碟式太阳能热发电技术综述_一_
5
碟式太阳能热发电技术综述(一)
许 辉,张 红,白 穜,丁 莉,庄 骏
南京工业大学能源学院,南京 210009
[摘 要] 介绍碟式太阳能热发电技术的原理及特性,并对聚光器、接收器等关键技术进行了分
析。结果表明,热管式接收器和混合式接收器具有较好的研究开发前景。
[关 键 词] 太阳能;热发电;碟式聚光器;斯特林发动机;接收器;辐射强度;热换[中图分类号] T K511[文献标识码] A
[文章编号] 100223364(2009)0520005205
[DOI 编号] 10.3969/j.issn.100223364.2009.05.005
AN OVERVIEW OF DISH SOLAR THERMAL POWER TECHNOLOG Y
XU Hui ,ZHAN G Hong ,BA I Tong ,DIN G Li ,ZHUAN G J un
College of Energy ,Nanjing University of Technology
Abstract :In t his paper ,t he p rinciple and characteristic of dish t hermal power is introduced ,also ,t he critical technique of dish solar t hermal system such as concentrators ,receivers ,heat engine etc.are de 2scribed in detail.Especially ,an overall analysis of receiver for dish solar t hermal power system is giv 2en ,and t he result s show t hat t he heat pipe receivers have good develop ment prospect s.
K ey w ords :solar energy ,t hermal power generation ,parabolic dish concent rator ,stirling engine ,receiv 2er ,radiation ,heat exchange
基金项目: 国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA05Z419)
作者简介:
许辉(19812),男,安徽萧县人,南京工业大学博士研究生,研读方向为高效传热传质设备与新能源开发技术。 碟式太阳能热发电技术是太阳能热发电中光电转
换效率最高的一种方式,它通过旋转抛物面碟形聚光器将太阳辐射聚集到接收器中,接收器将能量吸收后传递到热电转换系统,从而实现了太阳能到电能的转换。从上世纪80年代起,美国、德国、西班牙、俄罗斯(前苏联)等国对碟式太阳能热发电系统及其部件进行了大量的研究。我国对于碟式太阳能热发电技术的研究仍处于起步阶段,许多关键技术需要逐一研究或解决。
1 系统概述
碟式太阳能热发电系统包括聚光器、接收器、热
机、支架、跟踪控制系统等主要部件。系统工作时,从聚光器反射的太阳光聚焦在接收器上,热机的工作介质流经接收器吸收太阳光转换成的热能,使介质温度升高,即可推动热机运转,并带动发电机发电。
由于碟式太阳能热发电系统聚光比可达到3000以上[1],一方面使得接收器的吸热面积可以很小,从而达到较小的能量损失,另一方面可使接收器的接收温度达800℃以上[2]。因此,碟式太阳能热发电的效率非常高,最高光电转换效率可达29.4%[3]。碟式太阳能热发电系统单机容量较小,一般在5～25kW 之间[4～6],适合建立分布式能源系统,特别是在农村或一些偏远地区,具有更强的适应性。
6
2 关键技术
2.1 聚光器
聚光器是将来自太阳的平行光聚焦,以实现从低品位能到高品位能的转化。目前研究和应用较多的碟式聚光器主要有玻璃小镜面式、多镜面张膜式、单镜面张膜式等。
2.1.1 玻璃小镜面式
这种聚光器将大量的小型曲面镜逐一拼接起来,固定于旋转抛物面结构的支架上,组成一个大型的旋转抛物面反射镜。如图1[7]所示,美国麦道(McDon 2nell Douglas )公司开发的碟式聚光器即是采用这种形式,该聚光器总面积为87.7m 2
,由82块小的曲面反射镜拼合而成,输出功率为90kW [8],几何聚光比为2793,聚光效率可达88%左右[9]。这类聚光器由于采用大量小尺寸曲面反射镜作为反射单元,可以达到很高的精度,而且可实现较大的聚光比,从而提高聚光器的光学效率
。
图1 麦道公司开发的玻璃小镜面式聚光器
2.1.2 多镜面张膜式
这种聚光器的聚光单元为圆形张膜旋转抛物面反射镜,将这些圆形反射镜以阵列的形式布置在支架上,
并且使其焦点皆落于一点,从而实现高倍聚光。图2中的多镜面张膜式聚光器是由12只直径为3m 的张膜反射镜组合而成的阵列,其反射镜面积为85m 2,可提供70kW 的功率用于热机运转发电[10～12]
。
图2 多镜面张膜式聚光器
2.1.3 单镜面张膜式
如图3所示,单镜面张膜式聚光器只有一个抛物面反射镜。它采用两片厚度不足1mm 的不锈钢膜,周向分别焊接在宽度约1.2m 的圆环的2个端面,然后通过液压气动载荷将其中的一片压制成抛物面形状,两层不锈钢膜之间抽成真空,以保持不锈钢膜的形状及相对位置[13～14]。由于是塑性变形,所以很小的真空度即可达到保持形状的要求
。
图3 单镜面张膜式聚光器
由于单镜面和多镜面张膜式反射镜一旦成形后极易保持较高的精度,以及施工难度低于玻璃小镜面式聚光器,因此得到了较多的关注。2.2 接收器
接收器是碟式太阳能热发电系统的核心部件,它包括直接照射式和间接受热式。前者是将太阳光聚集后直接照在热机的换热管上;后者则通过某种中间媒介将太阳能传递到热机。目前接收器研究的重点为进一步降低接收器的成本以及提高接收器的可靠性和效率。
7
2.2.1 直接照射式
太阳光直接照射到换热管上是碟式太阳能发电系统最早使用的太阳能接收方式。图4中的直接照射式接收器[15]是将斯特林发动机的换热管簇弯制组合成盘状,聚集后的太阳光直接照射到这个盘的表面(即每根换热管的表面),换热管内工作介质高速流过,吸收了太阳辐射的能量,达到较高的温度和压力,从而推动斯特林发动机运转
。
图4 直接照射式接收器
由于斯特林换热管内高流速、高压力的氦气或氢
气具有很高的换热能力,使得直接照射式接收器能够实现很高的接收热流密度(约75×104W/m 2)。但是,由于太阳辐射强度具有明显的不稳定性,以及聚光镜本身可能存在一定的加工精度问题,导致换热管上的热流密度呈现明显的不稳定与不均匀现象,从而使多缸斯特林发动机中各气缸温度和热量供给的平衡难以解决。
2.2.2 间接受热式
间接受热式接收器是根据液态金属相变换热性能机理,利用液态金属的蒸发和冷凝将热量传递至斯特林热机的接收器。间接受热式接收器具有较好的等温性,从而延长了热机加热头的寿命,同时提高了热机的效率。在对接收器进行设计时,可以对每个换热面进行单独的优化。这类接收器的设计工作温度一般为650～850℃,工作介质主要为液态碱金属钠、钾、或钠钾合金(它们在高温条件下具有很低的饱和蒸汽压力和较高的汽化潜热)。间接受热式接收器包括池沸腾接收器、热管式接收器以及混合式热管接收器等。
(1)池沸腾接收器 池沸腾接收器通过聚集到吸热面上的太阳能加热液态金属池,产生的蒸汽冷凝于斯特林热机的换热管上,从而将热量传递给换热管内的工作介质,冷凝液由于重力作用又回流至液态金属池,即完成一个热质循环。这种接收器型式首先由Douglas B.O.[16]提出,1989年Moreno J.B.等[17]对
