太阳能光热发电
太阳能光热发电利用太阳能的多种方式发电
太阳能光热发电利用太阳能的多种方式发电引言太阳能是一种广泛可利用的可再生能源，具有清洁、安全和可持续的特点。
太阳能光热发电是利用太阳能将其转化为电能的一种方式。
本文将介绍太阳能光热发电的原理和多种利用太阳能发电的方式。
太阳能光热发电的原理太阳能光热发电的原理基于太阳辐射的热能转换为电能。
当太阳光射到反射镜或光学透镜聚焦在一个小面积上时，该小面积的温度会迅速升高。
升高的温度会导致工作介质（如水或油）中的液体变为蒸汽。
蒸汽经过传热管传递热能到发电机，发电机将热能转化为电能。
太阳能光热发电的利用方式太阳能光热发电有多种利用方式，下面将分别介绍。
1. 太阳能塔式发电站太阳能塔式发电站是一种利用反射镜将太阳光聚焦在一个高耸的塔上的发电设施。
反射镜将太阳光聚焦的热能传递到塔顶的传热管中，产生高温蒸汽驱动发电机产生电能。
太阳能塔式发电站具有高效、可持续和环保的优点，已在一些地区大规模应用。
2. 太阳能槽式发电站太阳能槽式发电站是利用一系列的平行排列的反射镜将太阳光反射到管道上，管道内的工作介质受热后转化为蒸汽，驱动发电机发电。
太阳能槽式发电站适用于大规模利用太阳能进行发电的地区，具有较高的发电效率和经济性。
3. 太阳能抛物线槽式发电站太阳能抛物线槽式发电站是一种利用抛物线形状反射镜集中太阳光到集热管上的发电设施。
抛物线形状的反射镜能够聚集太阳光并将其反射到集热管上，工作介质在集热管中受热后转化为蒸汽，驱动发电机发电。
太阳能抛物线槽式发电站具有较高的集光效果和较高的发电效率，适用于中等规模的太阳能发电项目。
4. 太阳能分布式发电系统太阳能分布式发电系统是一种将太阳能电池板安装在建筑物屋顶或其他合适的位置上，将太阳能直接转化为电能的方式。
太阳能电池板将太阳光转化为直流电，经过逆变器转化为交流电供应给建筑物或社区使用。
太阳能分布式发电系统具有简便、灵活和可扩展的特点，适用于小规模的太阳能发电项目。
结论太阳能光热发电利用太阳能的多种方式发电，包括太阳能塔式发电站、太阳能槽式发电站、太阳能抛物线槽式发电站和太阳能分布式发电系统。
太阳能光热发电技术介绍
太阳能光热发电（CSP）技术介绍
一、太阳能光热发电的原理
通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
光热发电有抛物面槽式、集热塔式、线性菲涅尔式和抛物面碟式四种系统。
二、太阳能光热发电系统
典型的太阳能热发电站由五个子系统组成：聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统、监控子系统和热动力发电子系统。
主要零部件：定日镜阵列、吸热器、传热介质、换热器、储热系统、
三、我国在建和规划太阳能光热发电项目采用技术方案
四、全球CSP电站规模及各种技术类型所占比例。
太阳能光热发电技术
太阳能光热发电技术太阳能光热发电技术是一种利用太阳能将光能转化为热能，再将热能转化为电能的技术。
它是一种可再生能源的形式，对于改善环境污染和解决能源危机具有重要意义。
本文将介绍太阳能光热发电技术的原理、应用以及未来发展前景。
一、原理太阳能光热发电技术借助太阳能热量产生高温蒸汽，进而驱动涡轮机产生机械能，最终通过发电机将机械能转化为电能。
这个过程主要包含三个步骤：集热、热能转化和发电。
集热是将太阳能光线聚焦到一个小区域，使得光能被集中并转化为热能。
这通常通过反射镜或聚光器来实现。
集热器通常采用高温耐热材料，如镜面反射层和高温管道。
热能转化是将集热器中产生的高温热量转化为高压蒸汽。
