1、太陽能,熱發(fā)電系統(tǒng),思考題,1.簡述太陽能氣流發(fā)電的工作原理. 2.常規(guī)的火力發(fā)電的工作過程. 3.火力發(fā)電為何要用過熱蒸汽? 4.常規(guī)的火力發(fā)電要解決的主要問題是什么? 5.你認(rèn)為太陽能熱發(fā)電的難點(diǎn)是什么? 6.太陽能氣流發(fā)電與太陽能熱發(fā)電相比,各有何優(yōu)缺點(diǎn)?,目前可見到的發(fā)電類型,火力發(fā)電（煤發(fā)電、油發(fā)電） 最常見的，應(yīng)用最廣泛的，耗能最多的型式 水力發(fā)電 三峽、豐滿電站 （紀(jì)念郵票） 要有自然資源、地域優(yōu)勢，人工建站，百年大計(jì) 三峽幾十年籌劃，高峽出平湖，百萬移民，魚鳥遷居，同時(shí)解決發(fā)電、航運(yùn)、灌溉三大問題 核電站（秦山、大亞灣） 太陽能發(fā)電（光-熱發(fā)電、光-伏發(fā)電） 潮汐能發(fā)電（要有自

2、然資源、地域優(yōu)勢） 風(fēng)力發(fā)電,太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),通過水或其他工質(zhì)和裝置將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，稱為太陽能發(fā)電。 太陽能發(fā)電目前主要有兩種基本途徑： 一種是先將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再按照某種發(fā)電方式將熱能轉(zhuǎn)換為電能，即太陽能熱發(fā)電； 另一種是通過光電器件直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，即太陽能光伏效應(yīng)發(fā)電。 這里先介紹一種少見的太陽能氣流發(fā)電,太陽能氣流發(fā)電,1978年，前聯(lián)邦德國史蘭赫博士的一個(gè)奇妙構(gòu)思，在德國政府支持下，一個(gè)新奇的電站建成了，并獲得試驗(yàn)成功。它為人類利用大陽能發(fā)電開辟了一條新的途徑。史蘭赫獨(dú)辟蹊徑的設(shè)計(jì)思想受到了人們的高度贊揚(yáng)，在當(dāng)代科學(xué)界傳為美談。 太陽能氣流電

3、站的中央，豎立著一個(gè)大“煙囪”。它是用波紋薄鋼板卷制而成，其直徑達(dá)10.3米，高200米，重約20萬千克。在“煙囪”的周圍，是巨大的環(huán)形曲面半透明塑料大棚。,太陽能氣流發(fā)電,大棚的中央部分高8米，邊緣高2米，周長252米。這個(gè)龐然大物是在金屬骨架上裝半透明塑料板制成的。在“煙囪底部安裝有氣輪發(fā)電機(jī)。 當(dāng)大棚內(nèi)的空氣經(jīng)太陽曝曬以后，其溫度比棚外空氣約高20。由于空氣具有熱升冷降的特點(diǎn)，再加上大“煙囪”向外排風(fēng)的作用，就使熱空氣通過“煙囪”快速地排出，因而底部進(jìn)風(fēng)口抽力很大，流速很快，從而使設(shè)在“煙囪”底部的氣輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。 這座電站，白天可發(fā)電10萬千瓦，夜間雖沒陽光，但棚內(nèi)空氣溫度高，仍可發(fā)電

4、40千瓦。它的發(fā)電成本與核電站相近，相當(dāng)?shù)土?太陽能氣流發(fā)電,氣流電站的試驗(yàn)成功，鼓舞了史蘭赫，并積累了經(jīng)驗(yàn)。于是，他又提出了建造大規(guī)模太陽能氣流電站的計(jì)劃。 這個(gè)未來的氣流電站，將要建在陽光充足、地面開闊的沙漠地區(qū)。它的發(fā)電能力預(yù)計(jì)為100萬千瓦，“煙囪”高1000米以上，塑料大棚的直徑則達(dá)10千米，并且使用壽命長達(dá)20年。太陽光透過半透明的塑料大棚，將其中的空氣加熱到2050 ，使熱空氣以每秒2060米的速度從“煙囪”排出。,太陽能氣流發(fā)電,更為可貴的是，塑料大棚也可以利用起來作暖房，種植蔬菜和栽培早熟的農(nóng)作物。 史蘭赫將太陽能氣流電站的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，標(biāo)志著人類利用太陽能的技術(shù)得到進(jìn)一步

5、的提高，并為利用和改造沙漠創(chuàng)造了良好的條件。 但沙漠地域建高塔有較大難度，如地基問題。,澳大利亞太陽能發(fā)電塔,澳大利亞計(jì)劃建造一座高1 000 m的太陽能發(fā)電高塔，2005年交付使用。 該塔的主體部分是一個(gè)高達(dá)1 000 m的管道，底部塔身寬1 30 m，塔身周圍是7X106平方米的溫室，該發(fā)電塔的工作原理是：地面空氣受到太陽光的照射變熱后，被吸入塔管內(nèi)，熱空氣沿著管道上升，帶動(dòng)管道內(nèi)的渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。 這座發(fā)電塔計(jì)劃建在澳大利亞新威爾十州和維多利亞州交界處，建成后可以解決20萬戶居民的用電問題。澳大利亞工業(yè)部為此項(xiàng)目投資3.8億美元。,本章將對太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成、基本類型及

6、發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望等內(nèi)容加以介紹。 太陽能熱發(fā)電技術(shù)可分為兩大類型：一類是利用太陽能直接發(fā)電，如利用半導(dǎo)體材料或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱離子發(fā)電，堿金屬的熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。其特點(diǎn)是發(fā)電裝置本體無活動(dòng)部件。 但它們目前的功率均很小，有的仍處于原理性試驗(yàn)階段，剛進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用，我們下一節(jié)介紹。,另一類是太陽能熱動(dòng)力發(fā)電，利用太陽集熱器將太陽能收集起來，加熱水或其他工質(zhì)，使之產(chǎn)生蒸氣，驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；也就是說，先把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 這種類型已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平，美國等國家已建成具有一定規(guī)模的實(shí)用電站，下面的介紹即為這種類型的太