第一代池沸腾接收器进行了试验研究,之后Moreno J.B.等1993年对第二代池沸腾接收器进行了详细测试[18]。池沸腾接收器结构简单,加工成本较低,适应性强,适合于在较大的倾角范围内运行,金属蒸汽直接冷凝于热机换热管,效率较高,但要求工质的充装量较大,一旦发生泄漏将非常危险。液态金属传热特性特别是在交变热流密度条件下沸腾传热的特性,如沸腾不稳定性、热起动问题以及膜态沸腾和溢流传热引起的传热恶化等仍处于探索之中。
(2)热管接收器 采用毛细吸液芯结构将液态金属均布在加热表面的热管接收器引起了研究者们的重视。Andraka C.E.等[19～20]先后对多种结构型式的热管接收器进行了测试与分析。图5为由美国Therma 2core 公司设计制造的热管接收器,设计容量为25～120kW ,可承受的热流密度为30×104～55×104W/m 2,受热面一般被加工成拱顶形,上面布有吸液芯,这
样可以使液态金属均匀的分布于换热表面。吸液芯结
构可有多种形式,如不锈钢丝网、金属毡等。分布于吸液芯内的液态金属吸收太阳能量之后产生蒸汽,蒸汽通过热机换热管将热量传递给管内的工作介质,蒸汽冷凝后的冷凝液由于重力作用又回流至换热管表面。由于液态金属始终处于饱和态,使得接收器内的温度始终保持一致,从而使热应力达到最小。研究表明这种热管接收器相对于直接照射式接收器可以将碟式/斯特林系统的效率提高约20%[21]。德国航空航天中心(DL R )[22]也设计了一种新型的热管接收器,其结构如图6(a )所示。该接收器设计容量为40kW ,理论最高热流密度54×104W/m 2,之后DL R 在第一代热管接收器研究的基础上,又设计制造了第二代热管接收器[23],其结构如图6(b )所示。南京工业大学针对碟式太阳能热发电技术,提出了一种组合式热管接收器[24](图7)。该接收器采用普通柱状高温热管作传热单元,使得接收器的成本和加工难度都显著降低,而可靠性却大幅提高。
8
图5
热管接收器
(a )
第一代热管接收器
(b )第二代热管接收器
图6 DL R
研制的热管接收器
图7 组合式热管接收器
(3)混合式热管接收器 太阳能热发电系统若要
连续而稳定的发电,必须考虑阳光不足时或夜间运行
的能量补充问题,其解决方案有蓄热和燃烧2种。在碟式太阳能热发电系统中多采用燃料燃烧的方式来补充能量,即在原有的接收器上添加燃烧系统。混合式热管接收器就是由热管接收器改造而成的以气体燃料作为能量补充的接收器。DL R 开发出的第二代混合式热管接收器(图8)[25],热管外筒直径为360mm ,内筒直径为210mm ,筒深为240mm ,材料为Inconel 625。吸液芯材料有2种选择,一种是Inconel 600丝网,另一种则是由金属粉末高频等离子溅射制作的烧结芯。该接收器设计功率为45kW ,设计工作温度为700～850℃。试验表明,使用该接收器的碟式系统,只利用太阳能时的热电效率为16%,而联合运行时的热电效率为15%。混合式热管接收器的开发有利于提高碟式太阳能热发电系统的适应性,实现连续供电,但是由于加入了燃烧系统,使得结构变得非常复杂,加工制造难度大大增加,同时成本大幅提高也是一个不容忽视的问题
。
图8 第二代混合式热管接收器
3 结 语
直接照射式接收器结构简单,加工容易,且成本低
廉,但换热管内工作流体温度难以均衡,会使热机运行效率和稳定性明显下降;池沸腾接收器由于换热管与金属蒸汽直接换热,且温度均匀性好,所以给系统和热机带来很高的运行效率,但是对传热机理研究的相对缺乏给设计带来困难,许多传热问题还没有真正的解决;热管接收器虽然在加工上增加了一定的难度,但是可将液态金属充装量降低到很小,同时由于对高温热管的研究资料较为丰富,给设计也带来了很大方便,运行可靠性较高;混合式热管接收器可以满足系统连续运行的需求,但由于结构复杂,成本较高,无论是设计制造还是实际运行中都还存在许多问题亟待研究。随着研究开发的不断深入,热管式接收器以及混合式热管接收器将成为未来解决碟式太阳能热发电热能接收的主要方案。
[参 考 文 献]
[1] J affe L D.Test results on parabolic dish concentrators for
solar thermal power systems[J].Solar Energy,1989(42): 1732187.
[2] Andraka C E,Rawlinson K S,Moss T A,et al.Solar Heat
Pipe Testing ofthe Stirling Thermal Motors42120Stirling Engine[A].Proceedings of the31th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference[C].Washington D.
C.,1996,129521300.
[3] Washom B.Parabolic Dish Stirling Module Development
and Test Results[A].Proceedings of the19th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference[C].San Francisco,CA,1984.
[4] Bean J R,Kubo I.Development of The CP G5kW Dish/
Stirling System[A].Proceedings of the25th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference[C].AIChE, New Y ork,1990,6:2982302.
[5] Keck T,Schiel W.Envirodish and EuroDish2System and
Status[A].Proceedings of ISES Solar Energy Conference 2003[C].2003,9.
[6] Shaltens R K,Schreiber J G.Preliminary Designs For25
kWe Advanced Stirling Conversion Systems For Dish E2 lectric Applications[A].Proceedings of the25th Intersoci2 ety Energy Conversion Engineering Conference[C].
A ICh E,New Y ork,1990,6:3102316.
[7] Lopez C W,Stone K W.Design and performance of the
southern California Edison Stirling dish[A].Proceedings of the1992ASM E–ISES–KSES International Solar
Energy Conference[C].Maui HI,1992:9452952.[8] Stone K W,Leingang E F,Drubka R E.Solar Thermopho2
tovoltaic Power Experiments at McDonnell Douglas[A].
