高效规模化太阳能热发电的基础研究
项目名称：高效规模化太阳能热发电的基础研究首席科学家：黄湘中国科学院电工研究所起止年限：2010年1月-2014年8月
依托部门：中国科学院
一、研究内容
（一）拟解决的关键科学问题
太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式，以能量的高效转换为主线，涉及到大量的光学、热学、材料学和热能工程等科学领域的基础科学问题以及“光—热—功”系统高效运行的基础理论，重点解决以下关键科学问题：
1、太阳辐射能流聚集—吸收的时空协同输运及转换规律
揭示聚光过程中辐射能流矢量的时空分布规律，研究光热转换过程与吸热结构的关联特性，阐明能流矢量的时空分布对吸热效率的影响机理，探索太阳辐射可控传输及高效光热转换规律，建立聚光与吸热协同设计理论，为大幅度提高光热转换效率和可靠性探索有效途径。
2、极端条件下热能传输蓄存机理及与材料组成结构的关联机制
吸热传热及蓄热系统长期在高温高热流及其时空高度不稳定不均匀等极端条件下运行。研究极端条件下热量吸收与传递机理，深刻认识高温变物性传热及蓄热工质管内传递规律及强化机制，阐明界面传递规律与传热及蓄热材料微结构的量化关系，为太阳能热发电系统传热及蓄热单元高效稳定运行及其材料体系设计提供科学基础。
3、非稳态太阳能光-热-功能量系统集成理论
太阳能热发电是多物理过程、非稳态、强非线性耦合的复杂系统。注重提高系统效率、可靠性和环境适应性是规模化太阳能热发电发展的基本需求。构建以聚集太阳辐射为热源的从光到功的太阳能热发电热力循环理论，深刻认识光、热、功三者耦合规律及热发电系统稳态和动态特性，研究不同传热和蓄热材料对系统热力循环特性的影响，为太阳能热发电系统一体化多层次集成建模提供理论基础。
（二）主要研究内容
针对上述关键科学问题，提出以下主要研究内容：
1.建立光热传输协同设计理论
探索吸热器中流动边界层、热边界层发展与聚光器场边缘能流传输特性的时空对应机制。阐明太阳辐射从聚光器到接收面的空间矢量分布规律，研究从非朗伯特性靶面的能流分布反演大反射面聚光器跟踪误差的方法，探索光流到热流高效可控转化方法。
2.极端条件下辐射—导热—对流耦合传热机理及高效强化的基础理论
主要研究不同吸热结构光热转换规律与效率，揭示非稳态、高度不均匀高热流密度条件下不同传热工质的耦合传热规律和水/蒸汽工质吸热管束内两相流水动力不稳定性特性，探索吸热过程单相和相变工质的强化传热和温度控制原理，阐明吸热结构热应力分布规律，建立吸热器适于吸热器运行实时控制的多参数动态模型。
3.高温传热和高温蓄热过程多尺度表征与传热强化方法
研究时空随机变化的辐射热边界条件下非稳态高温传热和高温蓄热过程多相流体流动行为与耦合传热传质规律。建立传递现象与多尺度结构的耦合关系或构建本构方程，深入探悉多孔蓄热介质相界面行为，相扩散以及界面效应对传递过程的影响机理，揭示高温传热及蓄热过程多尺度结构中热过程特性与控制机理，探索高温变物性传热及蓄热工质管内传递规律及强化方法。
4.新型高温传热蓄热材料微结构设计、绿色制备原理及其环境效应。研究液态金属、熔融盐、离子液体等高温传热材料和相变合金、混凝土、多孔陶瓷等蓄热材料的分子组成和结构设计、绿色制备原理和材料的常温及高温热物理性能，建立高温传热和蓄热材料的相变温度、相变潜热、比热容、导热系数及膨胀系数等热物理性能与材料组成结构的关联机制。研究耐高温铝酸盐水泥并掺入颗粒/纤维导热组分蓄热混凝土材料体系，研究Al-Si-Cu-Mg-Zn合金和熔融盐在高温静态与动态工况下热稳定性、热疲劳和热腐蚀等化学物理特性及分子结构、相组成与性能的演变规律，研究包裹熔盐相变材料的ASZ复相蜂窝陶瓷的相界面形成机理、孔结构特征和材料微结构的控制原理。研究传热和蓄热材料与系统的耦合
机理。建立传热和蓄热材料在高温非稳态工况下的可靠性及耐久性评价体系。
5. 非稳态“光—热—功”能量系统一体化多层次建模及调控策略
创新性地建立将太阳辐射与功耦合考虑的热力学循环模型。在此基础上分析由于太阳辐射特点带来的系统非稳态能量流结构，建立工质物性、局部系统、流体网络和环境效应等四个层次解析模型并研究其相互关系，研究宽进汽参数透平设计参数，揭示系统事故发生和发展机理，研究非稳态太阳能热发电系统的调控策略和安全机制。
6．规模化太阳能热发电的环境适应性
未来大规模太阳能热发电站是节水运行电站，同时大规模镜场的覆盖对减少土壤蒸发量有益，有利于缓解干旱。该部分主要研究不同的干冷模式对太阳能热发电热力循环效率和成本的影响机制，研究规模化太阳能热发电技术全生命周期环境效应分析方法。
二、预期目标
（一）总体目标
通过本项目研究，以提高效率为主要手段，期望在太阳能热发电领域低成本化方面取得重大进展，全面掌握百MW级太阳能热发电站系统设计方法，将平均发电成本（LEC）降低30%以上。并结合工程示范，验证新理论、新方法和新材料。
建立太阳辐射能流聚集—吸收的协同输运及转换的理论框架，开发聚光系统新型材料体系，形成聚光与吸热过程协同设计方法；发展辐射能流时空不稳定非均匀条件下传热学理论，揭示蓄热过程多相耦合传递机理，探索新型传热、蓄热材料的构建体系，深入认识基于高效吸热-传热-蓄热特征的材料可控设计的科学内涵，为低成本高效传热、蓄热材料制备技术及规模化应用提供科学基础；建立不可控输入的太阳能“光—热—功”能量系统一体化集成与调控理论，发展“光—热—功”转化中热能梯级利用原理；探明规模化热发电全寿命周期内环境影响机制，形成太阳能热发电的环境适应性设计方法。
形成一支在太阳能热发电领域具有国际竞争力的研究团队，建成培养太阳能领域高素质创新人才、太阳能热发电科学技术研究基地，增强承担国家重大科研攻关任务的能力，提升太阳能利用水平和发展能源、材料学科的科技创新能力与综合竞争实力。
（二）五年预期目标
1 科学理论层面
(1) 揭示聚光器能流传输的时空分布规律及其对吸热过程的影响机理，完善高聚光比及能流高效可控传输的非成像聚光理论，发展聚光吸热一体化集成设计方法，为高效聚光系统和吸热结构的设计提供科学理论支撑。
(2) 揭示不同工质在时间和空间分布高度不均匀、高温、高热流、辐射—传导—对流耦合条件下的传热机理，阐明吸热器内能量传递的机理和规律，提出减小吸热器热损失、强化换热过程和提高吸热器接纳光通量及其热流密度分布均匀化的方法和途径。
(3) 发展完善高温传热介质和蓄热介质的变物性流动传热理论、预测方法及其强化途径，获得多孔蓄热介质相界面行为，相扩散以及界面效应对传递过程的影响机理，建立传递现象与孔隙结构的多尺度耦合关系并构建本构方程。发展高温传热及蓄热材料微结构形成，控制和演变理论和制备技术，构建高温传热及蓄热材料体系。