一个常用的方法是将水通过集热器中的管道加热至沸腾，生成高温高压的蒸汽。
这个过程需要高效的热交换器和节能装置来提高能量转化率。
发电是将高温高压的蒸汽传入涡轮机，利用机械能驱动涡轮旋转，再通过发电机将机械能转化为电能。
这个过程需要高效的涡轮机和发电机来提供稳定和可靠的电能产出。
二、应用太阳能光热发电技术在能源领域有广泛应用。
它可以用于发电厂的建设，为城市和乡村提供稳定的电力供应。
此外，它还可以应用于工业制造过程中的热量需求，比如锅炉供暖、工业生产等领域。
在家庭和商业建筑领域，太阳能光热发电技术可以用于供暖和热水供应。
通过安装太阳能集热器，可以将太阳能转化为热能，提供给家庭和商业建筑的供暖系统和热水系统。
这种应用不仅降低了能源消耗，还减少了碳排放，对环境保护有积极作用。
三、未来发展前景太阳能光热发电技术在未来的发展前景非常广阔。
随着科技的不断进步和技术的不断改进，太阳能光热发电技术将会变得更加高效、稳定和可靠。
首先，在集热器方面，研究人员正在研发新型的材料和结构，以提高集热器的光吸收率和热传导效率。
这将提高太阳能的利用率，降低发电成本。
其次，在热能转化方面，研究人员正在探索新型的热交换器和节能装置，以提高能量转化的效率。
这将减少能量损失，提高系统的热效率。
光热技术路线
光热技术路线指的是太阳能光热发电的技术路线，主要有以下三种：
1.塔式光热发电技术：塔式光热发电系统通过反射镜将太阳光聚焦到集热塔上，
在塔顶安装有吸热器，吸热器将聚焦后的太阳光转化为热能，然后通过换热器将热能转化为蒸汽，驱动汽轮机发电。
塔式光热发电技术的优点是聚光比高、热效率高、储能能力强等。
2.槽式光热发电技术：槽式光热发电系统通过槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦到
集热管上，集热管内装有吸热介质，集热管接受聚焦后的太阳光能量后加热吸热介质，将热能转化为蒸汽，驱动汽轮机发电。
槽式光热发电技术的优点是聚光比相对较高、运行温度高、可靠性好等。
3.线性菲涅尔式光热发电技术：线性菲涅尔式光热发电系统通过大面积的线性反
射镜将太阳光聚焦到接收器上，接收器接受聚焦后的太阳光能量后加热内部的工质，将热能转化为蒸汽，驱动汽轮机发电。
线性菲涅尔式光热发电技术的优点是聚光比和运行温度相对较高、系统集成度高、易于维护等。
以上是三种主流的光热技术路线，每种路线都有其自身的优缺点和适用场景。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的技术路线。
太阳能光热发电技术特点及应用前景
21%
23%
31%
20%
系统年平均效率
10%-15%
10%-16%
16%-18%
9%-11%
适宜规模（MW）
30–200
30–400
0.005–0.5
30-150
用地（Ha/MW）
2.5–3
2–2.5
2
2.5–3.5
水耗（m3/MWh）
水冷 3.03 空冷 0.30
水冷 1.89-2.84 空冷 0.34
区。从所采用的发电技术来看，槽式和塔式分别占49.2%和42.5%，塔式系统的应用
比例有所提高。
混合, 7.0% 其它, 0.6% 塔式, 4.5%
混合, 7.0%
菲涅耳式, 1.3%
槽式, 87.9%
塔式, 42.5%
槽式, 49.2%
已运行光热发电站中不同技术形式的应用比例
在建光热发电站中不同技术形式的应用比例 18
65%。因此，相对经济的储热技术是光热发电与光伏发电等其它可再生能源发电竞争 的一个关键要素。利用长时间储热系统，光热发电可以更好的满足系统负荷需求。
美国加州50MWCSP/50MWPV实测
带储热装置的槽式热发电系统