7、陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。,5.1 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與火力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本上是相同的，其根本區(qū)別在于熱源不同，前者以太陽能為熱源，后者則以煤炭、石油和天然氣等化石燃料為熱源。因此，下面首先對火力發(fā)電系統(tǒng)工作原理加以簡介，然后介紹太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理。 ,5.1.1 火力發(fā)電系統(tǒng)工作原理 所謂火力發(fā)電，就是將從煤炭、石油和天然氣等燃料所得到的熱能變換成機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能的發(fā)電方式?；鹆Πl(fā)電有汽輪機(jī)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電和燃?xì)廨啺l(fā)電等方式。通常所說的火力發(fā)電，主要是指汽輪機(jī)發(fā)電，也就是利用燃料在鍋爐中燃燒得到的熱能將水加熱成為蒸汽，蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)

8、發(fā)出電。火力發(fā)電系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備和許多附屬設(shè)備組成，如圖10-1所示。,(1)蒸汽的能量 在一定壓力下將水加熱至沸騰，只要有一部分水還未蒸發(fā)成蒸汽，水和蒸汽就都保持一定的溫度不變，直到全部水都蒸發(fā)為水蒸氣。這時(shí)的溫度稱為飽和溫度，壓力稱為飽和壓力，飽和溫度下的蒸汽稱為飽和蒸汽。 混合著一些水分的飽和蒸汽稱為濕飽和蒸汽，不含水分的飽和蒸汽稱為干飽和蒸汽。保持壓力不變，繼續(xù)加熱飽和蒸汽，當(dāng)溫度超過飽和溫度后，就成了 過熱蒸汽。 在熱能發(fā)電過程中，是將煤粉末燃燒產(chǎn)生的熱量被水吸收，成為水或蒸汽的熱能。在熱力學(xué)中，以焓來表征蒸汽或水持有的熱能，以O(shè)時(shí)1kg水所持有的熱量作為比較的基

9、準(zhǔn)，單位為kJkg。,顯然，一定容積的蒸汽隨著溫度的增加，對其容器的膨脹壓力會愈來愈大。根據(jù)熱力學(xué)定律，熱能與機(jī)械能可互相轉(zhuǎn)換，設(shè)兩者的交換值為Q(J)，則 QAU+W 式中，W為膨脹功率；AU為蒸汽內(nèi)能的變化量?；鹆Πl(fā)電中利用蒸汽來交換電能正是高溫高壓蒸汽所產(chǎn)生的W。,(2)火力發(fā)電的原理 圖10-2表示蒸汽做功的過程。燃料燃燒產(chǎn)生的熱能將鍋爐中的水加熱產(chǎn)生濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽通過輸汽管時(shí)繼續(xù)加熱成為干飽和蒸汽，再經(jīng)過過熱器進(jìn)一步加熱成為過熱蒸汽. 高溫高壓的過熱蒸汽通過汽輪機(jī)噴嘴后，壓力和溫度降低，體積膨脹，流速增高，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。汽輪機(jī)排出

10、的低溫低壓蒸汽送進(jìn)凝汽器凝結(jié)成水，再送入鍋爐循環(huán)使用。 火力發(fā)電過程中，燃料的熱能要經(jīng)過鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)才能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽阱仩t和汽輪機(jī)等處都有能量損失，其熱效率只有30-40左右。,(3)火力發(fā)電過程的熱流程 提高火力發(fā)電效率的關(guān)鍵，是采取措施更加有效地利用熱能。下面通過熱循環(huán)來考察火力發(fā)電過程中熱能的演變。蒸汽火電廠的熱循環(huán)包括朗肯循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)和再熱循環(huán)。,朗肯循環(huán)。是現(xiàn)代蒸汽動(dòng)力裝置的基本熱力循環(huán)。因系由蘇格蘭工程學(xué)教授朗肯對卡諾循環(huán)進(jìn)行改進(jìn)而成，故稱之為朗肯循環(huán)。如圖103(a)所示，火電廠的燃料燃燒產(chǎn)生熱量，將送進(jìn)鍋爐的水(給水)加熱成為蒸汽。為有效地利用鍋爐的燃燒熱，鍋爐內(nèi)設(shè)有

11、過熱器，把蒸汽進(jìn)一步加熱為過熱蒸汽。過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后膨脹做功，將一部分熱能轉(zhuǎn)換為推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，成為低溫低壓蒸汽從汽輪機(jī)排出(排汽)進(jìn)入凝汽器，經(jīng)冷卻后又凝結(jié)成水。整個(gè)熱循環(huán)為給水+蒸汽+排汽一凝水一給水。圖103(b)是表示這一過程的熱循環(huán)圖。,回?zé)嵫h(huán)。 是現(xiàn)代蒸汽動(dòng)力裝置普遍采用的一種熱力循環(huán)，是在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上對吸熱過程加以改進(jìn)而成。在朗肯循環(huán)中，汽輪機(jī)排汽所含的蒸發(fā)熱在凝汽器中丟失，這部分熱量很大。如圖104所示，為提高熱效率，在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹的過程中抽出一部分蒸汽，用來加熱鍋爐的給水，這個(gè)熱循環(huán)就稱之為回?zé)嵫h(huán)。它不僅減少了凝水器中丟失的熱量，并且還提高了通過汽輪機(jī)的過熱蒸

12、汽的溫度及壓力，從而使整個(gè)系統(tǒng)的熱效率提高。,再熱循環(huán)。 過熱蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中膨脹至某一中間壓力后全部返回鍋爐再度加熱，然后引入汽輪機(jī)中低壓缸繼續(xù)做功的一種水汽循環(huán)。在圖105所示的熱循環(huán)過程中，汽輪機(jī)分為高壓和低壓兩級，高壓級的排汽全部引出后送到鍋爐的再熱器中再加熱，然后再送到低壓級繼續(xù)做功。通過再熱循環(huán)可以最大限度地利用蒸汽的熱能通常用于l0萬千瓦以上的汽輪發(fā)電機(jī)組。,(4)火力發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過程 圖l0-6歸納了火力發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的全過程，即煤炭、石油和天然氣等燃料包含的化學(xué)能在燃燒即氧化反應(yīng)過程中以熱量的形式釋放出來，熱量加熱鍋爐中的水和蒸汽，成為蒸汽所包含的熱能 高溫高壓的