(4) 构建适应太阳能利用过程的非稳态、非线性“光—热—功”一体化能量系统模型，探明非稳态体系的光热及热功转化过程之间相互作用机理，探索适合太阳能热发电规模化的新型工质和新型高效热力循环，创建太阳能热发电系统可靠性控制与安全策略理论；建立规模化太阳能热发电站对整体环境作用的评价体系，揭示太阳能热发电过程环境影响机制。
2关键技术层面
1. 研制两种新型光学曲面，并配合研制出相应的聚光器原理样机：其光斑90%能量区年典型天变化量与同时刻球面系统相比小10%；
2．可在400?C~1200?C下长期工作的吸热器设计方法，研制两种吸热器样机，输出介质温度不低于450?C和800?C。
3. 发展若干新型蓄热技术。与现有的蓄热技术相比：单位重量蓄热密度增大75%－100%，传热系数提高20%－80%，单位蓄热量成本降低25%－40%，为蓄热系统的工程设计提供依据。
4. 使用新型太阳能吸热器、传热介质及储热单元与现有塔式系统配合进行试验。
3 论文发表和人才培养
在本项目研究过程中，拟出版理论体系明确、特色鲜明的学术专著1～2部，发表论文200篇以上，其中SCI / EI收录的论文100篇以上，申报发明专利25项以上，软件著作权登记2-3项；培养造就一支团结合作、富有朝气和创新精神的可再生能源基础与高技术研究队伍，包括2-3 名具有国际影响力的科学家、1～2名国家级人才奖励计划获得者、中青年学术带头人8～10名、培养博士、硕士研究生90-100名。
三、研究方案
（一）学术思路
本项目拟以构建光、热、功间的内部关联机制为牵引，以探索光能到热能高效输运与转换的时空协同规律为主线，以材料功能创新与能量高效转换相耦合为突破口，同时注意热发电与生态环境作用机制，完善太阳能热发电理论。并结合正在进行的863项目，对提出新原理、新方法和新材料予以实证和放大。
从包括热力学、流体力学、传热学、光学、材料学以及热能工程等多门工程科学的学科交叉协同的角度，整合各学术群体的力量，运用非成像光学聚光理论、不可逆过程热力学、材料设计理论等学科方法，在几何光学、热力学、传热学与材料科学的学科边缘上取得突破，以揭示太阳能“光—热—功”转换过程传递、转化及反应规律为切入点，得到多尺度结构与宏观传递性能的关系，设计材料结构与性能，发展光热转换材料与传热及蓄热材料的绿色制备技术。以聚光比为主要参数，对光到功的太阳能热发电的热力学循环模式和一体化集成建模进行研究，从而提出提高系统性能和可靠性的方法，并为适合于太阳能热发电汽轮机的设计提供基本参数依据。
利用材料科学与工程热物理基础理论分析高温传热及蓄热材料的多相转变与界面动力学特征，分析多尺度结构中传热及蓄热介质的多相耦合传递机理，建立蓄热系统的基本物理模型。在实验研究基础上研究高温变物性传热及蓄热工质管内传递规律及强化机理，并进行传热及蓄热过程的热力学与动力学性能优化与控制机制研究。研究传热及蓄热材料热物性的变化规律与物理机理，进一步分析传热及蓄热材料高温稳定性与腐蚀动力学特征与机理。根据材料原子、离子或分子间的相互作用，研究材料微结构与宏观传热特性的关联机制，探索高温传热及蓄热材料的成分构成体系，发展传热及蓄热材料微结构形成、控制和演变理论及微结构可控的制备技术。
（二）技术路线
图1 项目技术路线
开展本项目研究的技术路线如图1所示，兹对各个环节说明如下。
1 研究聚光器边缘光线传播的时空特性，建立聚光器与吸热面间能流传输及光热转换的理论模型，实现聚光与吸热的协同设计，通过聚光器结构设计和材料选择减小温度、重力和风载等对聚光性能的影响，采用聚光器跟踪误差的高精度测量技术对积累误差进行可控修正，实现聚光器高精度跟踪和定位。研究适合用于制作复杂高精度曲面的薄膜反射材料。对高分子主链结构和侧链取代基进行设计，主链采用键能更高的化学键作为高分子骨架，使之从分子结构上达到耐候的要求；侧链取代基根据自洁和与反射层的结合进行设计，保证这种高分子链结构及其聚集态结构达到反射光材料的结构要求。在其表面修饰可与高分子膜进行分子间键合的无机纳米官能基。通过调整无机颗粒的尺寸分布，来保证复合膜高的透明度，同时利用无机颗粒的高强度提供给透明层更高的抗蚀性能和力学强度，满足光反射材料的复杂环境下的服役要求。
2研究高温蓄热混凝土、Al-Si-Cu-Mg-Zn合金高温相变蓄热材料和夹层包裹相变材料的蜂窝陶瓷的成分及结构设计与材料的热物理性能之间的关系，探索蓄
热材料的构建体系和材料性能的影响机制。研究耐高温铝酸盐水泥蓄热混凝土材料体系，采取多元级配紧密堆积方式提高材料的高温力学性能和耐热冲击性能。根据导热与管内流动换热系数设计换热管道布局方式。对Al-Si-Cu-Mg-Zn组分进行多元合金设计，以热焓值较大的Al、Si为主组分，加入高密度的Cu提高材料体积热容和热循环使用寿命；添加Mg、Zn调节合金的相变温度，形成相变温度高、潜热大和使用寿命长的高温合金蓄热材料体系。研究包裹熔盐相变材料的ASZ复相蜂窝陶瓷，构成显热和潜热协同高效蓄热体系。蜂窝陶瓷基体采用Al2O3，掺入ZrO2实现相变增韧，添加SiC微米颗粒弥散增韧并提高热导率，以瞬态热熔技术封装熔融盐形成潜热单元，与其他通孔显热单元构成高温蜂窝陶瓷蓄热材料。
3建立不同传热及蓄热介质的对流传热试验台，进行不同条件下（流速，温度、压力、换热方式，管型等）的对流换热测试，获得自然、受迫及混合对流传热系数及其影响规律，综合大量试验数据获得试验关联式。确定熔融盐相变材料蓄热段结构设计、选择合适的多孔介质颗粒直径分布、孔隙率、流速等，使得传热、蓄热、流阻之间达到平衡。对蓄热系统进行整体性能测试，包括蓄/放热效率、换热系数、相变过程、以及可重复性和可靠性测试，并确定各参数对熔融盐在多尺度结构中流动与传热性能的影响趋势与作用规律。建立多尺度结构蓄热过程多相耦合传递的物理模型和数学表述，结合实验探悉深层次的流体动力学行为、相界面形态及热质传递规律。
4从太阳能热发电不可控输入与可控能量输出特征入手，通过深入分析太阳能热发电系统的能量流结构，采用显式欧拉算法，构建太阳能光-热-功能量转换系统集成一体化模型。在此基础上，建立全工况实时仿真模型，结合典型实例，分析事故脉络拓扑与时间序列，揭示事故发生、发展机理，建立多过程耦合、非线性发电系统的多层次安全保护机制和调控策略。基于环境学理论和采用全生命周期分析方法，构建太阳能热发电系统的环境相容局域解析模型，研究太阳能热发电系统全生命周期内环境效应机制和预测方法，以形成大规模太阳能光-热-功能量系统一体化集成与调控理论体系框架。
（三）创新点与特色