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2.具有电网友好性
不同于其他波动电源，是一种电网友好型电源。 带有储热和补燃装置的太阳能热发电站可提高电网的灵活性，提高电
光热发电的规模化发展不仅能够作为调峰电源，为风电等间歇性电源提供辅助服务， 而且随着未来技术的优化提升，大型光热电站完全有可能承担电力系统基础负荷。
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（五）光热发电经济成本
初始投资。根据电站规模、储热系统规模、光照条件、土地和人工费用的不同，电站 造价不同。一般来说，碟式光热电站单位造价最高，约为塔式光热电站的两倍；槽式 光热电站单位造价略低于塔式光热电站，略高于菲涅尔式光热电站。
一文看懂太阳能光热发电原理及分类
一文看懂太阳能光热发电原理及分类什么是太阳能光热发电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，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。
光热发电原理光热发电技术，是不同于光伏发电的全新的新能源应用技术。
它是一个将太阳能转化为热能，再将热能转化为电能的过程。
利用聚光镜等聚热器采集的太阳热能，将传热介质加热到几百度的高温，传热介质经过换热器后产生高温蒸汽，从而带动汽轮机产生电能。
此处的传热介质多为导热油与熔盐。
通常我们将整个的光热发电系统分成四部分：集热系统、热传输系统、蓄热与热交换系统、发电系统。
集热系统：集热系统包括聚光装置、接收器、跟踪机构等部件。
如果说集热系统是整个光热发电的核心，那么聚光装置就是集热系统的核心。
聚光装置即为聚光镜或者定日镜等。
其反射率、焦点偏差等均能影响发电效率。
目前国内生产的聚光镜，效率可以达到94%，与国外生产的聚光镜效率相差不大。
集热系统采集太阳能，将太阳能转化为热能。
热传输系统：热传输系统主要是传输集热系统收集起来的热能。
利用传热介质将热能输送给蓄热系统。
传热介质多为导热油和熔盐。
理论上，熔盐比导热油温度高，发电效率大，也更安全。
热传输系统一般有预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器等组成。
热传输系统的基本要求是：传热管道损耗小、输送传热介质的泵功率小、热量传输的成本低。
在热传输过程中，传热管道越短，热损耗就越小。
蓄热与热交换系统：个人认为，光热发电技术在蓄热与热交换系统中充分体现了对比光伏发电技术的优势。
即将太阳热能储存起来。
可以在夜间发电，也可以根据当地的用电负荷，适应电网调度发电。
蓄热装置常由真空绝热或以绝热材料包覆的蓄热器构成。
光热发电 光伏发电
光热发电光伏发电光热发电和光伏发电是两种利用太阳能进行发电的技术。
光热发电是通过将太阳光转化为热能，再利用热能产生蒸汽驱动发电机发电；而光伏发电则是通过太阳能电池将光能直接转化为电能。
光热发电是利用太阳能进行发电的一种方式，它主要依靠太阳能热量的收集和转化来产生电能。
光热发电系统通常由太阳能集热器、热能储存系统和发电机组三部分组成。
太阳能集热器主要负责将太阳光转化为热能，而热能储存系统则用于储存热能，以便在需要的时候发电。
发电机组则是将热能转化为电能的关键部分，常见的发电机组有蒸汽发电机组和燃气发电机组。
光伏发电则是利用太阳能电池将光能直接转化为电能的一种方式。
太阳能电池是由多个光伏电池组成的，当阳光照射到光伏电池上时，光伏电池内的半导体材料会产生光生电效应，将光能转化为电能。