Proceedings of the29th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference[C].Monterey,CA,1994,8. [9] Lopez C,Stone K.Performance of the Southern California
Edison Company Stirling Dish[R].Sandia National Labo2 ratories,Report SAND9327098,Albuquerque,NM,1993.
[10] G oldberg V R,Ford J L,Anderson A E.Design of the
support structure,drive pedestal,and controls for a solar concentrator[R].Sandia National Laboratories,Report SAND9127007,Albuquerque,NM,1991.
[11] SA IC.Facet Development for a Faceted Stretched2Mem2
brane Dish by SAIC,Sandia National Laboratories[R].
Report SAND9127008,Albuquerque,NM,1991.
[12] Grossman J W,Houser R M,Erdmann W W.Testing of
the Prototype Facets for the Stretched2Membrane Faceted Dish,Sandia National Laboratories[R].Report SAND912 2202,Albuquerque,NM,1991.
[13] Schiel W,Schweitzer A,Stine W B.Evaluation of the92
kWe dish/Stirling system of Schlaich Bergermann and Partner using the proposed IEA dish/Stirling performance analysis guidelines[R].Journal of the AIAA,1994:17252 1729.
[14] Keck T,Scheil W,Benz R.An Innovative Dish/Stirling
System[A].Proceedings of the25th lntersociety Energy Conversion Engineering Conference[C].AIChE,New Y ork,1990,6:3172322.
[15] Thomas R M.An overview:Component development for
solar thermal systems[A].Proceedings of the7th Interna2 tional Symposium on Solar Thermal Concentrating Tech2 nologies[C].Moscow Russia,1994.
[16] Douglas B O,Robert L P.Solar Power Converter with
Pool Boiling Receiver and Integral Heat Exchanger[P].
U.S.Patent4335.578,1982,22(6).
[17] Moreno J B,Andraka C E,Diver R B,et.al.Test Results
f rom a Full2scale Sodium Reflux Pool2boiler Solar Receiv2
er[A].Proceedings of the12th Annual ASM E interna2 tional solar energy conference[C].Miami,1990(4):952 102.
[18] Moreno J B,Andraka C E,Moss T A,et.al.On2sun Test
Results f rom Second2generation and Advanced2concepts Alkali2Metal pool boiler receivers[R].Report SAND932 1251,1994.
(下转第17页)
图5 不同迎面风速下三排管平均传热系数和流动阻力
4 结 语
对不同迎面风速下的空凝器三排管外空气侧进行三维数值模拟,并对速度场、温度场进行分析和研究。数值模拟结果表明:三排管的流动阻力和传热系数随着迎面风速的增加而增加;在相同迎面风速,汽轮机不同运行工况下,三排管的流动阻力和传热系数差别不大;,流动阻力的模拟值略小于实际值,而传热系数的模拟值略大于实际值。根据数值模拟结果,得出三排管外空气流动阻力和平均传热系数随迎面风速变化曲线的拟合计算公式。
[参 考 文 献]
[1] 陶文铨.数值传热学(2版)[M].西安:西安交通大学出版
社,2001.
[2] 邱丽霞,等.直接空冷汽轮机及其热力系统[M].北京:中
国电力出版社,2006.
[3] 胡三季.钢制双列滴型管套矩形翅片空冷元件传热及阻
力性能试验研究报告[R].西安热工研究院有限公司, 2006.
[4] 陈胜利.钢制椭圆管矩形翅片空冷元件传热及阻力性能
试验研究报告[R].西安热工研究院有限公司,2006. [5] DL/T552-95,火力发电厂空冷塔及空冷凝汽器试验方
法[S].
[6] 简弃非,等.换热器翅片表面空气流动热力过程的数值模
拟[J].华南理工大学学报,2004,32(9):67271.
[7] 李惠珍,屈治国,程永攀,等.开缝翅片流动和传热性能实
验研究及数值模拟[J].西安交通大学学报,2005,39(3): 2292232.
[8] 程亮.3MW火电机组直接空冷技术数值研究与方案设
计[D].上海理工大学,2002.
(上接第9页)
[19] Andraka C E,Diver R B,Adkins D R,et al.Testing of
Stirling Engine Solar Reflux.Receivers[A].Proceedings of the28th lntersociety Energy Conversion Engineering Conference[C].Atlanta,Georgia,1993.
[20] Andraka C E,Diver R B.Recent reflux receiver develop2
ments under the US DO E program[A].Proceedings of the7th International Symposium on Solar Thermal Con2 centrating Technologies[C].Moscow,Russia,1994(9): 26230.
[21] Adkins D R,Andraka C E,Moreno J B,et al.Heat Pipe
Solar Receiver Development Activities at Sandia National Laboratories[A].Proceedings of the Renewable and Ad2 vanced Energy Conference[C].Maui,HA,1999.
[22] Laing D,G oebel O.Sodium Heat Pipe Solar Receiver for a
SPS V2160Stirling Engine:Development,Laboratory and
On2Sun Test Results[A].Proceedings of the26th Inters2 ociety Energy Conversion Engineering Conference[C].
Boston,MA,1991.
[23] Laing D,G oebel O.Second Generation Sodium Heat Pipe
Solar Receiver for a USAB V2160Stirling Engine:Evalu2 ation of On2Sun Test Results Using the Proposed IEA
Guidelines and Analysis of Heat Pipe Damage[J].Journal of Solar Energy Engineering,1997,119(11):2792284. [24] 南京工业大学.高温太阳能热管接收器[P].中国:
200710191145.4,2007210219.
[25] Laing D,Reusch M.Design and Test Results of First and
Second generation Hybrid Sodium Heat Pipe Receivers for Dish/Stirling Systems[A].Proceeding of the ASM E International Solar Energy Converence[C].Albuquerque, NM,1998.