1揭示高效聚集的太阳辐射能流矢量的时空分布规律与光热转换过程及吸热结
构的关联规律，建立聚光器和吸热器的协同设计理论。
2 传热及蓄热过程的多尺度表征与传热及蓄热材料微结构形成、控制与演变理论。揭示多尺度结构中传热及蓄热过程的多相耦合传递机理，构建高温传热及蓄热材料体系，发展微结构可控的绿色制备、无害化处理再生技术。
3建立从太阳辐射能到功的全系统热力学循环新模式，揭示非稳态条件下“光-热-功”的能量转化规律。建立较为完善的整体优化综合集成模型及全工况动态模型。初步形成大规模太阳能“光-热-功”系统集成与调控理论体系框架。
（四）可行性分析
本项目的学术思路和技术途径来源于项目承担单位在光学、热学、材料学和热能工程等学科领域扎实的工作基础和太阳能热发电领域的多年研究经验。
1项目承担单位具备扎实的研究基础。本项目主要承担单位正共同承担
863“十一五”重点项目“太阳能热发电技术及系统示范”的研究和建设，对聚光、吸热、蓄热等关键技术开展了系统研究，并率先开展了系统集成仿真及环境效应的初步研究，为本项目的学术思路形成和技术途径制定奠定了良好基础。2010年将建成的1MW太阳能塔式热发电实验电站，可以为本项目提供实用化的实验平台。
2项目承担单位在相关领域已取得大批高水平研究成果。本项目申请各个单位在国家自然科学基金、国家863计划和973计划资助下，已经在光学、热学、材料学和热能工程等相关领域开展了大量的基础研究工作，并取得了丰硕成果，作为主要完成人已获得6项国家级科技奖励，很多成果与本项目直接相关，或者可以直接应用于本项目的研究工作，为本项目提供了丰富的研究经验和充分的知识储备。
3 项目承担单位具备从事本项目研究的实验基础条件。每个项目承担单位都在本项目相关领域设有至少一个省部级重点实验室，如西安交通大学、武汉理工大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所均设有国家重点实验室，中国科学院电工研究所设有中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室。这些实验室特色鲜明，在应用光学、热学、材料学等研究领域具有重要影响力，可以为本项目研究提供非常好的基础研究实验条件。
4 项目承担单位具有很好的国际合作基础。目前，项目承担单位与美国、西班牙、英国、澳大利亚及日本等国家和地区的大学和研究单位保持着实质性的合作关系，并已经在本项目相关研究领域开展了合作研究。例如：电工所与西班牙国家能源实验室CIEMAT、美国可再生能源实验室（NREL）及桑迪亚实验室、法国国家科学研究中心CNRS的太阳能与材料研究所(PROMES)、澳大利亚CSRIO的国家太阳能研究中心(NSEC)等正在进行实质性的合作。项目具有良好的国际合作环境。
(五) 课题设置
本项目针对规模化太阳能热发电的三个关键科学问题，通过对光-热-功转换基础理论的研究，围绕项目的总体目标和研究方案，设置了如下6个课题：
1.太阳辐射能高效聚集与镜场时空协同理论
2.吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理
3.高温传热及蓄热过程多尺度结构中流动与传递规律
4.大规模太阳能热发电系统集成及调控策略
5.高温传热及蓄热材料设计与性能调控原理
6.规模化太阳能热发电系统环境的适应性
上述6个课题相互关联又互相支撑。课题1重点研究太阳辐射能流高效传输的非成像聚光机理和动态分配机制，为规模化聚光系统的建立提供理论指导，并为课题2的研究提供必要的边界条件信息。课题2和课题3主要开展极端条件下热量的吸收、传递与蓄存过程的能量输运规律和强化机理研究，为课题4的热功转换提供支撑。课题4研究不可控输入与可控输出能量系统的集成机理及运行控制策略，为大规模太阳能热发电的系统集成、性能评价和实时控制提供理论支撑。结合课题2和3的研究，课题5通过高温传热及蓄热介质分子设计和微结构可控设计，发展高温传热蓄热介质的优化设计理论和制备方法。课题6主要研究太阳能热发电系统的选址要素、可行性条件及其环境适应性，使规模化太阳能热发电与环境具有良好的相容性。
本项目各个课题间的关系如图2所示。
课题1. 太阳辐射能高效聚集与镜场时空协同理论1.研究内容
(1)能流高效传输的非成像聚光机理。研究聚光器边缘光线传播的时空分布特性，建立聚光器性能分析和评价理论模型，探索高聚光比高效率的非成像太阳能聚集机理。
(2)聚光场能流传输的动态分配机制。揭示能流矢量的时空分布对吸热效率的影响机理，建立聚光场与接收面间能流高效传输的动态分配理论模型。
(3)聚光器及跟踪系统的适应性设计。研究复杂环境下聚光器支撑结构和面形的变化规律，探索聚光器运行姿态的精确测量方法，建立聚光器跟踪系统的自主纠偏机制。
(4)轻质高强聚光器用高分子复合薄膜设计及复合结构模拟。研究有机-无机纳米复合效应、高分子复合薄膜耐候机制，揭示透明高分子复合薄膜的多尺度结构与聚光器环境适应性的关联规律。
2. 研究目标
建立聚光器与接收面间的高效聚光和能流传输的物理模型，揭示风载、温度、重力及材料对聚光性能的影响规律，探悉聚光器结构与材料的环境适应性机制及跟踪误差自主纠偏机制，阐明透明高分子薄膜的多尺度结构与聚光器环境适应性的关联规律，建立新型高效聚光系统和高精度跟踪体系，为低成本、规模化聚光系统的构建提供科学技术支撑。
承担单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
课题负责人：卢振武
经费比例: 10%
课题2. 吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理
1.研究内容
(1) 吸热表面能流时空分布规律及其均匀化机理。研究高效的光-热转换结构，建立吸热面或腔体内部辐射能流分布的数学物理模型，发展相应的数值方法，获取吸热面或腔体内部热流的分布规律；采用微分进化算法对吸热器的腔体结构和吸热管的分布进行调整，得出吸热管最佳热流密度分布的优化方案；探索吸热表面能流均匀化机理，设计与之相适应的吸热结构。
(2) 吸热过程辐射-导热-对流耦合的传热机理。阐明非稳态、高度不均匀高热流密度条件下不同传热工质（水/蒸汽、熔融盐、液态金属、空气等）在复杂结构吸热器内的耦合传热规律；构建真空管式吸热器内跨尺度数值模拟方法；建立非连续辐射强度下，并联吸热管束内两相流水动力不稳定性的系统数学模型；针对系统模型方程中瞬态变化系数差别很大而导致的病态方程组问题，开发专门的高效而稳定的算法；建立吸热器对外界冲击热负荷的解耦性能评价模块，掌握太阳能吸热器的水力热力不稳定特性。