光伏电池通常由硅材料制成，硅材料具有良好的光电转换性能，能够高效地将太阳能转化为电能。
光伏发电系统除了太阳能电池组成的光伏板外，还包括逆变器、电池组和电网连接设备等。
光热发电和光伏发电各有优势和应用场景。
光热发电主要适用于大规模发电，可以利用太阳能集热器收集大量的太阳能热量，通过蒸汽发电机组产生大量电能。
光热发电技术具有储热能力强、发电稳定可靠等优点，但是由于需要大规模的设备和较高的运营成本，目前在商业应用中相对较少。
光伏发电则适用于分布式发电和小规模应用，由于太阳能电池的制造工艺不断改进，光伏板的成本逐渐降低，使得光伏发电技术得到了广泛应用。
光伏发电系统可以灵活布局，可以分布在各个建筑物的屋顶、墙面等位置，利用太阳能发电，满足建筑物的电力需求。
此外，光伏发电系统还可以与电网连接，多余的电能可以注入电网，实现对电网的支持和补充。
光热发电和光伏发电是可再生能源发电的重要方式，它们可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，对于应对气候变化具有重要意义。
目前，光热发电和光伏发电技术在全球范围内得到了广泛应用和推广，许多国家也制定了相应的政策和法规，鼓励和支持可再生能源的开发和利用。
太阳能光热发电
微电网控制系统架构图
（一）最优控制
微电网中的风电系统、光伏系统，由于风能和光能的不稳定性，会对微电网功 率造成较大的波动，可能影响导致频率电压的大幅度波动甚至脱网。微电网应充分利用 光热发电系统的功率调节能力以及分布式电源、储能、负荷的互补特性，保持整个微电 网对外网输出的稳定，在正常发电的情况下，对电网的输出功率不超过15MW，风力发 电量与光热发电量的比例控制在3∶1以上，控制目标是风电输出的最大化。 在满足系统稳定性、电压波动和设备耐受能力等约束前提下，以分布式电源合 理分配出力，减少储能系统运行损耗、网损最小、系统运行经济性最优等作为目标，进 行微电网内部能量综合优化管理。
基本类型
碟式
与槽式太阳能聚光 发电方式相比，碟 式聚光发电方式几 乎还没投入到商业 应用，暂时处在示 范实施阶段。国外 已有多座碟式太阳 能热发电站或示范 系统建成并成功运 行。
碟式发电系统在20世纪70 时 代末到80年代初，首先由瑞典 US-AB和美国的Advanco、 MDAC、NASA和DOE开始研 发，大部分都采用silver/glass 聚光镜、管状直接照射式集热 管及USAB4-95型热机。 美国亚利桑那州的皮奥瑞亚镇 有功率为1.5MW的碟式发电 站，单机功率为25 kW。
太阳能光热发电热力循环原理图
发展历程
全球光热发电装机容量（1984-2014）
2014年各国装机容量
1973年爆发世界石油危机，一些发达国家将太阳能光热发电技术作为国家研发重点项目，1991年开 始全球光热发展进入停滞状态，直至2006年西班牙启动首个光热发电项目，国际光热发电开始复苏， 全球光热发电产业进入新一轮快速发展期。 截至2014底，西班牙在运光热电站总装机容量为2362ＭＷ，约占全球总装机容量的1/2，位居世界 第一，美国第二，总装机量为1720MW，中国约为17MW。
光热发电的原理
光热发电的原理
光热发电是一种利用太阳能将光能转化为热能，并将热能转化为电能的技术。
它基于光-热转换和热-电转换的原理来实现能量的转换。
光-热转换：
1.光吸收：太阳光进入光热发电系统后被吸收。
通常，发电
设备中会使用材料具有很好的光吸收性质，例如太阳光辐射能被吸收的高效率吸收体。
2.光-热转换：当太阳光被吸收后，能量转化为热能。
这个
过程发生在吸收体内，随后导热传递到传热介质，通常是水或其他流体。
