太阳能热发电原理精编版.ppt

太阳能热发电原理 王志峰 中国科学院电工研究所 2012年2月27日 北京 太阳能热发电的含义 太阳能热发电是利用太阳能聚光器先将太阳辐射能转化为热能，然后经过各种方式转换为电能的技术形式。 太阳能热发电包括：聚光太阳能热发电（CSP）、太阳能半导体温差发电、太阳能烟囱发电、太阳池发电和太阳能热声发电等。 聚光太阳能热发电（CSP）是目前已经商业化大规模应用的技术形式。 CSP是通过“光-热-功”的转化过程实现发电的一种技术形式，其在原理上和传统的化石燃料电站类似。二者最大的区别在于输入的能源不同，太阳能热发电采用的是太阳能：聚光器将低密度的太阳能转换成高密度的能量，经由传热介质将太阳能转化为热能，通过热力循环做功，实现到电能的转换。 CSP的技术形式 塔式 槽式 碟式/斯特林 线性菲涅尔 点聚焦技术：定日镜自动跟踪太阳，聚焦的阳光反射到位于塔顶的吸热器内。吸热器加热管内的传热介质，将太阳光能转变成热能，再通过热力循环实现发电。 聚光比300-1000。系统综合效率高。 吸热器类型：水/蒸气、熔盐、空气等。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） 传热介质的工作温度范围在250～1200℃，可采用汽轮机或燃气轮机。 西班牙PS10电站 定日镜 吸热器 （1）塔式 * （2）槽式 线聚焦技术：采用抛物面槽式反射镜将太阳光聚集到位于焦线的吸热管上，加热管内的传热工质（油或水），然后经热交换器产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电。 聚光比在70-80之间；系统综合效率较低。 吸热器内工作介质：合成油、水等，当前介质的工作温度一般在400℃以内。 美国354MW SEGS电站建于上个世纪80年代，至今已运行20多年。 美国SEGS槽式电站 * 槽式反射镜 吸热管 （3）碟式 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， 在该处可放置太阳能吸热器吸收热能加热工质驱动汽轮发电机组发电，也可放置太阳能斯特林发电装置或高倍比聚光光伏系统（CPV）直接发电。 。 聚光比1000-3000；系统效率高 单机规模小，非常适合分布式发电。 今年1月份全球首座商业化碟式斯特林系统在美国投入运行，总容量1.5MW，由60个单机25kW的系统组成。 截至2010年10月，美国加州批准了总计1372.5MW的碟式斯特林电站项目。 * （4）线性菲涅尔 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，加热内部工作介质 ，产生蒸汽驱动汽轮机做功发电。 聚光比25-100；系统效率较低。 镜场可布置非常紧凑，土地利用率高，初投资相对较低。 目前在建最大规模为30MW电站，其中关键部件集热管由皇明公司出口供应。 皇明公司2.5MW示范系统 * 反射镜 集热管 槽式 塔式 碟式 菲涅尔式 聚光比 70-80 300-1000 1000-3000 25-100 可采用的动力循环模式 郎肯循环 1) 郎肯循环 2) 布雷顿循环 3) 联合循环 斯特林 郎肯循环 峰值系统效率 21% (d) 20% (d) 29% (d) 20% (p) 35% (p) 系统年均效率 10-15% (d) 10-16% (d) 16-18% (d) 9-11% (p) 17-18% (p) 15-25% (p) 18%-23%(p) 热循环效率 30-40% ST 30-40% ST 30-40% SE 30-40%ST 45-55% CC 20-30% GT 容量因子 24% (d) 25-90% (p) 25% (p) 25-70%(p) 25-90% (p) 已建单机最大容量 80MW 20MW 1.5MW (25kW×60) 5MW 各种CSP技术方式的性能 （来源：DLR，2004） 注：(d) =示范，(p) = 预计，ST 蒸汽轮机，CC 联合循环，SE斯特林机，GT 燃气轮机 聚光集热子系统 热-功-电转换子系统 储热子系统 CSP电站系统的基本组成 白天工作模式1 — 直接发电 聚光集热子系统 热-功-电转换子系统 储热子系统 白天工作模式2 — 储热 + 发电 聚光集热子系统 热-功-电转换子系统 储热子系统 夜间工作模式 — 利用储热发电 聚光集热子系统 热-功-电转换子系统 储热子系统 * CSP 光伏发电的电力输出 太阳能热发电输出电力相对平稳 CSP优势——系统友好性、可控性 系统友好性是指清洁能源在其开发、输送和使用的全过程中与电网、电源以及其它能源系统相适应、相协调的技术品质与特性。 风能及光伏发电，其出力具有显著的间歇性和不确定性。并网运行后出力的剧烈变化将对电力系统实时平衡和稳定