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1、 太陽能熱發(fā)電原理太陽能熱發(fā)電原理 太陽能熱發(fā)電的含義太陽能熱發(fā)電的含義n 太陽能熱發(fā)電是利用太陽能聚光器先將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，然后經(jīng)過各種方式轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)形式。n 太陽能熱發(fā)電包括：聚光太陽能熱發(fā)電（CSP）、太陽能半導(dǎo)體溫差發(fā)電、太陽能煙囪發(fā)電、太陽池發(fā)電和太陽能熱聲發(fā)電等。n 聚光太陽能熱發(fā)電（CSP）是目前已經(jīng)商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)形式。n CSP是通過“光-熱-功”的轉(zhuǎn)化過程實現(xiàn)發(fā)電的一種技術(shù)形式，其在原理上和傳統(tǒng)的化石燃料電站類似。二者最大的區(qū)別在于輸入的能源不同，太陽能熱發(fā)電采用的是太陽能：聚光器將低密度的太陽能轉(zhuǎn)換成高密度的能量，經(jīng)由傳熱介質(zhì)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱力

2、循環(huán)做功，實現(xiàn)到電能的轉(zhuǎn)換。CSPCSP的技術(shù)形式的技術(shù)形式塔式塔式槽式槽式碟式碟式/ /斯特林斯特林線性菲涅爾線性菲涅爾n 點聚焦技術(shù)：定日鏡自動跟蹤太陽，聚焦的陽光反射到位于塔頂?shù)奈鼰崞鲀?nèi)。吸熱器加熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)，將太陽光能轉(zhuǎn)變成熱能，再通過熱力循環(huán)實現(xiàn)發(fā)電。n 聚光比300-1000。系統(tǒng)綜合效率高。n 吸熱器類型：水/蒸氣、熔鹽、空氣等。商業(yè)化初期的電站多使用水/蒸氣作為工作介質(zhì)（主要考慮到技術(shù)風險較小、結(jié)構(gòu)相對簡單）n 傳熱介質(zhì)的工作溫度范圍在2501200，可采用汽輪機或燃氣輪機。西班牙西班牙PS10PS10電站電站定日鏡定日鏡吸熱器吸熱器（1 1）塔式）塔式4（2 2）槽式）槽

3、式n線聚焦技術(shù)：采用拋物面槽式反射鏡將太陽光聚集到位于焦線的吸熱管上，加熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)（油或水），然后經(jīng)熱交換器產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。n聚光比在70-80之間；系統(tǒng)綜合效率較低。n吸熱器內(nèi)工作介質(zhì)：合成油、水等，當前介質(zhì)的工作溫度一般在400以內(nèi)。n美國354MW SEGS電站建于上個世紀80年代，至今已運行20多年。美國美國SEGSSEGS槽式電站槽式電站5槽式反射鏡槽式反射鏡吸熱管吸熱管（3 3）碟式）碟式n 點聚焦技術(shù)：利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽光聚集在鏡面焦點處， 在該處可放置太陽能吸熱器吸收熱能加熱工質(zhì)驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，也可放置太陽能斯特林發(fā)電裝置或高倍比聚光光伏系

4、統(tǒng)（CPV）直接發(fā)電。 。n 聚光比1000-3000；系統(tǒng)效率高n 單機規(guī)模小，非常適合分布式發(fā)電。n 今年1月份全球首座商業(yè)化碟式斯特林系統(tǒng)在美國投入運行，總?cè)萘?.5MW，由60個單機25kW的系統(tǒng)組成。n 截至2010年10月，美國加州批準了總計1372.5MW的碟式斯特林電站項目。6（4 4）線性菲涅爾）線性菲涅爾n 線聚焦技術(shù)：槽式系統(tǒng)的簡化；平面鏡代替拋物面型曲面鏡，通過調(diào)整、控制平面鏡的傾斜角度，將陽光反射到集熱管上，加熱內(nèi)部工作介質(zhì) ，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機做功發(fā)電。n 聚光比25-100；系統(tǒng)效率較低。n 鏡場可布置非常緊湊，土地利用率高，初投資相對較低。n目前在建最大規(guī)模為3