(3) 吸热过程单相和相变工质的强化传热和温度控制原理。研究无相变工质和水/蒸汽工质高效强化传热表面的设计优化；阐明无相变工质对流传热强化与流动阻力增加之间的联系，探索能实现高效低阻强化传热的原理与途径；揭示相变工质在非连续、非均匀的辐射条件下由过冷状态发展到过热蒸汽的热质传递新规律，开发强化沸腾传热表面结构。
(4) 吸热表面热应力分布规律及其运行安全可靠性。建立非稳态非连续非均匀辐射强度下吸热表面的热流固耦合计算模型，发展吸热管热应力测试方法，阐明吸热结构热应力分布规律；分析吸热结构在加载和卸载下的应力正态分布曲线，研究吸热管的安全可靠性评价方法；分析吸热器运行条件、运行状况和吸热管安全可靠性之间的关系，为吸热器材料的选取和安全可靠运行提供理论指导。(5) 吸热器动态模型及其时变自适应性。建立吸热器当地太阳方位和气象条件下的流动传热及热应力数据库，基于POD方法发展适于吸热器运行实时控制的动态多参数降阶模型，利用正交设计方法研究动态多变量降阶模型的变量对吸热器性能影响的显著性水平，实现吸热器运行的实时控制。
2. 研究目标
探索高效的光-热转换机理与结构，研究与吸热器结构耦合的高温传热工质的运行特性，揭示不同工质在时间和空间分布高度不均匀、高温、高热流、辐射-传导-对流耦合条件下的传热机理，获得吸热器内能量传递的机理和规律，提出减小吸热器热损失、强化换热过程和提高吸热器接纳光通量及其热流密度分布均匀化的方法和途径。建立太阳能吸热器热流固耦合模型和动态模型，设计两种类型的吸热器样件并进行运行特性的实验研究，为吸热器的工程设计提供依据。承担单位：西安交通大学，河海大学
课题负责人：李增耀
经费比例：25%
课题3. 高温传热及蓄热过程多尺度结构中流动与传递规律
1.研究内容
(1)变物性传热及蓄热介质管内流动传热规律与强化机理。研究变物性高温传热及蓄热介质管内混合对流及受迫对流（包括层流、湍流和过渡流）的流动传热机理及强化方法，获得传热及蓄热介质在光滑管及各种强化管内流动与换热的无量纲准则数方程式。
(2)多孔介质中高温熔融盐的相变与界面动力学特征。认识界面传递现象的基本特性和规律，以结构尺度、孔隙分布和微弱效应影响区域为重点考虑，确定传递现象、各种微弱效应现象与多尺度因素的内在关系，建立描述多孔介质输运性质分析模型，探讨表面和界面区粒子传递现象、微观相界面瞬态变化规律；
(3)多尺度结构中传热及蓄热介质的多相耦合传递机理。探索多相系统多尺度结构形成机制、稳定性条件、结构形态与突变演化规律及其对传递和反应性能影响等，利用在特定尺度范围内系统特征关系满足标度不变性的规律，阐明微观、介观和宏观尺度现象之间相互关联和量化的规律，建立时空多尺度结构及其传递性能的量化方法；
(4)熔融盐蓄热过程热力学与动力学性能优化与控制理论。根据高温蓄热多尺度结构能量传递与结构形成、形态和演化等内在规律，发展进行多孔介质内相变传热及蓄热材料传递现象的宏观分析模型，探索强化蓄热过程传热传质机理与方法。
(5)多孔介质内部传递现象和微弱效应的准确实验技术和测试方法。研究多孔介质输运性质参数的测试技术，如渗透率、孔隙率、毛细表面张力和接触角等测试方法，探索多孔介质内部传递现象和微弱效应的准确实验技术和测试手段，验证模型的有效性。
2. 研究目标
揭示高温变物性传热及蓄热介质的流动传热规律、预测方法及其强化途径，通过多孔介质界面和尺度结构特性参数的分形表述、建立起传递现象与孔隙结构
和多尺度耦合关系或构建本构方程，阐明多孔蓄热介质相界面行为，相扩散以及界面效应对传递过程的影响机理和耦合作用规律，揭示高温传热及蓄热过程多尺度结构中热过程特性与控制机理，为蓄热系统的工程设计提供依据。
承担单位：中山大学，北京工业大学
课题负责人：丁静
经费比例：25%
课题4: 大规模太阳能热发电系统集成及调控策略
1.研究内容
（1）非稳态光-热-功能量协同转换规律。研究大容量太阳能热发电系统吸热工质、蓄热工质和做功工质的性能和匹配机理；研究非稳态下光-热-功能量转化的稳态和动态热力特性，阐明光热转化、热量传输、热量蓄存及热功转换过程相互作用规律，建立全工况控制模型。
（2）规模化太阳能热发电系统节水型热力循环。研究冷却水再利用的复合热力循环和太阳能空气多级预热新型燃气轮机布雷顿热力循环，探讨与水资源相容的光-热-功能量系统集成方法，构建适合荒漠地区的太阳能热发电系统设计的理论框架；研究适合于非稳态光-热-功能量转化系统的新型工质和新型动力循环。（3）光-热-功能量系统一体化模型建立及集成方法。构建工质物性、局部系统、流体网络和太阳能热发电全过程的四个层次解析模型，研究求解复杂的非线性问题的集成算法，从全过程的高度构建用于整体优化综合集成模型，寻求全工况的太阳能热发电系统一体化集成方法，研究宽进汽参数透平内效率的影响机制和可靠性影响机理。
（4）非稳态太阳能热发电系统控制行为机制与安全应对策略。分析太阳能热发电系统的量流结构，研究太阳能热发电系统内在作用规律，热发电系统热力学、控制学耦合机理。构建太阳能热发电系统全工况动态仿真模型，研究太阳能热发电系统非稳态特征调控策略、安全机制，揭示多过程耦合、非线性系统事故发生、发展机理，建立非稳态太阳能热发电系统多层次安全保护机制。
2. 研究目标
揭示光—热—功转换特征对太阳能热发电效率影响的物理机制，阐明太阳能
热发电系统集成规律；建立多过程耦合、非稳态、非线性太阳能热发电系统的全范围、全过程、全工况实时仿真模型和综合评价模型；揭示太阳能热发电系统事故发生、发展机理，建立事故预警、干预、防止的机制，为制定全系统安全应对策略提供理论依据；研究适合非稳态光-热-功能量转化系统的新型工质和新型动力循环，为高效规模化太阳能热发电系统的设计方法提供理论支撑。
承担单位：中国科学院电工研究所，中国科学院工程热物理研究所
课题负责人：孔力
经费比例：17.5%
课题5. 高温传热及蓄热材料设计与性能调控原理
1.研究内容
(1) 高温相变传热蓄热材料体系构建规律与相界面效应。研究Al-Si-Cu-Mg-Zn 合金、混凝土、多孔陶瓷、熔融盐、离子液体等传热蓄热材料成分结构设计与材料的相变温度、相变潜热、比热容、导热系数及膨胀系数等之间的关系，探索材料微结构和性能在高温非稳态工况条件下的演变规律。
(2) 传热蓄热材料热物性计算与测试方法。根据传热蓄热材料热物性规律，建立材料在常温及高温条件下性能的测试评价方法，构建其热物理性能数值模拟计算模型，建立蓄热传热材料热物性测试评价体系及评价规范。