13、過熱蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹做功，轉(zhuǎn)化為高速氣流，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（過熱蒸汽才有高速氣流效果） 最后，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，輸出電能。這就是火力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程。,火力發(fā)電要解決的主要問題,1. 提高能耗效率 2.減少溫室氣體(SO2)排放,5.1.2 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本工作原理 在介紹了火力發(fā)電系統(tǒng)工作原理之后，再闡述太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理，就簡單容易了所謂太陽能熱發(fā)電，就是利用聚光集熱器把太陽能聚集起來，將某種工質(zhì)加熱到數(shù)百攝氏度的高溫，然后經(jīng)過熱交換器產(chǎn)生高溫高壓的過熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 從汽輪機(jī)出來的蒸汽，其壓力和溫度均已大為降低，經(jīng)

14、過冷凝器冷凝結(jié)成液體后，被重新泵回?zé)峤粨Q器，又開始新的循環(huán)。由于整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的熱源來自于太陽能，因而稱之為太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),利用太陽能進(jìn)行熱發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程，首先是將太陽輻射轉(zhuǎn)換為熱能，然后是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，最后是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。整個(gè)系統(tǒng)的效率也將由這3部分的效率所組成 為使讀者得到關(guān)于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本概念，下面首先介紹一下理想熱機(jī)的卡諾循環(huán)。它是法國工程師卡諾于1824年首先提出的，故稱為卡諾循環(huán)。該循環(huán)是由絕熱壓縮(工質(zhì)溫度由T2提高至T1)、定溫吸熱(工質(zhì)在T2下從同溫度的高溫?zé)嵩次崃縌1)、絕熱膨脹(工質(zhì)溫度從Tl降至T2)、定溫放熱(工質(zhì)在T2下向外部低沮熱源定溫

15、排出熱量),4個(gè)過程組成的一個(gè)可逆循環(huán)(見圖107)。 在相同的界限溫度(T1和T2)間任何實(shí)際的熱力循環(huán)由于不可逆損失與非定溫傳熱，不可能達(dá)到如此離的熱效率，故卡諾循環(huán)是一個(gè)理想的循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)的研究，使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程成為可能，并對提高實(shí)際循環(huán)的熱效率提出了方向,將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的條件及理論上可得到的最大轉(zhuǎn)換效率，已由熱力學(xué)第二定律和上面介紹的卡諾循環(huán)原理所闡明熱力學(xué)第二定律表明，任何熱機(jī)都不可能從單一熱源吸取熱量并使之全部變?yōu)闄C(jī)械功所以，熱機(jī)從熱源吸取的熱量中必有一部分要傳遞給另一低于熱源溫度的物體，稱之為冷源，如圖108所示。,由上式可知，要提高熱機(jī)效率Vm，熱源溫度T1，應(yīng)盡可能

16、高，冷源溫度T2應(yīng)盡可能低。對于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)來說，冷源(即冷凝器)的溫度主要取決于環(huán)境，而在實(shí)際應(yīng)用中冷源的溫度是很難低于環(huán)境溫度的。因此，提高熱機(jī)效率的主要途徑，是提高熱源的溫度，這就需要采用聚光集熱器。但溫度過高也會帶來諸多問題，如對結(jié)構(gòu)材料的要求苛刻，對聚光跟蹤的精度要求高，集熱器的熱效率隨著溫度的增加而減少等，所以過于提高熱源的溫度也并不總是有利的。,太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的總效率Vo為集熱器效率Vt、熱機(jī)效率Vm和發(fā)電機(jī)效率Vt的乘積，即 VoVcVmVt 由于太陽能的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)中必須配置蓄能裝置，以便夜間或雨雪天時(shí)提供熱能，保證連續(xù)供電。也可考慮組成太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合的混合型

17、發(fā)電系統(tǒng)，用常規(guī)能源補(bǔ)充太陽能的不足。,5.2 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由集熱子系統(tǒng)、熱傳輸子系統(tǒng)、蓄熱與熱交換子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)所組成，如圖10-9所示。,碟式系統(tǒng) 也稱為盤式系統(tǒng)。主要特征是采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點(diǎn)聚焦集熱器，其聚光比可以高達(dá)數(shù)百到數(shù)千倍，因而可產(chǎn)生非常高的溫度。這種系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，作為無電邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型電源，一般功率為1025kW，聚光鏡直徑約1015m；也可用于較大的用電戶，把數(shù)臺至十?dāng)?shù)臺裝置并聯(lián)起來，組成小型太陽能熱發(fā)電站。,5.2.1 集熱子系統(tǒng) 吸收太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。主

18、要包括聚光裝置、接收器和跟蹤機(jī)構(gòu)等部件。不同的功率和不同的工作溫度有其合適的結(jié)構(gòu)。100以下的小功率裝置，多為平板式集熱器。 有的裝置為增加單位面積上的受光量，而外加反射鏡。由于工作溫度低，其系統(tǒng)效率一般在5以下。對于在高溫條件下工作的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)來說，必須采用聚光集熱裝置來提高集熱溫度，從而提高系統(tǒng)效率。,聚光集熱器主要有以下幾種類型: (1)復(fù)合拋物面反射鏡聚焦集熱器，需季節(jié)性調(diào)整其傾角。 (2)線聚焦集熱器，常采用單軸跟蹤的拋物柱面反射鏡聚光。 (3)固定的多條槽型反射鏡聚焦集熱裝置和固定的半球面反射鏡線聚焦集熱裝置，其吸熱管都需跟蹤活動(dòng)。,(4)點(diǎn)聚焦方式，它提供了最大可能的聚光度

19、，并且成像清晰，但需配備全跟蹤機(jī)構(gòu)。 (5)菲涅爾透鏡，常用硬質(zhì)或軟質(zhì)透明塑料模壓而成，可做成長的線聚焦裝置或圓的點(diǎn)聚焦裝置，要相應(yīng)配置單軸跟蹤機(jī)構(gòu)或全跟蹤機(jī)構(gòu)。 (6)塔式聚光集熱裝置，它是大功率集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要聚光集熱器的結(jié)構(gòu)方式。,構(gòu)成聚光裝置反射面的主要材料是反射鏡面，如把鋁或銀蒸鍍在玻璃上，或者蒸鍍在聚四氟乙烯及聚酯樹脂等膜片上。 對于玻璃反射鏡，可蒸鍍在鏡子的正面或反面。鍍在正面，反射率高，沒有光透過玻璃的損失，但不易保護(hù)，壽命較短。鍍在反面，盡管由于陽光必須透過玻璃會引起一些損失，但鍍層易保護(hù)，使用壽命較長，因而目前應(yīng)用較多。,接收器的主要構(gòu)成部件是吸收體。其形狀有平