5、0MW電站，其中關(guān)鍵部件集熱管由皇明公司出口供應(yīng)。 皇明公司2.5MW示范系統(tǒng)7反射鏡反射鏡集熱管集熱管槽式塔式碟式菲涅爾式聚光比70-80300-10001000-300025-100可采用的動力循環(huán)模式郎肯循環(huán)1) 郎肯循環(huán)2) 布雷頓循環(huán)3) 聯(lián)合循環(huán)斯特林郎肯循環(huán)峰值系統(tǒng)效率21% (d)20% (d)29% (d)20% (p)35% (p)系統(tǒng)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)熱循環(huán)效率30-40% ST30-40% ST30-40% SE30-40%ST45-55% C

6、C20-30% GT容量因子24% (d)25-90% (p)25% (p)25-70%(p)25-90% (p)已建單機最大容量80MW20MW1.5MW(25kW60)5MW各種各種CSPCSP技術(shù)方式的性能技術(shù)方式的性能（來源：DLR，2004）注：注：(d) =(d) =示范，示范，(p) = (p) = 預(yù)計，預(yù)計，ST ST 蒸汽輪機，蒸汽輪機，CC CC 聯(lián)合循環(huán)，聯(lián)合循環(huán)，SESE斯特林機，斯特林機，GT GT 燃氣輪機燃氣輪機 聚光集熱子系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng)熱熱-功功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng) 儲熱子系統(tǒng)儲熱子系統(tǒng) CSPCSP電站系統(tǒng)的基本組成電站系統(tǒng)的基本組成白天工作模式白

7、天工作模式1 1 直接發(fā)電直接發(fā)電 聚光集熱子系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng)熱熱-功功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)儲熱子系統(tǒng)儲熱子系統(tǒng)白天工作模式白天工作模式2 2 儲熱儲熱 + + 發(fā)電發(fā)電 聚光集熱子系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng) 熱熱-功功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng) 儲熱子系統(tǒng)儲熱子系統(tǒng)夜間工作模式夜間工作模式 利用儲熱發(fā)電利用儲熱發(fā)電 聚光集熱子系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng) 熱熱-功功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng) 儲熱子系統(tǒng)儲熱子系統(tǒng)13CSP & CSP & 光伏發(fā)電的電力輸出光伏發(fā)電的電力輸出太陽能熱發(fā)電輸出電力相對平穩(wěn)太陽能熱發(fā)電輸出電力相對平穩(wěn)CSPCSP優(yōu)勢優(yōu)勢系統(tǒng)友好性、可控性系統(tǒng)友好性、可控性 系統(tǒng)友好性是指

8、清潔能源在其開發(fā)、輸送和使用的全過程中與電網(wǎng)、電源以及其它能源系統(tǒng)相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)的技術(shù)品質(zhì)與特性。 風能及光伏發(fā)電，其出力具有顯著的間歇性和不確定性。并網(wǎng)運行后出力的劇烈變化將對電力系統(tǒng)實時平衡和穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。 受電源結(jié)構(gòu)制約，長期以來我國電力系統(tǒng)調(diào)峰能力一直不足。煤電裝機占全國發(fā)電總裝機的四分之三（其中供熱機組又占了20% 以上）。系統(tǒng)調(diào)峰問題將是影響制約我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和清潔能源發(fā)展的長期性問題。 CSP電站可以儲熱，也可以利用化石燃料補燃；實現(xiàn)發(fā)電功率平穩(wěn)、可控輸出?？勺鳛檎{(diào)峰電源；未來隨著技術(shù)提升，可承擔電力系統(tǒng)基礎(chǔ)負荷。美國亞利桑那州電力負荷曲線美國亞利桑那州電力負荷曲線p聚光比