(3) 高温静态与动态下相变传热蓄热材料热稳定性、腐蚀性与环境效应。研究Al-Si-Cu-Mg-Zn合金和熔融盐在热循环条件下热物理性能的变化规律，研究相变传热蓄热材料在高温静态与动态工况下热稳定性、热疲劳和热腐蚀等化学物理特性。研究蓄热系统在长期循环高热载荷和循环交变热应力工况下化学及力学稳定性，建立蓄热系统的可靠性及耐久性测试与评价体系。
(4) 多孔蓄热材料微结构形成规律与控制原理。研究新型混凝土蓄热材料的绿色制备原理，相界面形成机理、孔结构特征和材料微结构的控制原理。研究ASZ 复相蜂窝陶瓷分子设计、孔结构设计及其与多种相变蓄热材料的耦合和封装原理。
(5)高温传热、蓄热材料的无害化制备与再生理论。研究高温传热、蓄热材料全
寿命周期内的环境影响机理，形成传热、蓄热材料绿色制备理论，研究失效材料的循环再生利用机理，建立废弃物的安全处理机制，各类蓄热材料的性能测试平台与科学评价体系的建立。
2. 研究目标
探索高温相变传热蓄热材料构建体系，揭示相变传热蓄热材料相行为与界面效应对传热输运的影响规律，发展高温传热蓄热介质的优化设计理论和制备方法。探索高温蓄热材料微结构及传热蓄热性能之间的科学本质，发展蓄热材料微结构可控的制备新技术。研制出2～3种具有自主知识产权和应用前景的新型高性能传热、蓄热材料，蓄热密度增大75%－100%，传热系数提高20%－80%，制造成本降低25%－40%，工作温度范围从290℃－565℃增大至220℃－650℃。承担单位：武汉理工大学
课题负责人：吴建锋
经费比例: 10%
课题6. 规模化太阳能热发电系统的环境适应性
1.研究内容
(1)干冷发电模式及环境适应性机制。研究太阳能热电站用水及节水规律，研究新型干冷模式的太阳能热发电系统，并建立一定规模的试验装置。探讨适合沙漠环境的特殊冷凝方法，探索土地遮阳率与戈壁沙漠生态系统恢复的关系。(2)全生命周期的环境影响效应。研究规模化太阳能热发电技术全生命周期环境效应分析方法。研究和分析太阳能热发电系统向大气、水体和陆地的废弃物排放对环境的长期影响机理，分析对环境造成的影响及成分变化趋势。
(3)材料环境实验条件及绿色化处理。对太阳能热发电站使用的各类材料提出环境老化实验指标体系。通过材料与环境作用机制的研究，提出各类材料绿色化处理的指标体系，为材料无公害化处理提供基本依据。
2. 研究目标
建立太阳能热发电系统环境模型，通过研究和分析计算确定选址影响因子和可行性条件，提出判断厂址确立与否的原则和不同区域环境条件的差异特征，研究提出适应农业、畜牧业和干旱沙漠地区的新型太阳能热发电系统。建立环境适应性模型，计算和分析向大气、水体和陆地的废弃物的排放总量及对环境生态的影响，与常规燃料发电的排放进行比对，判别其影响趋势，分析不同事故工况下的影响范围和边界，提出系统故障的预测和管控方法。建立性能测试平台，提出废弃物的安全处理方法。
承担单位：中国科学院电工研究所
课题负责人：黄湘
经费比例: 12.5%
四、年度计划
塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统就是在空旷得地面上建立一高大得中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔得周围安装一定数量得定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶得接收器得腔体内产生高温,再将通过吸收器得工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出得蒸汽得到冷凝,变成水，重新参加循环。 不同颜色得线条表示不同温度得工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式得聚光比小,一般在５0左右,为维持高温时得运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式得聚光比大,一般可以达3００到150０,因此可以使用非真空得吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术得槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔得吸热器可以在５０0℃到1５00℃得温度范围内运行,对提高发电效率有很大得潜力。而槽式得工作温度一般在400℃以内，限制了发电透平部分得热电转换效率。接收器散热面积相对较小,因而可得到较高得光热转换效率。 ５.塔式太阳能热发电系统得组成按照供能得不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳得实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上得吸热器吸收由定日镜系统反射来得高热流密度辐射能,并将其转化为工作流体得高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面得蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电。 由于太阳能得间隙性，必须由蓄热器提供足够得热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能得不足,否则发电系统将无法正常工作。 ６大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高１18 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔9２m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 ｍ3得饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 得燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦得汽轮发电机组构成。 ?热力循环过程包括两个方面：
光热发电的前景和弊端