20、面狀、點(diǎn)狀、線狀，也有空腔結(jié)構(gòu)。在吸收體表面往往覆蓋選擇性吸收面，如：經(jīng)過化學(xué)處理的金屬表面；由鋁鉬鋁等類多層薄膜構(gòu)成的表面；用等離子體噴射法在金屬基體上噴鍍特定材料后所構(gòu)成的表面等。它們對太陽光的吸收率e很高，而在吸收體表射率越小，接收器所能達(dá)到的溫度越高。還可在包圍吸收體的玻璃等的表面鍍上一定厚度的鉬、錫、鈦等金屬制成選擇性透過膜。這種膜能使可見光區(qū)域的波長幾乎全部透過，而對紅外區(qū)域的波長則幾乎完全反射。這樣，吸收體吸收了太陽輻射并變成熱能再以紅外線輻射時(shí)，此膜即可將熱損耗控制在最低限度。,為使聚光器、接收器發(fā)揮最大的效果，反射鏡應(yīng)配置跟蹤太陽的跟蹤機(jī)構(gòu)。跟蹤的方式，有反射鏡可以繞一根軸轉(zhuǎn)

21、動(dòng)的單軸跟蹤，有反射鏡可以繞兩根軸轉(zhuǎn)動(dòng)的雙軸跟蹤。 實(shí)現(xiàn)跟蹤的方法，有程序控制式和傳感器式。 程序控制式，是預(yù)先用計(jì)算機(jī)計(jì)算并存儲設(shè)置地點(diǎn)的太陽運(yùn)行規(guī)律，然后依據(jù)程序以預(yù)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，使其跟蹤太陽。 傳感器式，是用傳感器測出太陽入射光的方向，通過步進(jìn)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的方向，以消除太陽方向同反射鏡光軸間的偏差。,5.2.2 熱傳輸子系統(tǒng) 對于熱傳輸子系統(tǒng)的基本要求是 (1)輸熱管道的熱損耗??； (2)輸送傳熱介質(zhì)的泵功率小； (3)熱量輸送的成本低。,對于分散型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，通常是將許多單元集熱器串、并聯(lián)起來組成集熱器方陣，這就使得由各個(gè)單元集熱器收集起來的熱能輸送給蓄熱子系

22、統(tǒng)時(shí)所需要的輸熱管道加長，熱損耗增大。對于集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，雖然輸熱管道可以縮短，但卻要將傳熱介質(zhì)送到塔頂，需消耗動(dòng)力。傳熱介質(zhì)根據(jù)溫度和特性來選擇，目前大多選用在工作溫度下為液體的加壓水和有機(jī)流體，也有選擇氣體和兩相狀態(tài)物質(zhì)的。為減少輸熱管道的熱損失，目前主要有兩種做法：一種是在輸熱管外面包上陶瓷纖維、聚氨基甲酸酯海綿等導(dǎo)熱系數(shù)很低的絕熱材料；另一種是利用熱管輸熱,5.2.3 蓄熱與熱交換子系統(tǒng) 由于地面上的太陽能受季節(jié)、晝夜和云霧、雨雪等氣象條件的影響，具有間歇性和隨機(jī)不穩(wěn)定性，為保證太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定地發(fā)電，需設(shè)置蓄熱裝置。 蓄熱裝置常由真空絕熱或以絕熱材料包覆的蓄熱器構(gòu)成。 可

23、把太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱與熱交換系統(tǒng)分為下面4種類型。,(1)低溫蓄熱 以平板式集熱器收集太陽熱和以低沸點(diǎn)工質(zhì)作為動(dòng)力工質(zhì)的小型低溫太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，一般用水蓄熱，也可用水化鹽等。 (2)中溫蓄熱 指100500的蓄熱，但通常指300左右的蓄熱。這種蓄熱裝置常用于小功率太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),適宜于中溫蓄熱的材料有高壓熱水、有機(jī)流體(在300左右可使用導(dǎo)熱油、二苯基氧-二苯基族流體、穩(wěn)定飽和的石油流體和以酚醛苯基甲烷為基體的流體等)和載熱流體(如燒堿等)。,(3)高溫蓄熱 指500以上的高溫蓄熱裝置。其蓄熱材料主要有鈉和熔化鹽等。 (4)極高溫蓄熱 指1000左右的蓄熱裝置。常用鋁或氧化鋯耐火球等做

24、蓄熱材料。,5.2.4 發(fā)電子系統(tǒng) 由熱力機(jī)和發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備組成，與火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同。應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。這些發(fā)電裝置，可根據(jù)集熱后經(jīng)過蓄熱與熱交換系統(tǒng)供汽輪機(jī)人口熱能的溫度等級及熱量等情況選擇。對于大型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，由于其溫度等級與火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同，可選用常規(guī)的汽輪機(jī)，工作溫度在800以上時(shí)可選用燃?xì)廨啓C(jī)；對于小功率或低溫的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，則可選用低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。,低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)是一種使用低沸點(diǎn)工質(zhì)的朗肯循環(huán)熱機(jī)，一般把它的熱溫度設(shè)計(jì)150。過去常用氟里昂做工質(zhì)，現(xiàn)在多用丁烷和氨等。來自蓄熱與熱

25、交換系統(tǒng)的熱能送入氣體發(fā)生器，使加壓的液體工質(zhì)蒸發(fā)，然后被引至汽輪機(jī)膨脹做功。壓力下降后的低壓氣體經(jīng)冷凝器冷卻并液化，再由泵將加壓的工質(zhì)送回氣體發(fā)生器(圖10-10)。,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)又稱為熱氣機(jī)，因其是1816年由蘇格蘭人羅伯特斯特林所發(fā)明而得名。它是一種由外部供熱使氣體在不同溫度下做周期性壓縮和膨脹的閉式循環(huán)往返式發(fā)動(dòng)機(jī)，具有可適用于各種不同熱源、無廢氣污染、效率高、振動(dòng)小、噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠性高和壽命較長等優(yōu)點(diǎn)。其主要部件有加熱器、回?zé)崞?、冷卻器、配氣活塞、動(dòng)力活塞及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等,5.3 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)基本類型 自從1950年原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造了世界第一座塔式太陽能熱發(fā)電小型試驗(yàn)裝置和19