光伏发电综述
光伏发电综述 摘要：人类对能源安全的担忧和环境恶化的焦虑，使得充分利用可再生能源已经成为全球共识。以 半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术，能满足人类的需要。太阳能光伏发电作为一种即清洁 又环保的绿色能源，是急需的能源补充，又是未来能源结构的基础。本文介绍了太阳能光伏发电的 原理、光伏发电系统的运行方式及大规模光伏发电对电力系统影响。 关键词：光伏发电；光伏系统；电力系统；综述 Summarization of PV Generation HONG Jia-rong College of energy resources, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China Abstract:The human concern for energy security and environmental deterioration, anxiety, makes full use of renewable energy has become a global consensus. Photovoltaic power generation technology to the photovoltaic effect as the foundation, can satisfy human needs. Solar photovoltaic power generation as a clean and environmentally friendly green energy, is in urgent need of energy supplement, is the basis of energy structure of the future. This paper introduces the influence of operation mode and principle, photovoltaic system of solar photovoltaic power generation and generation of large-scale photovoltaic power system. Key words: Photovoltaic power generation; Photovoltaic system; Power system; Review 人类对化石能源枯竭、能源安全和环境恶化的担忧导致对清洁、可再生能源的需求增大，许多国家已经做出大规模开发利用太阳能发电、风力发电的决策和规划，一个以新能源发电为标志的电力系统新时代正在到来。 研究和实践表明，太阳能是资源最丰富的可再生能源，它分布广泛，可再生，不污染环境，是国际公认的理想替代能源。在长期能源战略中，太阳能光伏发电将成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角。它在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。现在世界上许多国家都加大了对太阳能光伏发电技术的研究，并制定了相关的政策鼓励太阳能产业的发展。近几年，世界太阳能电池组件的年平均增长率为33 %，光伏产业已成为当今发展最迅速的高新技术产业之一。 1 全球的能源局势 据国际能源权威年鉴《BP世界能源统计2005》6月发布的数据显示，2004年世界一次能源消耗量为1 . 02×1010t石油当量。到2005年底，世界石油可采量为45年，天然气可采量为61年，煤炭可采量为230年。图1为我国与世界主要常规能源储量预测图。 从图1可以看出，全球常规能源可开采量已屈指可数。中国的常规能源远远低于世界平均水平，约为世界总储量的10%。从长远来看，太阳能将是未来人类主要的能源来源，可以无限期使用，因此世界上许多发达国家和部分发展中国家都十分重视太阳能在 未来能源供应中的重要作用。太阳能光伏发电与传统发电方式相比具有下列优点： （1）数量巨大。每年到达地球表面的太阳辐射能约为1 . 8×1014t标准煤，即约为目前全世界所消费的各种能量总和的1 × 104倍。 （2）清洁干净。太阳能安全卫生，对环境无污染，不损害生态环境，是当之无愧的“清洁能源”。 （3）获取方便。太阳能分布广泛，既不需开采和挖掘，又不用运输，对解决边远山区以及交通不便的乡村、海岛的能源供应具有很大的优越性。
太阳能光热发电技术研究综述
太阳能光热发电技术研究综述 摘要：太阳能是一种清洁的可再生能源，充分利用太阳能进行发电发热是我国 能源企业正在研究和使用的有效方式，这种方式有助于提高太阳能的利用率，有 助于减少不必要的自然环境污染和破坏，有助于新能源的开拓，是我国逐步实现 节能减排的有效体现，也符合我国低碳经济的发展要求，欧美一些发达国家已经 开始关注具有更高能源利用率的太阳能光热发电技术，并相继建立了不同型式的 示范装置。本文首先对太阳能光热发电系统进行了介绍，分析了国内外太阳能发 电的现状，指出了太阳能发电的技术发展趋势和研究方向。 关键词：太阳能；光热发电；发电技术 引言 目前，我国由于工业规模扩大和粗放经营导致了严重环境污染和破坏，因此 开发清洁能源是有效解决这一问题的重要途径，目前，世界各国纷纷将目光投向 太阳能的开发和应用，这也是全球经济的低碳化发展方向。太阳能作为一种清洁 的可再生能源，是未来的理想能源之一，是人类最可靠、最安全、最绿色、最持 久的替代能源。目前太阳能光伏发电被炒得如火如荼，而太阳能光热发电技术却 少为人知，在太阳能光伏发电遭遇瓶颈的今天，太阳能光热发电逐渐被人们重视 起来。 一、太阳能光热发电系统简介 1、太阳能发电系统的分类 目前，太阳能发电技术分为两种，一种是太阳能光伏发电，一种就是本文提 到的太阳能光热发电。太阳能光热发电技术又分为槽式太阳能光热发电、塔式太 阳能光热发电、碟式太阳能光热发电。目前槽式和塔式太阳能光热发电技术已经 投入使用，但是碟式发电系统还处于实验和示范状态。 2、槽式太阳能光热发电系统简介 这种太阳能光热发电系统主要是利用槽式抛物面聚光器聚光的太阳能产生的 热量进行发电，是一种分散型系统。这一系统的机构由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置和辅助能源装置构成。槽式抛物面将太阳光线聚集在一条线上，并 在这条线上的重要位置安装集热器，进而吸收太阳的能量，之后将众多的槽式聚 光器串联或并联形成集热器的排列结构。 一般太阳能发电系统采用的是双回路的设计，集热油的回路与动力蒸汽的回 路是分开的，通过换热器交换热量，使用导热油作为热，低温的导热油从油罐泵 进入槽式太阳能集热场，被加热到391℃，之后经过再热器、过热器、蒸发器、 预热器四个装置，将收集的能量交换给动力回路中的蒸汽，进而产生热量极高的 蒸汽，进入汽轮机中做功，然后产生电能。 如果太阳能供应不足，这时就可以利用辅助加热器，如锅炉进行加热，提高 导热油的热量，进而实现该系统的正常运行，保证该系统连续作业，持续的产生 电能。因为槽式聚光器的集热温度不高，使得槽式太阳能光热发电系统中动力系 统的热能转化为功的效率不高，一般不到40%，因此，残春依靠抛物槽式太阳能 光热发电成本较高。 3、塔式太阳能光热发电系统 塔式太阳能光热发电系统是一种集中式发电系统，主要利用定日镜将太阳光 聚焦在中心的吸热器上，太阳的辐射能量会转变为热能，之后传递给热力循环工质，驱动汽轮做功进而实现发电。这一太阳能发电系统可以分为熔盐系统、空气
光伏材料的发展及应用
光伏材料的发展及应用 摘要：太阳能光伏发电技术是集半导体材料、电力电子技术、现代控制技术、蓄电池技术及电力工程技术于一体的综合性技术是当今新能源发电领域的一个研究热点。本文介绍了光伏发电技术的相关概念，综述了该领域的主要研究内容和应用现状，并对光伏发电产业的未来发展趋势进行分析。 关键词：太阳能电池材料；光伏发电材料 0 引言 随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，以石油、天然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗，能源危机成为世界各国共同面临的课题。与此同时，化石能源造成的环境污染和生态失衡等一系列问题也成为制约社会经济发展甚至威胁人类生存的严重障碍。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源是最丰富的可再生能源之一，它分布广泛，可再生，不污染环境，是国际上公认的理想替代能源。光伏发电是太阳能直接应用的一种形式。作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式，光伏发电技术正在全球范围内逐步得到应用。 1太阳能光伏发电原理及运用材料 1.1太阳能光伏发电的工作原理 “光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839年，法国科学家贝克勒尔(A．E．Becqure1)首先发现了“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而，第一个实用单晶硅光伏电池(Solar Cel1)直到一个多世纪后的1954年才在美国贝尔实验室研制成功。20世纪70年代中后期开始，光伏电池技术不断完善，成本不断降低，带动了光伏产业的蓬勃发展。光伏发电原理如图1所示。PN结两侧因多数载流子(N 区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形宽度很窄的空间电荷区w，建立自建电场E i。它对两边多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边的少数载流子(N 区中的空穴和P区中的电子)却有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时，少数载流子极少，难以构成电流和输出电能。但是，如图la、b所示，光伏电池受到太阳光子的冲击，在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对，其中的光生非平衡少数载流子(即N 区中的非平衡空穴和P区中的非平衡电子)可以被内建电场E i牵引到对方区域，然后在光伏电池中的PN 结中产生光生电场E PV一当接通外电路时，即可流出电流，输出电能。当把众多这样小的太