热-电转换： 3. 传热媒介：传热介质将吸收的热能带到热发电器件，这可以是热媒体循环系统中的流体。
4.热发电器件：热发电器件，通常是热电材料，将热转化为
电能。
这些器件基于热电效应，即通过温差驱动材料中的电荷运动，产生电流。
5.发电输出：通过将热发电器件连接到电路，产生电流和电
压输出，将热能转化为可用的电能。
光热发电技术可以应用于不同的系统和规模，包括集热器和聚光光伏系统等。
它具有较高的能量转换效率和可再生能源的优势，可以用于发电和供热等领域。
因此，光热发电是太阳能利用和可再生能源开发的重要技术之一。
太阳能光热发电控制技术
主动冷却
通过强制对流、液体冷却 等方式将电池板温度降至 安全范围。
被动冷却
利用自然对流、辐射等散 热方式将电池板温度降至 安全范围。
温度补偿
根据温度变化对电池板输 出功率进行补偿，以保持 稳定的电力输出。
压力控制策略
压力保持
通过调节流体压力或气体 压力，保持太阳能光热发 电系统的稳定运行。
压力平衡
预测控制算法是一种基于模型预测的控制 算法，其通过预测模型对未来一段时间内 的系统行为进行预测，并优化性能指标来 获得最优的控制策略。在太阳能光热发电 系统中，预测控制算法可以应用于电力生 产环节，具有优化性能、鲁棒性高和适应 性广的特点。
05
太阳能光热发电控制系统的实现 与优化
控制系统的硬件实现
并上传至上级控制系统。
控制系统的软件实现
控制算法
采用PID、模糊控制、神经网络等控制算法，根据实时监测的数据 和预设的控制目标，计算出控制指令。
软件开发工具
使用如LabVIEW、CodeSys、MATLAB等软件开发工具，根据实际 需求开发出适合太阳能光热发电控制系统的应用软件。
软件架构
包括数据输入、数据处理、控制输出等模块，实现控制系统的数据采 集、处理和控制输出功能。
太阳能光热发电控制技术
汇报人： 日期:
• 太阳能光热发电技术概述 • 太阳能光热发电控制系统 • 太阳能光热发电控制策略 • 太阳能光热发电控制算法 • 太阳能光热发电控制系统的实现
与优化 • 太阳能光热发电控制技术的工程
述
太阳能光热发电的基本原理
太阳能光热发电原理
传感器设备
包括温度、压力、液位等传感器 ，用于监测太阳能光热发电系统 的运行状态，为控制系统提供实
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结论
• 目前全球运行中的CSP电站装机规模合计已达822MW，建设中的有915MW，槽式系统均以 90%以上的比例占绝对主导地位；而在合计装机规模高达12.5GW 的规划项目中，槽式 、塔式、碟式系统则呈现三足鼎立的局面。
• 规模化能力高：以目前的技术水平，单座槽式或塔式CSP电站的经济装机规模在 100MW~250MW，这一规模已经相当于一台中型火电机组的输出功率，随着技术的进步， 未来单座CSP电站的装机规模仍有望继续增长。
• 成本下降空间大：预计未来10年内，技术相对最成熟的槽式系统的建设成本仍有望有 一定程度的下降，而其他技术类型的成本下降空间则更大。
• 提高单座电站的装机规模、相关部件大批量生产、以及提高系统工作温度以改善发电 效率，将是CSP电站降低建造和发电成本的主要途径。
• 长期看，随着CSP电站成本的逐步降低，而火电成本则将因化石能源价格的升高和碳排 放税的征收而走高，CSP电力的价格优势将逐渐显现。
• 有望真正替代火电：CSP电站的光热发电特性使以热量的形式进行储能成为可能。以大 规模的融盐储能装置，配合一定比例的后备化石燃料供应，形成所谓的混合动力CSP电 站，将是未来大型CSP电站的发展趋势。这样的配置，使CSP电站能够实现24小时持续 供电和输出功率高度可调节的特性，使其具备了作为基础支撑电源与传统火电厂竞争 的潜力。