26、76年法國在比利牛斯山區(qū)建成世界第一座電功率達(dá)lOOkW的塔式太陽 能熱發(fā)電系統(tǒng)之后，20世紀(jì)80年代以來，美國、意大利、法國、前蘇聯(lián)、西班牙、日本、澳大利亞、德國、以色列等國相繼建立起各種不同類型的試驗(yàn)示范裝置和商業(yè)化試運(yùn)行裝置，促進(jìn)了太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化進(jìn)程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅在19811991年10年期間，全世界就共建成了500kW以上的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)20多座。世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致可分為槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)3大基本類型。,5.3.1 槽式線聚焦系統(tǒng) 利用槽形拋物面反射鏡將太陽光 聚焦到集熱器對傳熱工質(zhì)加熱，在換 熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā) 電機(jī)發(fā)電

27、的系統(tǒng)。其特點(diǎn)是聚光集熱 器由許多分散布置的槽形拋物面鏡聚 光集熱器串、并聯(lián)組成，如圖10-12所 示。載熱介質(zhì)在單個(gè)分散的聚光集熱 器中被加熱或形成蒸汽匯集到汽輪機(jī) 圖10-12(a)；或者匯集到熱交換 器，把熱量傳遞給汽輪機(jī)回路中的工 質(zhì)圖10-12(b)。,槽形拋物面鏡集熱器是一種線聚焦集熱器，其聚光比較塔式系統(tǒng)低得多，吸收器的散熱面積也較大，因而集熱器所能達(dá)到的介質(zhì)工作溫度一般不超過400，屬于中溫系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，容量可大可小，不像塔式系統(tǒng)只有大容量才有較好的經(jīng)濟(jì)效益；其集熱器等裝置都布置于地面上，安裝和維護(hù)比較方便；特別是各聚光集熱器可同步跟蹤，使控制成本大為降低。主要缺點(diǎn)是能量集中

28、過程依賴于管道和泵，致使輸熱管路比塔式系統(tǒng)復(fù)雜，輸熱損失和阻力損失也較大。,美國與以色列聯(lián)合的魯茲(LUZ)公司于1980年開始研制開發(fā)槽式線聚焦系統(tǒng)，5年后實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，可生產(chǎn)1480MW的系列化發(fā)電裝置。該公司于19851991年間先后在美國加利福尼亞州南部的莫罕夫(Moiave)沙漠地區(qū)建成的9座大型商用槽式拋物面鏡線聚焦太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)(SEGSISEGSX)，是這一類型的典型。,圖10-13是這一系統(tǒng)的原理圖。它是利用線性聚焦的拋物面槽技術(shù)，由太陽輻射作為一次能源的中壓、朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)中的太陽能收集器 場裝有相當(dāng)數(shù)量的太陽能集熱器組合單元，每個(gè)組合單元由若干槽式拋物面鏡線

29、聚焦集熱器組成，裝配成5096m長的單元。例如80MW的SEGS太陽能收集器場包括852個(gè)長96m的太陽能集熱器組合單元，排列成142個(gè)環(huán)路。由1臺計(jì)算機(jī)分別控制這些組合單元跟蹤太陽，使其全天都能將陽光準(zhǔn)確地反射到集熱鋼管上。集熱鋼管內(nèi)裝有傳熱流體，先由反射的太陽輻射加熱到391，然后被輸送到動(dòng)力裝置，在傳統(tǒng)的熱交換系統(tǒng)中把熱量傳遞給水，將水加熱成過熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。,魯茲公司先后研制開發(fā)了3種太陽能集熱裝置。反射鏡、真空集熱管和跟蹤機(jī)構(gòu)是其3大關(guān)鍵部件。反射鏡采用低鐵玻璃加熱成型，背面鍍銀再涂以保護(hù)層。鏡片用高強(qiáng)度黏結(jié)劑黏附在支架的托盤上。LS-1和LS-2集熱器元件由帶鉻黑表面

30、的不銹鋼管和抽真空的玻璃外套管構(gòu)成，鉻黑表面的吸收率為0.94，在300時(shí)反射率為0.24。LS-3采用的不銹鋼管外表面涂覆有光譜選擇性吸收涂層，太陽光吸收率為0.96，在350時(shí)的反射率為0.19，明顯優(yōu)于鉻黑。玻璃套管上有雙層減反射涂層，太陽光透過率為0.965。不銹鋼管與玻璃套管之間抽成0.013Pa真空，并用可伐合金及不銹鋼波紋管封接，保證夾層真空密封，以降低在高溫下運(yùn)行的熱損失，并保護(hù)涂層表面不被氧化。夾層中裝有吸氣劑，使真空得以長期保持。,集熱器的載熱工質(zhì)為一種合成油，并加有防凍劑，具有熱容大和凝固點(diǎn)低等特點(diǎn)。集熱裝置采用單軸跟蹤。起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由一個(gè)軸編碼器確定集熱裝置繞軸的初始位

31、置，定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度為0.1度。然后，通過太陽輻射傳感器閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，使集熱裝置對準(zhǔn)太陽，把太陽光線聚焦到集熱管上。反射鏡架結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能保證在9ms以下的風(fēng)速時(shí)有正常的跟蹤精度，在20ms的風(fēng)速下可保證在某個(gè)降低的精度下運(yùn)行。太陽能集熱器場控制系統(tǒng)由中央控制室的場地監(jiān)控裝置和每個(gè)集熱器組合單元的微處理器組成。,場地監(jiān)控裝置監(jiān)測日照、風(fēng)速和傳熱流體的流動(dòng)狀態(tài)，并傳送給所有集熱器的微處理器。從太陽能集熱器場輸出的熱流體經(jīng)過熱交換器，產(chǎn)生過熱高壓蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)。在系統(tǒng)中還包括一個(gè)并聯(lián)的天然氣鍋爐，用以補(bǔ)充太陽能的不足，維持汽輪機(jī)滿容量運(yùn)行，提供峰值輸出。由于鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽壓力與太陽能系統(tǒng)