太阳能热利用技术概述
太阳能热利用技术概述 【摘要】太阳能是一种洁净和可再生的能源，太阳能热利用技术发展迅速。本文对太阳能利用成熟技术、先进技术和当前研究的热点技术进行了简要介绍。在发电过程中使用矿物燃料，从而减轻空气污染及全球暖化的问题，环境保护的发展趋势。成熟技术部分主要包括集热器、热水系统、太阳灶、太阳能暖房等传统的太阳能热利用技术；先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利用技术，包括太阳能空调降温/制冷、太阳能制氢、太阳能热发电等；在当前研究的热点问题部分，主要论述太阳能建筑热利用的技术问题。 【关键词】太阳能热利用；太阳能建筑；太阳能热发电；太阳能集热器 1.引言 太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能热利用是一种较成熟的可再生能源利用方式。太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。现代的太阳能热技术将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能。太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。但是太阳能有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。太阳能热利用研究和开发方兴未艾，随着常规能源供给的有限性及地球环保压力的增加，世界上许多国家掀起开发利用太阳能的热潮，开发利用太阳能成为各国可持续发展战略的重要内容，太阳能先进技术已成为世界当前及未来研究、开发和利用的主要方向。 2.太阳能热利用技术 太阳能热利用的基本原理是用集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的集热器，主要有平板型集热器、真空管集热器、热管式集热器和聚焦型集热器等4种。通常太阳能热利用可分为：低温（80℃以下）、中温（80-350℃）和高温（350℃以上）三类热利用方式。低温热利用包括最简单的地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳热水器。中温热利用有太阳能建筑、空调制冷、制盐以及其它工业用。热高温热利用有简单的聚焦型太阳灶、焊接机和高温炉。目前应用最广泛的是太阳能热水器、太阳能空调降温/制冷等。 2.1 太阳能集热器
太阳能热发电
太阳能热发电 热动081班 20084140114 武伟杰随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种，即火电、水电和核电。 火电的缺点： 火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。 水电的缺点： 水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。 核电的缺点： 核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。 这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。最理想的新能源是太阳能。 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①
照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。 利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。 太阳能热发电系统一般由太阳能即热系统、蓄热与换热系统和汽轮机发电系统组成。与常规热发电的不同是太阳能热发电必须考虑太阳能能量密度低、间歇性、不稳定性等因素。太阳能热发电的集热系统用聚光集热装置将太阳能收集起来，将集热工质加热到一定的温度，经过换热器将热能传递给动力回路中循环做工的工质，或产生高温高压得过热蒸汽驱动汽轮机、再带动发电机发电；从汽轮机出来的发气，其压力和温度已大大降低，或经冷凝器凝结成液体后，被重新泵送入换热器，开始新的循环。太阳能电站一般带有储热装置。 太阳能热发电系统一般由六部分组成： （1）太阳能集热子系统； (2)吸热与输送热量子系统； (3)蓄热子系统； (4)蒸汽发生系统； (5)动力子系统； (6)发电子系统。 其中，前两部分简称为太阳场，是太阳能热发电技术的核心。由于太阳能供应不稳定、不连续，为保障热发电系统的稳定运行，通常在系统中配置蓄能子系统，将收集的太阳能热能存储起来，以保证在夜间或太阳辐照不足时的发电；或
太阳能热发电技术综述
太阳能热发电技术综述 1:技术和原理 有三种方式，都是用反射镜聚焦阳光加热水产生蒸汽、通过汽轮机带动发电机发电，区别在于蒸汽产生方式上。 1.1:抛物槽型热发电系统 聚光集热系统（由抛物槽式聚光镜＋接收器＋跟踪装置组成）＋换热系统（由予热器＋蒸汽发生器＋过热器和再热器组成）＋发电系统（同常规发电设备）＋蓄热系统（显式、潜式、化学储热三种）＋辅助能源系统（夜间和阴天用辅助发电设备）。一般建大于350MW电厂 1.2:塔式热发电 平面镜反射阳光到中心接收塔顶收集器，大量能量在高温下熔化一种盐、并将热盐储存罐中、当要发电时打开产生蒸汽驱动透平发电机。产生蒸汽后低温盐回到冷盐储存罐中并用泵打到塔顶再次加热以为下一热循环用（Ⅱ型）。一般建几千MW电厂。 特点：聚光倍数高易达到高温、反射光线一次完成简单高效、光热转换效率高、成本低 1.3:蝶型热发电 蝶型抛物镜/斯特林系统适用边远地区独立电站，光学效率高、启动损失小。用于小型独立电站。2:比较
电站初期投资1.42亿元，其中定日镜52%、发电设备18%、蓄热装置10%、接收器5%、塔3%、管道及换热器8%、其它4%。可以看出定日镜价格贵，但隋制镜技术提高成本大幅下降，预计到2020年发电成本会达到30-60美元/Mwh（即3-6美分/度）。在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电中成本最低的一种方式。 太阳能热发电投资成本为煤电的8倍左右，但因其不需燃料则用电成本比煤电低20-40倍，隋技术发展太阳能热发电成本进一步下降，有环保意识的用户更倾向于绿色能源，而煤电将隋通货膨胀而上升 3条件 3.1:土地：建一个200MW（20万KW）太阳能热发电厂需占地3000英亩，但太阳能热发电与光伏和风力发电比较不宜模块化，估计要在100-300MW以上时才比较经济 3.2:光照：太阳光全照射功率大于1kw/m2，每年大于2000kwh/m2才是经济的 3.3:投资：一个中等的100MW发电厂投资成本3-5美元/W，发电成本10-15美分/度 4:国内外发展情况 4.1:国外 至2004年全世界已装太阳能发电系统总收集阳光面积9500万平方米，以光照1kw/m、照射时间50%、平均转化率20%，则差不多可获电能10GW，但大部分是在低温下使用（如水加热等），高温使用（如热电厂等）只有500Mw，不过正地快速增长。 07-08二年中，世界上太阳能热发电的在建装机容量是07年之前20年中的8倍，太阳能热发电技术已进入快速发展期。 太阳能热发电在可再生能源发电技术中具有成本低、节能减排作用显著、无污染等特点而具有明显的市埸前景。 09年6月29日，国际能源署SolarPACES组织、欧洲太阳能热发电协会（ESTELA）和绿色和平组织联合公布了三方共同撰写的《聚光型太阳能热发电展望2009》。报告预测到2030年聚光型太阳能热发电（简称CSP）将能满足全球7%的电力需求，到2050年可提高到25%。报告认为槽式CSP已经是可靠且得到示范证明的技术，在建和运行的发电站装机容量已接近2000 MW，主要位于西班牙和美国。 CSP发电站具有调度能力，并且可以通过结合新的储能技术和其他可再生能源或传统能源的混合运行概念予以加强。这一特点可解决可再生能源存在的一个最重要的缺点：变化大、不可预测且不可调度。 未来十年里CSP在世界一些日照最强的地区有望得到发展。到2014年在建和拟建CSP发电站容量可达到15 000 MW。然而，CSP仍有一些缺陷尚待解决：首先是成本，需要从系统到部件的创新以及制造技术的改进。效率上也仍有很大的提高空间（更高的工作温度，更好的集热器性能等）。发电站的最佳规模应比现有的要大（目前受制于监管和金融因素），与此相关的储能能力还需要从容量、温度和成本等方面加以提高。最后，还需要从建造和降低运营维护成本中产生学习效应。 美国、以色列、澳大利亚、德国等是太阳能利用的技术强国,在阿尔及利亚、澳大利亚、埃及、希腊、印度、以色列、意大利、墨西哥、摩洛哥、西班牙、美国等已建有13个太阳能热电厂。德国将在西班牙建二个50MW并网的太阳能热电，投资4亿美元（8美元/W），用非跟踪式抛物型聚能器。
塔式太阳能热发电技术