光热发电的前景和弊端 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。这种技术的关键元件是太阳能电池，经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 一、光热发电 光热发电是指将太阳能聚集，通过换热装置提供蒸汽，进而驱动汽轮机发电。 1.原理不同：光伏--高纯硅可以利用太阳光照产生直流电，光伏发电； 光热--收集太阳热加热工质成汽态，推动汽轮机，发电机发交流电，光热发电；原理与传统发电的一样； 2.蓄能方式不同：光伏-蓄电池，使用期限是几年，需更换，更换的电池会造成大量污染； 光热-蓄热罐； 使用热熔盐，不需更换，只需添加； 3.使用方向不同：光伏--适合分散式、小规模、高档城市；小局域供电 光热--适合集中式、大规模、一般性地区；整个地区、省、甚至全国大范围供电，仅仅利用新疆沙漠100平方公里 的太阳热能，就够我们整个中国的用电；新疆沙漠是42.48万平方公里； 4.相关产业链不同：光伏--硅矿生产、提纯、切片、产品，相关产业链专业单一； 光热--钢铁、玻璃、水泥等等，涉及到多个行业，类似房地产，相关产业链长，非常丰富； 5.核心技术设备所有权不同：光伏--核心技术、设备都被德国、俄罗斯、日本、美国等掌握；我们需花大量外汇购买；光热--核心技术、设备全部国产化；所有知识产权完全国有； 二、含义：太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所
塔式与槽式太阳能热发电技术
塔式与槽式太阳能热发电技术 塔式太阳能热发电 塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。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，用以产生高温，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。 塔式太阳能热发电特点 塔式电站的优点： １．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； ２．能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效； ３．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。 塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。虽然这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初次投资为１．４２亿美元，成本比例为：定日镜５２％、发电机组、电气设备１８％、蓄热装置１０％、接收器５％、塔３％、管道及换热器８％、其它设备４％。但随着制镜技术的提高和规模的增大，定日镜成本将大幅度降低。以美国Ｓｕｎｌａｂ为代表的研究部门以及Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测图１。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约３０～４０＄ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度电５～６美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；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技术中成本最低的一种方式。 我国塔式太阳能热发电技术发展状况 随着太阳能利用技术的迅速发展，从２０世纪７０年代中期开始，我国一些高等院校和科研院所，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础试验研究，并在天津建造了一套功率为ｌｋＷ的塔式太阳能热发电模拟装置。 《中国新能源与可再生能源１９９９白皮书》指出：我国太阳能热发电技术的研究开发工作早在７０年代末就开始了，但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验样机，与国外差距很大。 近几年来，中国工程院院士张耀明教授带领南京春辉科技实业有限公司南京玻璃纤维研究设计院三所科技人员，在太阳能热发电研究领域中，取得了自动跟踪太阳、聚光、
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
碟式太阳能热发电系统的原理与构造
碟式太阳能热发电系统的原理与构造 芃 摘要：碟式太阳能热发电系统由碟式抛物面聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，本文介绍了碟式抛物面聚光镜的结构，并介绍了碟式太阳能接收器的原理与结构。 关键字：碟式太阳能发电系统，碟式抛物面反射镜，直接加热式太阳能接收器，间接加热式太阳能接收器，池沸腾接收器，相变式太阳能加热器，斯特林发动机 碟式太阳能热发电系统主要由碟式聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，目前峰值转换效率可达30%以上，是一种有前途的太阳能热利用装置。 1. 碟式抛物面反射镜 碟式太阳能热发电系统采用旋转抛物面汇聚太阳光，旋转抛物面是抛物线绕轴线旋转形成的面。与抛物面轴线平行的光线照射到镜面时，光线会聚焦到焦点，在焦点放置的物体会被加热到很高的温度，见图1。 图1 旋转抛物面聚光镜 每个碟式太阳能热发电系统都有一个旋转抛物面反射镜用来汇聚太阳光，圆形的反射镜像碟子一样，故称为碟式反射镜。由于反射镜面积小则几十平方米，大则数百平方米，很难造成整块的镜面，是由多块镜片拼接而成。一般几kW的小型机组用多块扇形镜面拼成园形反射镜，如图2左侧照片；也有用多块园形镜
面组成，如图2右侧照片。大型的一般用许多方形镜片拼成近似园形反射镜，如图3照片所示。 图2 网上的碟式太阳能系统照片 图3 网上的碟式太阳能系统照片 拼接用的镜片都是抛物面的一部分，不是平面，多块镜面固定在镜面框架上，构成整片的旋转抛物面反射镜。整片的旋转抛物面反射镜与斯特林机组支架固定
