GPS解算+光路反饋控制散射透鏡陣列齒輪—電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)所應(yīng)用大樓超白銀鏡反射定日鏡控制微控制器+GPS+光路反饋+無(wú)線(xiàn)通訊方位角驅(qū)動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)+減速器+轉(zhuǎn)盤(pán)軸承高度角驅(qū)動(dòng)：滾珠絲杠電動(dòng)缸反射鏡面：超白銀鏡+夾膠鋼化玻璃（防撞）華電雙軸跟蹤技術(shù)雙軸跟蹤槽式熱發(fā)電測(cè)試平臺(tái)Size:8m×5.77mConcentration:85Temperature:20-400℃采集室外陽(yáng)光，聚焦后用光纖傳入室內(nèi)照明華電太陽(yáng)光導(dǎo)照明技術(shù)自然光具有最佳的生理特性寫(xiě)字樓—綠色節(jié)能，濾除紅外，降低制冷功耗；療養(yǎng)院—消除佝僂病，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌，消除疲勞；特殊單位—防水防爆，油庫(kù)、水下、彈藥庫(kù)照明；教室—提高學(xué)習(xí)、工作效率；超市—有助于改善營(yíng)銷(xiāo)環(huán)境。華電太陽(yáng)光導(dǎo)照明技術(shù)華電太陽(yáng)光導(dǎo)照明技術(shù)華電太陽(yáng)光導(dǎo)照明技術(shù)CharacteristicUnitAmountTorqueofazimuthmotorN.m3.6Torqueof