塔式太阳能热发电技术浅析 14121330 彭启 1. 前言 太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能汇聚，生成高密度的能量，通过热功循环来发 电的技术［1］。我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，一些高等院校和科研 所等单位和机构，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套 功率为IkW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为IKW的平板式低 沸点工质太阳能热发电模拟实验装置［2~3］。 目前主流的太阳能热发电技术主要有4种方式：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式［4］， 这4种太阳能光热发电技术各有优缺点。 塔式太阳能聚光比高、运行温度高、热转换效率高，但其跟踪系统复杂、一次性投入大，随着技术的改进，可能会大幅度降低成本，并且能够实现大规模地应用，所以是今后的发展 方向。槽式技术较为成熟，系统相对简单，是第一个进入商业化生产的热发电方式，但其工作温度较低，光热转换效率低，参数受到限制。碟式光热转换效率高，单机可标准化生产、既可作分布式系统单独供电，也可并网发电，但发电成本较高、单机规模很难做大。线性菲 涅尔式结构简单、发电成本低、具有较好的抗风性能，但工作效率偏低、且由于发展历史较 短，技术尚未完全成熟，目前处于示范工程研究阶段。 2. 发电原理与系统 塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定 在塔顶部的接收器上产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能［5］。 塔式太阳能热发电系统，也称集中型太阳能热发电系统，主要由定日镜阵列、高塔、吸 热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成，基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中，再利用高温介质加热水产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 塔式太阳能热发电系统中，吸热器位于高塔上，定日镜群以高塔为中心，呈圆周状分布，将太阳光聚焦到吸热器上，集中加热吸热器中的传热介质，介质温度上升，存入高温蓄热罐，然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮机组发电，汽轮机乏汽经冷凝 器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回到低温蓄热 罐中，再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图1所示。 上电机 冷抽董 图1塔式太阳能电站系统流程示意图
实用文档之光伏发电的时代背景综述
实用文档之"综述" 光伏发电的时代背景 在人类发展的前5000年，对能源的要求远远没有最近的三百年来得迫切。十八世纪，英国率先开始的工业革命，大大推动了人类社会生产力的发展，以机器生产为标志的生产力远远高于传统手工业生产，人类进入了现代文明时代，对此，人类急切的需求更多的能源以促进生产力的发展。 然而，自然界的一次能源储量有限，能源危机迫在眉睫，根据对石油储量的综合估算可支配的传统能源从全球来看，已探明的石油储量只能用到20-40 年，天然气也只能延续50-60 年左右，即使是储量最丰富的煤炭最多也只能够维持二三百年。就连近代才发展起来的核能发电的原料铀的储量也是有限的，而且还存在安全和污染的难题，同样不能解决世电力的长期稳定供应问题。因此，如不尽早设法解决常规能源的替代能源，人类迟早将面临燃料枯竭的危险局面。 同时，化石能源在开采、运输和使用过程中都会对空气和人类生存环境造成严重的污染。根据相关资料显示，目前，人类使用化学燃料己经为人类生存环境带来了严重的后果，由于大量使用化石能源，全世界每年产生约1亿吨温室效应气体，已经造成极为严重的大气污染，同时使得地球表面气温逐年升高，近二千年来，全球二氧化碳排放量迅速增长，如果不加以控制，温室效应将使南、北两极的冰山融化，这可能会使海平面上升几米，四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。此外，由于环境恶化造成的“黑洞”己经使人类即将面临太阳紫外线的直接照射。 光伏发电的优点 太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关产业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点： ①储量巨大：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳放射的总辐射能量约是 3.75x kW，是极其巨大的。其中到达
太阳能热发电Concentrating_Solar_Power_Part_1基础篇
T he limited supply of fossil hydrocarbon resources and the negative impact of CO 2 emissions on the global environment dictate the increasing usage of renewable energy sources. Concentrated solar power (CSP) is the most likely candidate for providing the majority of this renewable energy, because it is amongst the most cost-effective renewable electricity technologies and because its supply is not restricted if the energy generated is transported from the world's solar belt to the population centres.identified during the past decades for generating electricity in the 10kW to several 1000MW range: q dish/engine technology, which can directly generate electricity in isolated locations q parabolic trough technology, which produces high pressure superheated steam q solar tower technology which produces air above 1000°C or synthesis gas for gas turbine operation. a certain maturity, as has been demonstrated in pilot projects in Israel, Spain and the USA, significant improvements in the thermo-hydraulic performance are still required if such installations are to achieve the reliability and effectiveness of conventional power plants. This first article focuses on present CSP technologies, their history and the state of the art. The second article, in the next issue of Ingenia, looks at the technical, environmental, social and economic issues relating to CSP in the future. i n g e n i a 1 HANS MüLLER-STEINHAGEN, FRENG AND FRANZ TRIEB INSTITUTE OF TECHNICAL THERMODYNAMICS, GERMAN AEROSPACE CENTRE, STUTTGART, GERMANY SECTION Concentrating solar power A review of the technology Is solar power the answer to the ever-growing problems of global warming and depleting fossil fuel supplies? In the first of two articles Hans Müller-Steinhagen and Franz Trieb explain the principles and development of concentrated solar power and outline its considerable potential for alleviating the constant pressure on our existing resources.