线性菲涅尔式
线性菲涅尔式
塔式
塔式
塔式
碟式斯特林
碟式斯特林
三花股份投资以色列碟式CSP 系统研发企业 航空动力自主研发生产碟式 CSP 系统用斯特林发动机
碟式斯特林
斯特林发动机
模块定日阵
模块定日阵
太阳能塔热发电
SETC公司CENICOM系统
SETC公司CENICOM系统
HelioFocus公司
四种CSP技术路线分析
• 光场部分的成本主要构成是钢结构和反光部件，随 着设计的改进，光场部分的造价逐渐趋向一致。
• 四种CSP技术路线在建设成本上差异包括：
▫ 跟踪方式不同导致跟踪成本差异 ▫ 介质或发电方式不同，如采用导热油、水、熔融盐作
为介质，或直接用斯特林发动机 ▫ 发电效率差异造成单位kW造价的差异
太阳能热发电
2010年10月
太阳能热发电主流形式
抛物面槽式 线性菲涅尔式
塔式 碟式斯特林
太阳能热发电其它形式
太阳能塔热发电
SETC公司CENICOM系统
模块定日阵
Hale Waihona Puke HelioFouse公司产品
抛物面槽式
槽式太阳能热发电流程
抛物面槽式
抛物面槽式
真空集热管 支架
球形连接器 反射镜
线性菲涅尔式
• 碟式 ▫ 优势：模块化、效率高 ▫ 劣势：成本较高、核心部件斯特林发动机制造门槛高
四种主流CSP技术路线前景展望
• 槽式：以熔融盐等新型导热介质替代目前所采用的合成油或许是槽式CSP电站在效率 上更上一层楼的唯一方式，但低温凝结、管道腐蚀等问题，仍然是进行这一技术改造 所必须面对的障碍。
• 线性菲涅尔式：改进光学结构的设计或许是线性菲涅尔CSP系统进一步提升效率的唯 一出路；发挥其结构简单、建造方便的优点，作为分布式电源对一些电力需求不高的 偏远地区进行供电或作为化石燃料电厂的“增能”系统也许是适合该类型CSP电站的 市场定位。
四种主流CSP 电站类型的技术特点 、性能、及成本对比
四种CSP技术路线比较
• 槽式 ▫ 优势：技术最成熟，应用最广泛、当前造价最低、特许权项目 ▫ 劣势：造价下降空间小，效率提升空间小
• 线性菲涅尔 ▫ 优势：技术成熟、小规模系统造价低 ▫ 劣势：大规模造价高、工作效率低
• 塔式 ▫ 优势：改进提升空间大 ▫ 劣势：技术成熟度一般，存在集热器爆管、跟踪精度低和成本高等技术问 题
全球CSP 电站规模及各种技术类型 所占比例
抛物面槽式CSP 电站成本下降路径
带7小时储热容量的50MW槽式CSP 电站的建设成本结构
至2050 年全球CSP 发电量趋势展望 （TWh/年）
至2050 年全球CSP 电站累计装机容 量预测（单位：GW）
全球直射阳光资源分布情况
中国年平均太阳法向直射辐射DNI
• 塔式：待规模化以后，定日镜等用量较大的组件将有比较大的成本下降空间；另外， 由于管道结构相对槽式系统要简单得多，对其进行融盐化导热介质改造的难度也较低 。
• 碟式：从技术的角度看，抛物面碟式CSP系统优势明显：高效率和模块化部署的特点 使该技术有足够的理由被看好，实现大规模生产后，如果零部件供应链的配套能够及 时跟上，成本也有明显的下降空间。同时斯特林发动机并非抛物面碟式CSP系统唯一 的能量转换解决方案，目前有些碟式系统开发商也正研究采用微型蒸汽轮机作为热电 转换单元，同样能够发挥碟式系统高聚光效率的优势。模块化部署能力是除碟式系统 外的另三种技术路线所不具备的，因此碟式CSP系统是唯一具有“大小通吃”能力的 CSP技术，然而由于其本身没有任何储热能力，因此百兆瓦级大型电站的运行效率和 经济性仍有待观察。