32、相同，汽輪機(jī)用同一常規(guī)人口。,這9座電站的總?cè)萘繛?54MW，年發(fā)電為10.8億度，其中：SEGSI為14MW，SEGSSEGS各為30MW，SEGS和SEGS各為80MW。 這9座電站均與南加州愛迪生電力公司聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)的不斷提高，其系統(tǒng)效率已由初始的115提高到136，建造費(fèi)用已由5 976美元千瓦下降到3 011美元千瓦，發(fā)電成本已由263美分度下降為12美分度。,5.3.2 塔式系統(tǒng)（應(yīng)用最廣泛） 又稱集中型系統(tǒng)。它是在很大面積的場地上裝有許多臺大型反射鏡，通常稱為定日鏡，每臺都各自配有跟蹤機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)確地將太陽光反射集中到一個(gè)高塔頂部的接收器上。接收器上的聚光倍率可超過1 000倍。

33、在這里把吸收的太陽光能轉(zhuǎn)換成熱能，再將熱能傳給工質(zhì)，經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動(dòng)力機(jī)，膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，最后以電能的形式輸出。主要由聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)等部分組成，如圖10-14所示。,(1)反射鏡(又稱定日鏡)及其自動(dòng)跟蹤 由于這一發(fā)電方式要求高溫、高壓，對于太陽光的聚焦必須有較大的聚光比，需用千百面反射鏡，并要有合理的布局，使其反射光都能集中到較小的集熱器窗口。 反射鏡的反光率應(yīng)在 8090以上，自動(dòng)跟蹤太陽要同步。,(2)接收器 也叫太陽能鍋爐。要求體積小，換能效率高。有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等類型。對于垂直空腔型和水平空腔型來說，由于反射鏡反射光可

34、以照射到空腔內(nèi)部，因而可將鍋爐的熱損失控制到最低限度，但最佳空腔尺寸與場地的布局有關(guān)。外部受光型吸收體的熱損耗要比上述兩種類型大些，但適合于大容量系統(tǒng)。,(3)蓄熱裝置 應(yīng)選用傳熱和蓄熱性能良好的材料作為蓄熱工質(zhì)。選用水汽系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楣I(yè)界和使用者都很熟悉，有大量的工業(yè)設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，附屬設(shè)備也已商品化。但腐蝕問題是其不足之處。對于高溫的大容量系統(tǒng)來說，可選用鈉做熱傳輸工質(zhì)，它具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可在3000kWm2的熱流密度下工作。,1982年4月，美國在加州南部巴斯托(Barstow)附近的沙漠地區(qū)建成一座稱為“太陽1號”的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的反射鏡陣列，由1818面反

35、射鏡環(huán)包括接收器總高達(dá)855m的高塔排列組成。起初，采用水-蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為IOMW(如圖10-15)。1992年裝置經(jīng)過改裝，用于示范熔鹽接收器和蓄熱裝置。,由于增加了蓄熱裝置，使太陽塔輸送電能的負(fù)荷因子可高達(dá)65。熔鹽在接收器內(nèi)由288加熱到565，用于發(fā)電。以后，又開始建設(shè)“太陽2號”系統(tǒng)，并于1996年并網(wǎng)發(fā)電。該電站在運(yùn)行3年之后進(jìn)行了評估，其發(fā)電實(shí)踐不僅證明了熔鹽技術(shù)的正確性，而且促進(jìn)了30200MW塔式系統(tǒng)的商業(yè)化進(jìn)程。,近年，以色列Weizmanm科學(xué)研究院正在對 此類系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。用一組獨(dú)立跟蹤太陽的反射鏡，將陽光反射到固定在塔頂部的初級反射鏡-拋物面鏡上，然后由其將陽光

36、向下反射到位于它下面的次級反射鏡-復(fù)合拋物面聚光器(CPC)，最后由CPC將陽光聚集在其底部的接收器上。通過接收器的氣體被加熱到約1200，推動(dòng)1臺汽輪發(fā)電機(jī)組，500左右的排氣再用于推動(dòng)另1臺汽輪發(fā)電機(jī)組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達(dá)2528。據(jù)悉仍在研究試驗(yàn)中。,5.3.3 碟式系統(tǒng) 也稱為盤式系統(tǒng)。主要特征是采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點(diǎn)聚焦集熱器，其聚光比可以高達(dá)數(shù)百到數(shù)千倍，因而可產(chǎn)生非常高的溫度。這種系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，作為無電邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型電源，一般功率為1025kW，聚光鏡直徑約1015m；也可用于較大的用電戶，把數(shù)臺

37、至十?dāng)?shù)臺裝置并聯(lián)起來，組成小型太陽能熱發(fā)電站。,在上述3種類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，目前只有槽式線聚系統(tǒng)已進(jìn)入商業(yè)化階段，其他兩種類型均尚處于中試和示范階段，但其商業(yè)化前景看好。這3種類型的系統(tǒng)，既可單純應(yīng)用太陽能運(yùn)行，也可安裝成為與常規(guī)燃料聯(lián)合運(yùn)行的混合發(fā)電系統(tǒng)。上述3種類型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要性能參數(shù)列于表10-2中。,5.4.1 發(fā)展現(xiàn)狀 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，不耗用化石能源，無污染物排放，是與生態(tài)環(huán)境和諧的清潔能源發(fā)電系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代初研究試驗(yàn)成功以后，經(jīng)過不斷發(fā)展與改進(jìn)，目前美國已有11座大型商用系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行，總裝機(jī)容量約為265萬千瓦；在日本、法國、以色列、意大利、西班牙、德