太阳能热利用论文：太阳能热利用技术概述
太阳能热利用论文：太阳能热利用技术概述【摘要】太阳能是一种洁净和可再生的能源，太阳能热利用技术发展迅速。本文对太阳能利用成熟技术、先进技术和当前研究的热点技术进行了简要介绍。在发电过程中使用矿物燃料，从而减轻空气污染及全球暖化的问题，环境保护的发展趋势。成熟技术部分主要包括集热器、热水系统、太阳灶、太阳能暖房等传统的太阳能热利用技术；先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利 用技术，包括太阳能空调降温/制冷、太阳能制氢、太阳能热发电等；在当前研究的热点问题部分，主要论述太阳能建筑热利用的技术问题。 【关键词】太阳能热利用；太阳能建筑；太阳能热发电；太阳能集热器 1.引言 太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能热利用是一种较成熟的可再生能源利用方式。太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。现代的太阳能热技术将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，
建筑物亦可利用太阳的光和热能。太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。但是太阳能有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。太阳能热利用研究和开发方兴未艾，随着常规能源供给的有限性及地球环保压力的增加，世界上许多国家掀起开发利用太阳能的热潮，开发利用太阳能成为各国可持续发展战略的重要内容，太阳能先进技术已成为世界当前及未来研究、开发和利用的主要方向。 2.太阳能热利用技术 太阳能热利用的基本原理是用集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的集热器，主要有平板型集热器、真空管集热器、热管式集热器和聚焦型集热器等4种。通常太阳能热利用可分为：低温（80℃以下）、中温（80-350℃）和高温（350℃以上）三类热利用方式。低温热利用包括最简单的地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳热水器。中温热利用有太阳能建筑、空调制冷、制盐以及其它工业用。热高温热
太阳能热发电技术现状
i太阳能热发电技术现状 李强 衢州学院机械工程学院 4140113038 摘要：介绍了槽式、塔式和盘式太阳能热利用发电站的发展史和技术现状。指出槽式太阳能热发电站的功率可至 1000MW,是所有太阳能热发电站中功率最大的,其年收益也最高。塔式太阳能热利用发电站的功率可至1000MW，与槽式系统相比，在商业上还不成熟。但高温型塔式系统和燃气轮机混合发电或和混合发电站联合发电最具市场化前景。盘式太阳能热发电系统功率5-1000kW，它用在流动场所，应用范围大，除可满足用电需求，还可代替柴油机组。 关键词：太阳能热发电，进展。 Abstract：Groove is introduced, and disc tower solar thermal power plant's development history and the status quo of the technology. Points out that the trough type solar thermal power plants to 1000 mw of power, is the largest solar power in the thermal power plant, its annual revenue is the highest. Tower solar thermal power plant to 1000 mw of power, compared with the groove system, in business is not yet mature. But high temperature type tower systems and gas turbine hybrid power generation or joint power and hybrid power plants the most market prospects. Disc solar thermal power generation system power 5-1000 - kw, it is used in flow, application scope is big,
碟式太阳能热发电技术综述_一_
5 碟式太阳能热发电技术综述(一) 许 辉,张 红,白 穜,丁 莉,庄 骏 南京工业大学能源学院,南京 210009 [摘 要] 介绍碟式太阳能热发电技术的原理及特性,并对聚光器、接收器等关键技术进行了分 析。结果表明,热管式接收器和混合式接收器具有较好的研究开发前景。 [关 键 词] 太阳能;热发电;碟式聚光器;斯特林发动机;接收器;辐射强度;热换[中图分类号] T K511[文献标识码] A [文章编号] 100223364(2009)0520005205 [DOI 编号] 10.3969/j.issn.100223364.2009.05.005 AN OVERVIEW OF DISH SOLAR THERMAL POWER TECHNOLOG Y XU Hui ,ZHAN G Hong ,BA I Tong ,DIN G Li ,ZHUAN G J un College of Energy ,Nanjing University of Technology Abstract :In t his paper ,t he p rinciple and characteristic of dish t hermal power is introduced ,also ,t he critical technique of dish solar t hermal system such as concentrators ,receivers ,heat engine etc.are de 2scribed in detail.Especially ,an overall analysis of receiver for dish solar t hermal power system is giv 2en ,and t he result s show t hat t he heat pipe receivers have good develop ment prospect s. K ey w ords :solar energy ,t hermal power generation ,parabolic dish concent rator ,stirling engine ,receiv 2er ,radiation ,heat exchange 基金项目: 国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA05Z419) 作者简介: 许辉(19812),男,安徽萧县人,南京工业大学博士研究生,研读方向为高效传热传质设备与新能源开发技术。 碟式太阳能热发电技术是太阳能热发电中光电转 换效率最高的一种方式,它通过旋转抛物面碟形聚光器将太阳辐射聚集到接收器中,接收器将能量吸收后传递到热电转换系统,从而实现了太阳能到电能的转换。从上世纪80年代起,美国、德国、西班牙、俄罗斯(前苏联)等国对碟式太阳能热发电系统及其部件进行了大量的研究。我国对于碟式太阳能热发电技术的研究仍处于起步阶段,许多关键技术需要逐一研究或解决。 1 系统概述 碟式太阳能热发电系统包括聚光器、接收器、热 机、支架、跟踪控制系统等主要部件。系统工作时,从聚光器反射的太阳光聚焦在接收器上,热机的工作介质流经接收器吸收太阳光转换成的热能,使介质温度升高,即可推动热机运转,并带动发电机发电。 由于碟式太阳能热发电系统聚光比可达到3000以上[1],一方面使得接收器的吸热面积可以很小,从而达到较小的能量损失,另一方面可使接收器的接收温度达800℃以上[2]。因此,碟式太阳能热发电的效率非常高,最高光电转换效率可达29.4%[3]。碟式太阳能热发电系统单机容量较小,一般在5～25kW 之间[4～6],适合建立分布式能源系统,特别是在农村或一些偏远地区,具有更强的适应性。
太阳能发电技术的应用及发展综述