9、、吸熱器溫度聚光比、吸熱器溫度p集熱效率集熱效率* *透平效率透平效率p馬鞍點馬鞍點提高效率提高效率途徑途徑聚光比與吸熱溫度的協(xié)同提高聚光比與吸熱溫度的協(xié)同提高p 提高聚光比：提高聚光比：n 塔式和碟式，其聚光比分別300-1000和1000-3000之間；n 槽式和菲涅爾式，其聚光比分別在70-80和25-100之間；n 二次聚光：第一次聚光比*第二次聚光比 （10，000）p 提高吸熱器的工作溫度：提高吸熱器的工作溫度：n 傳熱介質(zhì)(水、油、熔融鹽、空氣、離子液體、液態(tài)金屬、固體材料)吸熱窗口瞬時能量分布（2008.09.27,13:16）投入吸熱器窗口能量隨時間變化“材料材料光學(xué)光學(xué)熱學(xué)

10、熱學(xué)”耦合耦合 u輻射能量的非均勻、非穩(wěn)定，傳熱條件惡化u儲熱材料：水、油、熔融鹽、離子液體、液態(tài)金屬、無機非金屬材料（陶瓷）、混合材料第第19頁頁國外國外CSPCSP現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢CSPCSP市場現(xiàn)狀市場現(xiàn)狀Source: IEECAS20n 2010年底，全球累計商業(yè)化運行的CSP裝機約1071MW，其中，主要市場在西班牙和美國；主要技術(shù)形式為槽式。n 目前全球在建裝機容量超過2000MW，預(yù)計2013年全部并網(wǎng)發(fā)電。各國各國CSPCSP規(guī)劃規(guī)劃n 美國：美國：2010年 8月-12月，加州能源局批準了總量達4242MW的CSP項目n 西班牙：西班牙：太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)

11、，共計1372MW熱發(fā)電項目已經(jīng)進行了申報登記。西班牙政府規(guī)定到2013年國內(nèi)CSP裝機實現(xiàn)2.5GW，產(chǎn)業(yè)協(xié)會的目標是2020年突破10GW。n 印度：印度：根據(jù)國家太陽能計劃，2022年印度太陽能光伏和光熱裝機容量要達到20GW。其中第一階段（至2013年3月）的目標是，安裝1100MW的并網(wǎng)太陽能電站，100MW屋頂光伏和小型太陽能電站，200MW的離網(wǎng)太陽能應(yīng)用項目以及幾百萬平米的太陽能集熱系統(tǒng)。目前第一批太陽能熱發(fā)電項目招標已經(jīng)結(jié)束。上網(wǎng)電價為0.32美元/kWh。n 摩洛哥：摩洛哥：摩洛哥太陽能署正在進行熱發(fā)電項目預(yù)招標，2012年在 Quarzazate太陽能園區(qū)安裝500MW太

12、陽能電力，其中包括一座光伏電站。n 澳大利亞：澳大利亞：13.65億澳元的太陽能旗艦項目，包括4個大規(guī)模太陽能發(fā)電站（熱發(fā)電和光伏各占一半），總預(yù)期裝機容量為1GW。n 中國：中國： 50MW電站特許權(quán)招標2011年1月23日已經(jīng)完成。n 2009年7月，12家大型公司在德國慕尼黑啟動沙漠行動計劃，計劃投資4000億歐元，通過在中東及北非地區(qū)建立一系列聯(lián)網(wǎng)的太陽能熱發(fā)電站 ，滿足歐洲15%的電力需求以及電站所在國家的部分電力需求。n 2009年10月30，DII有限責任公司成立。目前公司股東數(shù)目從13家增至19家。n 2010年7月，歐洲能源官員表示在未來5年，歐洲將從北非進口第一批太陽能電力。馬格里布國家目前正在投資興建連接阿爾及利亞、摩洛哥以及突尼斯3個國家間的400kV輸電線。歐洲沙漠行動計劃歐洲沙漠行動計劃(DII)(DII)亞太能源共同體亞太能源共同體- -太陽帶計劃太陽帶計劃 n 2009年10月，第一屆亞洲-太平洋太陽帶開發(fā)國際論壇在日本東京召開。- 太陽能熱發(fā)電- 太陽能制取液態(tài)燃料或氫氣 謝謝！謝謝！