38、國、前蘇聯(lián)、澳大利亞等國也積極開展了研究開發(fā)工作，并建設(shè)了試驗(yàn)示范系統(tǒng)。,研究開發(fā)與試驗(yàn)示范表明，5.3節(jié)介紹的幾種類型發(fā)電系統(tǒng)，在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)上也將會是有前景的。它們是： 30MW以上線聚焦拋物面槽式系統(tǒng)； 30MW以上點(diǎn)聚焦塔式系統(tǒng)； 幾千瓦至幾十千瓦采用燃?xì)廨啓C(jī)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)聚焦拋物面碟式系統(tǒng)。 前兩種，一般與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行；后一種，一般供用戶作為獨(dú)立電源使用，但同時(shí)也可并網(wǎng)使用。,(1)槽式系統(tǒng) 在20世紀(jì)70年代末和80年初，美國、西歐、以色列和日本等國都做了很多研究開發(fā)工作，取得了較大進(jìn)展，特別是美國已有9座大型系統(tǒng)投入商業(yè)并網(wǎng)運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá)354萬千瓦(表10-

39、3)。此外，西班牙、日本等國的示范電站也取得很好成果，起到了試驗(yàn)示范作用。,1981年國際能源機(jī)構(gòu)(1EA)在西班牙南部的阿爾梅里亞建設(shè)了2座額定功率各為500kW的太陽能 熱發(fā)電系統(tǒng)，其中的SSPS-DOS即為槽式系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了164臺槽式拋物面鏡，其中東西型80臺、南北型84臺，集熱總面積5 362m2，用油(HT-43)做集熱介質(zhì)和蓄熱介質(zhì)，蓄熱容量為075MWh，汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽溫度為285、壓力為25X10Pa。建設(shè)費(fèi)用為2 800萬馬克。 日本于1981年在四國香川縣仁尾町海邊建設(shè)了2座裝機(jī)容量各為1 000kW的太陽能熱發(fā)電站，其中之一即為平面鏡曲面鏡混合聚光的槽式系統(tǒng)。,該系

40、統(tǒng)的平面鏡共有25臺鏡架，每臺鏡架上有5排反射鏡，每排裝有4.5m2的平面鏡20塊。由每臺鏡架上的100塊平面鏡把太陽光反射到一組共5臺的槽式拋物面鏡上。位于拋物面焦線處的集熱管互相串聯(lián)。這樣的混合聚光單元共25個(gè)。平面反射鏡總共2480塊、總面積11160m2，槽式拋物面鏡共125臺。,集熱介質(zhì)為水-蒸汽。汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽溫度為346、壓力14X10Pa。蓄熱介質(zhì)為混合鹽加壓力水，蓄熱容量為3MWh。建設(shè)費(fèi)用為50億日元。于1981年9月投入運(yùn)行試驗(yàn)。由于當(dāng)?shù)厝照諚l件較差，系統(tǒng)利用率低，經(jīng)濟(jì)性差，在取得許多試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，于1984年停止運(yùn)行。,(2)塔式系統(tǒng) 20世紀(jì)80年代世界上已建成的塔式太

41、陽能熱發(fā)電系統(tǒng)如表10-4所列。它們基本上都是試驗(yàn)電站，目的是為設(shè)計(jì)建設(shè)更大型的商用電站提供技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的依據(jù)。從表10-4可以看出，這些電站的建設(shè)費(fèi)用都相當(dāng)昂貴，經(jīng)濟(jì)上的競爭力差。 在這些電站中，日本的仁尾電站和法國的THEMIS電站，由于當(dāng)?shù)厝照諚l件較差，系統(tǒng)利用率低，經(jīng)濟(jì)效益差，在運(yùn)行兩三年取得一定試驗(yàn)數(shù)據(jù)后即停運(yùn)。 西班牙的SESA-1電站、歐共體的EURELICS電站及國際能源機(jī)構(gòu)(1EA)的SSPS-CRS電站均進(jìn)行了較長期的研究試驗(yàn)工作。,其中西班牙還同德國合作，利用CESA-1電站的集熱器進(jìn)行試驗(yàn)，研究氣體冷卻塔式聚光型系統(tǒng)，稱為GAST計(jì)劃。在表10-4中所列電站中，美國的“

42、太陽1號”和“太陽2號”是性能發(fā)揮得最好的電站。“太陽1號”電站，即使沒有輔助熱源，也可晝夜連續(xù)運(yùn)行33.6h，是其他系統(tǒng)不可比的。建成以后，經(jīng)過兩年的初試和評估期，并人南加州電網(wǎng)正常發(fā)電。在整個(gè)50個(gè)月(包括正常發(fā)電的3年和每星期5天的14個(gè)月)的運(yùn)行期，累計(jì)凈發(fā)電3.7萬度。,1994年10月，又完成了“太陽2號”電站的設(shè)計(jì)，并于1996年4月投入并網(wǎng)發(fā)電?！疤?號”電站除掉了“太陽1號”電站的全部水-蒸汽熱傳輸系統(tǒng)(包括接收器、管道和熱交換器)和油-巖石儲熱系統(tǒng)，安裝了新的熔化硝酸鹽系統(tǒng)(包括接收器、2個(gè)箱式儲熱系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng))，增添了部分反射鏡，并改進(jìn)了主控系統(tǒng)。具體地說，與“

43、太陽1號”電站相比，有如下特點(diǎn),在鏡場南部增加了108臺雙軸跟蹤的反射鏡，每臺鏡面95m2，共10 260m2，加上原來的1 818臺反射鏡，總面積為81 660m2。由于增加了反射鏡面積，使接收器可接收的太陽輻射量達(dá)到了商業(yè)接收器的水平，減少了電站早晨啟動(dòng)的時(shí)間，并可為儲能系統(tǒng)提供更多的能量。,用43MW(熱)圓柱形的硝酸鹽接收器替換了水-蒸汽接收器，不但更加堅(jiān)實(shí)，而且可容許更高的輻射量。新的接收器，直徑5.1m，高6.2m，從反射鏡接收到的平均輻照度為0.4MW(熱)m2 它在24塊面板上安裝了768根內(nèi)徑2.6cm、壁厚0.12cm的不銹鋼管。進(jìn)入接收器的熔化鹽溫度為288，流出溫度為5