太阳能发电技术的应用及发展综述 【摘要】随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。本文首先分析了太阳能发电技术的原理、分类和特点，然后论述了我国太阳能资源的分布，以及太阳能发电技术在我国的应用现状与发展前景，本文是个人的一些观点和看法，可供参考。 标签太阳能；太阳能热发电；太阳能光伏发电 前言 太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的青睐，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳能电池就是利用太阳能工作的。而太阳能热电站的工作原理则是利用汇聚的太阳光，把水烧至沸腾变为水蒸气，然后用来发电。太阳能这种取之不尽、用之不竭的可再生洁净能源越来越受到人类关注。开发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、促进经济可持续发展具有极为重要的意义。随着全球能耗的不断上升及环境污染日益严重，太阳能的利用将成为人类持续生存和发展的重要手段之一，人类对其的探索和研究将更加积极，同时也预示着太阳能发电技术将在社会中扮演越来越重要的角色。我国太阳能资源丰富，太阳能发电产业前景广阔，新疆、西藏、甘肃等地在未来必将成为我国新的能源基地。 一、关于太阳能发电技术概述 目前太阳能发电有两种方法：一种是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电；另一种是通过光电器件利用光生伏打原理将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光伏发电。 1、太阳能热发电。太阳能热发电是将太阳辐射从面积上浓缩产生高温，从而再利用传统方式产生电能，因此该技术用于与热发电机相连来构成发电系统。太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输系统、蓄热贮能系统、热机、发电机等组成。集热系统聚集太阳能之后，经过热传输系统将聚集的太阳能传给热机，由热机产生动力，带动发电机发电。本系统按 太阳能采集方式即集热器类型的不同，可分为槽式系统、塔式系统、烟囱式系统、太阳池和碟式系统。 2、太阳能光伏发电。太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏打原理把太阳光能直接转化为电能的发电方式。太阳能光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、直流—交流逆变器和交流配电设备等组成。太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其利用半导体的光伏效应把光能直接转换为电能，送往蓄电池中存储起来或推动负载工作。太阳能控制器控制着整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。蓄电池（组）是太阳能转换成电能后储存电能的装置。如果太阳能发电系统与交流电网并联运行（光伏并网发电）则太阳能光伏发电系统可以省去蓄电池部分，太阳能控制器和直流—交流逆变器合二为一，发电系统的投资最省，成本下降，同时还可以减少蓄电池对环境造成的影响。所以太阳能并网发电系统是今后光伏发电的主要形式。 3、太阳能发电的特点。太阳能发电具有以下优点：①太阳能资源普遍；②太阳能及电能是清洁能源；③太阳能资源丰富。但也存在缺点：①太阳能能流密度低；②太阳能不稳定；③太阳能发电效率低、成本高。
光伏发电的时代背景综述
综述 光伏发电的时代背景 在人类发展的前5000年，对能源的要求远远没有最近的三百年来得迫切。十八世纪，英国率先开始的工业革命，大大推动了人类社会生产力的发展，以机器生产为标志的生产力远远高于传统手工业生产，人类进入了现代文明时代，对此，人类急切的需求更多的能源以促进生产力的发展。 然而，自然界的一次能源储量有限，能源危机迫在眉睫，根据对石油储量的综合估算可支配的传统能源从全球来看，已探明的石油储量只能用到20-40 年，天然气也只能延续50-60 年左右，即使是储量最丰富的煤炭最多也只能够维持二三百年。就连近代才发展起来的核能发电的原料铀的储量也是有限的，而且还存在安全和污染的难题，同样不能解决世电力的长期稳定供应问题。因此，如不尽早设法解决常规能源的替代能源，人类迟早将面临燃料枯竭的危险局面。 同时，化石能源在开采、运输和使用过程中都会对空气和人类生存环境造成严重的污染。根据相关资料显示，目前，人类使用化学燃料己经为人类生存环境带来了严重的后果，由于大量使用化石能源，全世界每年产生约1亿吨温室效应气体，已经造成极为严重的大气污染，同时使得地球表面气温逐年升高，近二千年来，全球二氧化碳排放量迅速增长，如果不加以控制，温室效应将使南、北两极的冰山融化，这可能会使海平面上升几米，四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。此外，由于环境恶化造成的“黑洞”己经使人类即将面临太阳紫外线的直接照射。 光伏发电的优点 太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关产业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点： ①储量巨大：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳放射的总辐射能量约是 3.75x1023kW，是极其巨大的。其中到达地球的能量高达 1.73x1014kw，穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为8.1x1013kW。在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为 1.7x1013k W，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。太阳的寿命至少尚有40 亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间可以说是无限的。 ②取之不尽，不需要开采和运输。
太阳能热发电技术发展历程简介
太阳能热发电技术发展历程简介 太阳能热发电技术，即把太阳辐射热转抵达成电能的发电技术。它包括两大类：一类是利用太阳热能直接发电，如半导体或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和热离子发电以及碱金属热发电转换和磁流体发电等，这类发电的特点是发电装置本体没有活动部件，但此类发电量小，有的方法尚处于原理性试验阶段。另一类是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本组成与常规发电设备类似，只不过其热能是从太阳能转换来。 在一个世纪前的1878年一个小的太阳能动力站在巴黎建立，该装置是一个小型点聚集太阳能热动力系统，盘式抛物面反射镜将阳光聚焦到置于其焦点处的蒸汽锅炉，由此产生的蒸汽驱动一个很小的互交式蒸汽机运行。 1901年，美国工程师研制成功7350W的太阳能蒸汽机，采用70平方米的太阳聚光集热器，该装置安装在美国加州做实验运行。 1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置，对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为1MW 的太阳炉。 1973年，世界性石油危机的爆发刺激了人们对太阳能技术的研究与开发。相对于太阳能电池的价格昂贵、效率较低，太阳能热发电的效率较高、技术比较成熟。许多工业发达国家，都将太阳能热发电技术
作为国家研究开发的重点。 从1981-1991年10年间，全世界建造了装机容量500kW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座，其中主要形式是塔式电站，最大发电功率为80MW。由于单位容量投资过大，且降低造价十分困难，因此太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。对塔式太阳能热发电的研究开发并未完全中止。 1980年美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站，装机容量10MW。经过一段时间试验运行后，在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站，并于1996年1月投入试验运行。 20世纪80年代初期，以色列和美国联合组建了LUZ太阳能热发电国际有限公司。从成立开始，该公司集中力量研究开发槽式抛物面聚光反射镜太阳能热发电系统。 从1985年-1991年的6年间，在美国加州沙漠相继建成了9座槽式太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，并投入网营运。经过努力，电站的初次投资由1号电站的4490美元/KW降到8号电站的2650美元/kW，发电成本从24美分/ KWh降到8美分/KWh。该公司计划到2000年，在加州建成总装机容量达800MW的槽式太阳能热发电站，发电成本降至5-6美分/KWh。这一进展，经济上已可与常规热力发电相竞争，由于1991年LUZ公司宣告破产而使该计划中断停止。为继续推动太阳能热发电的发展，以色列、德国和美国几家公司进行使用，他们计划在美国内华达州建造两座80MW槽式太阳能热电站，两座100MW太阳能与燃气轮机联合循环电站。在西班牙和摩洛哥分别建造135MW和