在一起，通过跟踪转动装置安装在机座的支柱上，斯特林机组安装斯特林机组支架上，机组接收器在旋转抛物面反射镜的聚焦点上，见图4。 跟踪转动装置由跟踪控制系统控制，保证抛物面反射镜对准太阳，把阳光聚集在斯特林机组的接收器上。关于跟踪知识请浏览“鹏芃科艺”网站（https://www.360docs.net/doc/503733411.html,）的“聚光太阳能热利用”栏目“太阳的视运动与跟踪”章节。在该栏目的“碟式太阳能热发电系统”章节有碟式太阳能热发电系统动画，可在线观看或下载。 图4 碟式太阳能发电系统组成 2. 斯特林发电机组 斯特林发动机是一种外燃机，依靠发动机气缸外部热源加热工质进行工作，发动机内部的工质通过反复吸热膨胀、冷却收缩的循环过程推动活塞来回运动实现连续做功。由于热源在气缸外部，方便使用多种热源，特别是利用太阳能作为热源。碟式抛物面聚光镜的聚光比范围可超过1000，能把斯特林发动机内的工质温度加热到650度以上，使斯特林发动机正常运转起来。在机组内安装有发电机与斯特林发动机连接，斯特林发动机带动发电机旋转发电。 斯特林发动机的技术较复杂，就不在这里介绍了，在“鹏芃科艺”网站（https://www.360docs.net/doc/503733411.html,）有“斯特林发动机”栏目专门介绍斯特林发动机的原理与
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lkW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lKW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。 图1 塔式太阳能电站系统流程示意图
太阳能光热发电技术
太阳能光热发电技术的应用与发展 摘要：太阳能是一种用之不尽、取之不竭的清洁能源，在能源与环境问题日趋严峻的今天，很多国家都对太阳能发电技术进行了研究和实践，并取得了一些成果。太阳能光热发电是太阳能利用的一种有效方式，目前有槽式、碟式和塔式三种典型的太阳能光热发电方式。比之传统的火力发电方式，太阳能有其环保的优势，但是也存在一些问题需要去克服。随着人类对清洁能源的需求太阳能发电技术将会得到更加深入的发展。 1.太阳能热发电技术概述 能源与环境问题是当今世界面临的两个重要问题，随着化石能源的日趋枯竭，一次能源的利用成本也不断增加，由于大量的燃烧矿石燃料，使环境问题日益严重，温室效应、空气污染越来越引起人们的重视。近年来一些可再生能源受到了人们的推崇，为各国所重视。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，利用太阳能直接发电是缓解甚至解决能源问题的一种有效方式，世界各国也都在做积极的努力，已经有很多太阳能发电项目投入运行，太阳能发电技术在未来有着广阔的发展前景。 太阳能是太阳通过辐射的方式想宇宙空间释放的能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、等也都是由太阳能转换来的。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369W/ m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为 0.20kW/m2，相当于有 102000TW的能量，人类 依赖这些能量维持生存， 其中包括所有其他形式的 可再生能源（地热能资源 除外），虽然太阳能资源总 量相当于现在人类所利用 的能源的一万多倍，但太 阳能的能量密度低，而且 它因地而异，因时而变， 这是开发利用太阳能面临 的主要问题。太阳能的这图 1 世界各国太阳能发电装机容量些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
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
塔式太阳能热发电站工作原理
2塔式太阳能热发电系统就是在空旷的地面上建立一高大的中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔的周围安装一定数量的定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温,再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出的蒸汽得到冷凝,变成水,重新参加循环。 不同颜色的线条表示不同温度的工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式的聚光比小,一般在50左右,为维持高温时的运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式的聚光比大,一般可以达300到1500,因此可以使用非真空的吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术的槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔的吸热器可以在500℃到1500℃的温度范围内运行,对提高发电效率有很大的潜力。而槽式的工作温度一般在400℃以内,限制了发电透平部分的热电转换效率。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。 5.塔式太阳能热发电系统的组成按照供能的不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳的实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐 射能,并将其转化为工作流体的高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽,推动常规汽轮机发电。 由于太阳能的间隙性,必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足,否则发电系统将无法正常工作。 6大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高118 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔92 m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 m3的饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 的燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦的汽轮发电机组构成。 热力循环过程包括两个方面:
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。
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.
塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计
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塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计 作者：耿其东， 朱天宇， 陈飞， GENG Qi-dong， ZHU Tian-yu， CHEN Fei 作者单位：耿其东,GENG Qi-dong(盐城工学院机械工程学院,江苏,盐城,224051)， 朱天宇,陈飞,ZHU Tian-yu,CHEN Fei(河海大学机电工程学院,江苏,常州,213022) 刊名： 热力发电 英文刊名：THERMAL POWER GENERATION 年，卷(期)：2009，38(2) 被引用次数：0次 参考文献(5条) 1.刘祖平一种跟踪和聚光的全新的理论[期刊论文]-中国科学技术大学学报 2006(12) 2.张宝星太阳能利用的跟踪与聚集系统研究[学位论文] 2006 3.饶鹏.孙胜利.叶虎勇两维程控太阳跟踪器控制系统的研制[期刊论文]-控制工程 2004(06) 4.张明峰PIC单片机入门与实战 2001 5.Soteris A.Kalogirou DESIGN AND CONSTRUCTION OF A ONE-AXIS SUN-TRACKING SYSTEM 1996(06) 相似文献(10条) 1.期刊论文张耀明.张文进.刘德有.孙利国.刘晓晖.王军太阳能热发电系列文章(17)70kW塔式太阳能热发电系统研究与开发(下)-太阳能2007(11) 阐述了塔式太阳能热发电系统中的接收器、燃气体轮机系统、辅助系统和控制系统的有关知识;介绍了南京江宁70kWe塔式太阳能热发电系统的接收器、燃气体轮机系统、辅助系统和控制系统的构成;总结了系统建设的目的和意义,并展望塔式太阳能热发电的前景. 2.期刊论文杨敏林.杨晓西.左远志.YANG Min-lin.YANG Xiao-xi.ZUO Yuan-zhi塔式太阳能热发电吸热器技术研究进展-科学技术与工程2008,8(10) 近年来,塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展,大量实验和运行数据充分证明了其技术可行性和商业应用前景.文中较系统的回顾了塔式太阳能热发电系统吸热器技术的发展历程及现状,对应用较为广泛的熔盐吸热器、空气吸热器及水/蒸汽吸热器作了详细的分析,并展望了我国开展塔武太阳能热发电应用研究的发展方向. 3.期刊论文张耀明.刘德有.张文进.孙利国.刘晓晖.王军太阳能热发电系列文章(16)70kW塔式太阳能热发电系统研究与开发(上)-太阳能2007(10) 介绍了南京江宁70kWe塔式太阳能热发电系统的基本原理与总体思路;对比了太阳能级燃气轮机与普通情况下使用的燃气轮机的差别;从定日镜的光学原理、控制原理等方面出发,阐述设计、制造工作中的做法;并对定日镜场的整体布置提出了一些见解和看法. 4.学位论文姚志豪太阳能塔式热发电站系统建模与控制逻辑研究2009 本论文的研究对象是中国第一座MW级塔式太阳能热发电站，研究内容是对该电站进行系统建模并对系统控制逻辑进行探讨。该电站采用多面定日镜作为聚光器，将太阳法向直射辐射能量反射聚焦到吸热器上产生过热蒸汽，然后利用传统的朗肯循环实现蒸汽的做功发电。
本论文紧密围绕科技部“十一五”863重点项目“太阳能热发电技术及系统示范”的子课题“太阳能塔式热发电系统总体设计技术及系统集成”中的内容，在本文研究对象大汉塔式电站的系统模型建立、子系统过程分析、全系统仿真及全场控制系统设计等几个方面分别开展了研究工作。
在电站全系统模型建立方面，设计并分析了十种电站全场运行模式及其互相之间的判别和切换控制逻辑。同时，还设计并分析了九种电站全场运行状态及其互相之间的切换逻辑，并建立了电站全系统能流传递模型及光热和发电两大子系统的输入输出参数模型。在此基础上，对定日镜场、吸热器、储热子系统、汽轮发电机组的基本数学模型进行了描述和分析，由此构建了除管路和阀门之外，较为完整的大汉塔式电站系统动力学模型。
在子系统过程分析方面，分别对大汉塔式太阳能热发电站“聚光、集热、储热、发电”这几个子系统单元基本运行过程进行了分析和探讨。总结了影响塔式太阳能热发电站能量来源不稳定及非连续性的天文学与地理、环境等方面的基本因素，提出了校正定日镜跟踪误差的BCS原理性算法。从塔式电站生产电能、电网输送电能及用户需求电能三个方面，对储热系统的重要性作了分析。对大汉电站的双级储热系统，设计了其“储热-放热”运行模式判断与切换基本逻辑。初步提出了定日镜场反射聚光功率与吸热器升压及产生蒸汽流量之间的关联函数。对影响机组正常运行的主要因素即云遮工况出现时大汉电站的系统动作逻辑进行了初步设计。
在全系统仿真及全场控制系统设计方面，利用TRNSYS软件设计搭建了大汉电站全系统仿真模型，对其在设计日与全年的发电量进行了仿真与理论计算分析。同时，对世界上第一座已实现商业化运行的塔式电站西班牙的PS10进行了系统模型重建与仿真，并得到了与已公布数据有较好吻合的结果。另外 ，还初步设计了电站全场控制系统基本原理框图及吸热器的几个主要监测及控制回路。分别设计了吸热器蒸汽温度的蒸汽侧喷水减温调节与镜场侧聚光调节的方法，对其基本热力学过程及方案原理进行了分析。在此基础上，初步设计了吸热器串级三冲量给水调节系统并对其传递函数原理图进行了描述。同时，还初步设计了考虑塔式太阳能热发电站气象、环境及聚光精度影响等基本特性的吸热器过热段喷水减温控制系统SAMA图，并对其中关键的焓值计算方案进行了探讨分析。 5.期刊论文范志林.张耀明.刘德有.王军.刘巍太阳能热发电系列文章(7)塔式太阳能热发电站接收器-太阳能2007(1) 本文介绍了国际现有高温太阳能热发电接收器的类型、结构、性能、应用状况,并结合我国研究现状指出我国开展太阳能接收器研究需解决的问题. 6.期刊论文章国芳.朱天宇.王希晨塔式太阳能热发电技术进展及在我国的应用前景-太阳能2008(11) 在介绍塔式太阳能热发电系统的基本原理、系统组成的基础上,回顾了塔式太阳能热发电系统的发展历程,着重阐述了塔式热发电所涉及的关键技术,包括定日镜、接收器、传热蓄热工质的研究进展,并通过分析我国气象、地理条件及能源需求,指出塔式太阳能热发电在我国的西藏、内蒙等西北部地区具有广阔的应用前景.
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。