44、65。,用硝酸鹽儲熱系統(tǒng)替換了油巖石儲熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)可儲存電站3h滿負(fù)荷運(yùn)行的熱量。它包括一個(gè)熱鹽箱(565)和一個(gè)冷鹽箱(288)。熱鹽箱內(nèi)徑11.6m、高8.4m，用不銹鋼材制造。冷鹽箱直徑11.6m、高7.8m，用碳素鋼材制造。箱的外部均絕熱。用于這一系統(tǒng)的硝酸鹽約60萬公斤。 增加了一個(gè)35MW(熱)的蒸汽發(fā)生器，在此利用硝酸鹽的熱能產(chǎn)生512的蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組。,對控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，把原有的和新增的反射鏡結(jié)合在一個(gè)反射鏡陣列控制器中?！疤?號”電站共耗資4 850萬美元，其中：用于電站設(shè)計(jì)、建設(shè)和檢驗(yàn)的費(fèi)用為3 900萬美元；用于1年試驗(yàn)評估階段和兩年電力生產(chǎn)階段的運(yùn)行及維

45、護(hù)費(fèi)用為950萬美元。“太陽2號”電站是美國太陽能熱發(fā)電計(jì)劃中最令人矚目的一個(gè)項(xiàng)目，但仍是試驗(yàn)電站，是推進(jìn)塔式系統(tǒng)商業(yè)化進(jìn)程的先導(dǎo)工程，其目的是為建設(shè)更適合商業(yè)規(guī)模的30200MW(電)的塔式系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，減少技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的風(fēng)險(xiǎn)，使電站的建設(shè)費(fèi)用降低到投資者可以接受的水平(圖10-18)。,(3)碟式系統(tǒng) 現(xiàn)代碟式熱發(fā)電系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代末到80年代初，首先由瑞典US-AB和美國AdvancoCorporation、MDAC、NASA及DOE等開始研發(fā)，大都采用Silverslass聚光鏡、管狀直接照射式集熱管及USAB4-95型熱氣機(jī)。 在1984年，美國Advaneo Corp

46、oration研制了一套25kW碟式斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)，最高太陽能電能轉(zhuǎn)換效率為29.4。以后，MDAC曾開發(fā)了8套碟式斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)，凈效率大于30；,后來，它將硬件和技術(shù)全部轉(zhuǎn)讓給了SEC；SEC于19861998年間進(jìn)行了試驗(yàn)，年平均效率達(dá)12。德國SBP公司于19841988年間建立了2套碟式熱發(fā)電系統(tǒng)，安裝于沙特阿拉伯的利亞德附近，當(dāng)入射光輻照度為1 000Wm時(shí)，凈輸出53kW，效率達(dá)231。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，美國和德國的某些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，在政府有關(guān)部門的資助下，用項(xiàng)目或計(jì)劃的方式加速碟式系統(tǒng)的研發(fā)步伐，以推動(dòng)其商業(yè)化進(jìn)程。,美國“太陽能熱發(fā)電計(jì)劃”與Cummins公司合

47、作，于1991年開始研制開發(fā)7kW碟式斯特林商用發(fā)電系統(tǒng)。該碟式拋物面鏡點(diǎn)聚焦集熱器斯特林系統(tǒng)，是由許多鏡子構(gòu)成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750左右，驅(qū)動(dòng)熱力機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。5年共投入資金1 800萬美元。,1996年Cummins公司向電力部門和工業(yè)用戶共交付了7臺系統(tǒng)，1997年生產(chǎn)25臺以上。Cummins公司預(yù)計(jì)，自1998年起的10年內(nèi)可生產(chǎn)1 000臺以上。該系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)作為獨(dú)立電站。美國“太陽能熱發(fā)電計(jì)劃”還同時(shí)開發(fā)了25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。 25kW是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更低，更適宜于較大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。該裝置于1996年

48、在電力部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開始運(yùn)行。這種系統(tǒng)，光學(xué)效率高，啟動(dòng)損失小，年凈效率高達(dá)29，具有一定的優(yōu)勢。,德國、澳大利亞和以色列的一些公司等，也開展了許多研發(fā)工作。 1981年5月，我國湘潭電機(jī)廠與美國太空電子公司(ESSCO)合作，開展了5kW碟式太陽能熱發(fā)電裝置的開發(fā)試制。其點(diǎn)聚焦集能裝置是直徑73m的拋物面反射鏡。它是利用雷達(dá)天線的構(gòu)架設(shè)計(jì)而成。反射面上貼有反光薄膜。置于焦點(diǎn)處的接收器是一種直熱式的單管換熱器，管內(nèi)通有導(dǎo)熱油，溫度可達(dá)390。然后，再引出到旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)架上的熱機(jī)箱，經(jīng)過熱交換器將熱能傳給熱機(jī)回路中的甲苯工質(zhì)，進(jìn)入熱機(jī)的溫度為371。,這個(gè)采用有機(jī)工質(zhì)的蘭金循環(huán)熱機(jī)是用單級

49、軸流汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)高速交流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為每分鐘46萬轉(zhuǎn)、2 000Hz、可發(fā)65kW的電功率。經(jīng)過整流，可得到22V、25A左右的直流輸出，并配有蓄電池儲能。裝置中還附有交流逆變器，以供給自用的交流電能。整套設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換和跟蹤系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)控制。兩臺試制樣機(jī)經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，于1987年4月進(jìn)行了技術(shù)鑒定。它既可以作為大功率分散式太陽能熱發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)單元，也可以作為小功率電源單獨(dú)使用。,(4)我國太陽能熱發(fā)電簡況 20世紀(jì)70年代末，我國有些科研院所和高等院校，如中國科學(xué)院電工研究所、上海機(jī)械學(xué)院和天津大學(xué)等，也對太陽能熱發(fā)電開展了應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，并在天津和上海分別建立了功率為lkW的塔式太陽能熱發(fā)電模擬裝置和功率為lkW的平板式低沸點(diǎn)工質(zhì)太陽能熱發(fā)電模擬裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 20世紀(jì)80年代初，湘潭電機(jī)廠與美國太空電子公司合作，試制了2臺5kW碟式拋物面點(diǎn)聚焦太陽能熱發(fā)電裝置。,在“八五”、“九五”和“十五”期間，原國家科委和現(xiàn)在的科技部，均將大型太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)列入國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃，將碟式小型太陽能熱發(fā)電裝置的研制列入863計(jì)劃，安排中國科學(xué)院電工研究所等單位進(jìn)行科技攻關(guān)和研究開發(fā)。但從總體上來說，截至目前，我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用尚未真正起步