太阳能发电技术及其应用.docx

可再生能源的利用一一太阳能发电 哈尔滨工业大学能源工程学院余红兵09SG02006 随着化石能源日趋紧缺和环保压力不断加大，各国都在积极探讨新能源、可再生能源特别是太阳能。由于太阳能具有储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性和逐渐显现的经济性等优势，使其成为人类最为理想的替代能源。因此，研究和开发太阳能发电已成为世界各国实现可持续发展的能源战略决策。太阳能发电分热发电和光伏发电两种基本形式，近年又形成若干个分支，以异乎寻常的速度得到快速发展。 一、太阳能槽式热发电 太阳能槽式热发电系统采用多个抛物线槽型镜面集热器，将太阳能光聚集到位于焦线的中心管上，使管内的导热介质加热至350-390度，然后循环的被加热介质经热交换产生过热蒸汽，过热蒸汽推动常规的汽轮发电机组发电。槽式太阳能热发电系统包括五个子系统。一是聚光集热子系统。由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。接受器中的集热管一般采用长4米、直径70毫米的不锈钢内管。在不锈钢内管上镀有选择性涂层，用于吸收太阳能光热。不锈钢管外边还有一层耐高温的真空玻璃管，中间被抽取真空后保持一定真空度，以达到隔热保温效果。二是换热子系统。由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。当系统工质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被热后，进入换热子系统中产生蒸汽，蒸汽进入发电子系统发电。三是发电子系统。基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。四是蓄热子系统。太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行。蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。五是辅助能源子系统。在夜间或阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。目前槽式热发电系统的功率可达10-1000兆瓦，是目前所有太阳能热发电站中功率最大，也是目前最具商业化运用条件的太阳能发电模式。 二、太阳能塔式热发电 塔式太阳能热发电系统一般由反射镜阵列、高塔、集能器、蓄热器、发电机组等五个主要部分组成。反射镜阵列由许多面反射镜按一定规律排列而成。这些反射镜自动跟踪太阳，反射光能够精确地投射到集能器的窗口里。高塔可以建在镜阵中央或南侧。集能器按需要设计成单侧受光或四周受光。当阳光投射到集能器被吸收转变成热能后，便加热盘管内流动着的介质产生蒸汽。一部分热量用来带动汽轮发电机组发电，另一部分热量则被贮存在蓄热器里，以备没有阳光时发电用。由于聚光倍数高达1000以上，接受器一般可以收集1000兆瓦级的辐射功率，产生1000度的高温，总效率在15%以上。塔式电站的优点一是是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列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。二是能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效。三是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。塔式太阳能热发电系统可与高温、高压火电站的参数一致，这样不仅使太阳能发电系统有较高的热效率，而且容易获得配套设备。由于该发电系统每块镜面都随太阳运动而独立调节方位及朝向，所需要的跟踪定位机构代价高昂，在一定程度上限制了它的推广应用。目前塔式发电的利用规模可达10-20兆瓦，还处于科技研发和示范工程阶段。 三、太阳能盘式热发电 太阳能盘式发电系统是利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电的一种太阳能利用装置。系统的主要部分由控制柜、聚光反射镜、接受器、迪转台、跟踪装置和斯特林发动机构成。跟踪装置可连续地在两个坐标轴方向根据太阳移动进行定位。斯特林发动机为闭环活塞式发动机，聚焦的阳光直接落在发动机头部的吸热组件上，加热其内部的气体工质氦气进行发电。接收器位于各抛物面的焦点处，可产生800度左右的高温，效率达29.4%，在聚光式发电中是最高的。当在800度温度下运行时，单个盘式装置最大可发电约50千瓦。太阳能盘式发电系统可以实现并网发电，感应发电机效率达到94%以上，可提供60Hz，单相230V、三相460V的电力。交流发电机有时需要调频至直流，再调至交流，用来解决发电机输出波动及与电网匹配的问题。由于斯特林发动机的运动部件间没有机械连接，无须润滑、密封简单，被其带动的微型热电共生器既生电又生热等特点，使其具有能量转换效率高、机器非常“安静”、寿命长和非常环保、完全燃烧后只产生很少一点氧氮化物和一氧化碳等优势。虽然它与槽式电站相似，也可将多个盘组成一个较大的系统，但它原则上仍是小型发电系统。如果在一个区域内集中若干个这样的系统，也可以采用集中控制的方式，总功率能达到5-1000千瓦。近年来国际上太阳能盘式热发电技术得到了长足的进步和发展，该技术以投资省、成本低、效率高为主要特征，电站容量可大可小，可以独立运行，也可以并网运行，因此具有广泛的适应性。 四