光热发电技术基础
光热发电4-3
研究和建设。
光热发电技术基础
第 四 章 这一时期的代表性工程：
线
性 澳大利亚新南威尔士的5MW示范工程
菲
涅 尔
西班牙里歌的2MW示范工程
式
光 国内皇明集团山东德州2MW示范工程
热
发
电
光热发电技术基础
第 四 章
线 性 菲 涅 尔 式 光 热 发 电
光热发电技术基础
第
四 二、 应用前景
章
线 性
聚光比比槽式系统高，不但可以聚集直射光，还
热 良好。
发
电
全球目前专业做菲涅尔光热电站的企业极少。
光热发电技术基础
第
四
章
线
槽式热发电技术看起来已经到达了发展的瓶颈期，
性 成本下降空间已经很小。而菲涅尔式和塔式技术明显
菲 涅
还有较大的成本下降空间。
尔 式
传统上，一个水冷紧凑型菲涅尔式光热发电站的
光 用水量要高于槽式热发电，但通过一种新的改进型菲
菲 可以聚集部分散射光；
涅
尔 采用紧凑密排的方式，用地更合理且利用率更高
式 光
(聚光面积与用地面积的比是1:1.2塔式达到1：5) ；
热 发
可以保持较好的结构稳定性，降低集热损失，减
电 少因大风造成的反光镜被破坏的机率。由于
由于风阻力较小，可以将系统放置在楼顶安装，
大大提高建筑的节能、热利用能力；
光热发电技术基础
第 四
第三节 发展历程和应用前景
章 一、发展历程
线
性
线性非涅尔式的名称来源：
菲 涅
法国物理学家奥占斯汀﹒菲涅尔
尔
19世纪初，菲涅尔发现大透镜在被分成小块后，
光热发电行业分析
光热发电行业分析1.光热发电1.1.什么是光热发电？光热发电是将太阳能转化为热能、通过热功转换发电的过程。
光热电站运行时，聚光器跟踪太阳将直射幅射光聚焦并反射至吸热器上，加热吸热器内的传热流体，将太阳能转化为热能；热能或直接与水换热产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机发电，也可以被储存在储罐中，在需要发电时释放热能进行发电。
光热发电站一般由聚光与集热系统、储热系统、蒸汽系统及发电装置四个部分组成。
聚光与集热系统是光热发电的基础。
主要由聚光镜场、镜场控制系统、吸热器、吸热塔等构成。
聚光镜场的投资占整个光热发电系统的60%以上。
聚光镜场吸收的太阳能与镜场布局、镜片反射率、太阳辐射度有关，而吸热器则将聚光镜场聚集的太阳辐射能直接转化为热能，加热其中的导热油、熔盐等工质。
吸热器的性能直接决定了吸热介质的出口温度。
受太阳能热源的间歇性以及熔盐工质的腐蚀性等因素影响，吸热器对选材、优化设计和可靠性方面的技术工艺要求很高。
光热发电24h的连续稳定运行与储热系统密不可分。
储热系统包括传热流体熔盐和导热油、熔盐储罐、熔盐泵、熔盐阀、电加热器、电伴热器等。
在聚光镜将太阳光聚焦反射到集热管（槽式）、吸热器（塔式）以后，其中的熔盐作为传热流体和太阳能产生的热量进行换热形成高温熔盐，高温熔盐形成后将返回至高温熔盐罐中，保证在没有阳光的情况下能够推动汽轮发电机组运行，以此满足一定时间的发电需求。
电加热器，一方面能够助力光热机组顺利启动，另一方面又能避免机组设备出现熔盐冻堵问题。
电站启动运行前，电加热器提前对熔盐进行加热；电站停止运行后，集热系统暂无热量输送至熔盐罐，熔盐罐内的熔盐温度也将随之降低，电加热设备可保证熔盐温度始终在其凝固点之上，避免设备出现冻堵。
电伴热器，是光热电站传储热介质在超长管道回路中保持流动状态的“良药”。
与位于熔盐罐底部、短时间内快速加热大量介质的电加热器不同，电伴热器的主要目的在于持续“保温”。
它通过加装在传储热介质外部，用电能来补偿介质、设备的热损失，保持介质、设备等长时间处于工作温度，促使熔盐循环流动，保证光热电站传储热系统的安全运行。
太阳能光热发电基础知识学习
蝶式
热力发电效率高，单台装置可独立运行， 也可进行模块化组合，自动化控制性好， 维护量少；建设周期短，运行成本低。
造价昂贵，商业化可行性需 要证实。
菲涅尔式 集便直热于接管制产固造生定与蒸，清汽连洗，接 ， 参简同数单时高，近；反地造射安价镜装相为，对平风便面阻宜镜小。，；投储运能机 时组间少较，小效。率不够高，
塔式电站的聚光倍数高(1000～3000)，其介质工作温度通常大 于350℃，因此通常被称为高温太阳能热发电。
塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量 集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相 对较小，光热转换效率高。
但塔式电站建设费用高，其中反射镜的费用占50%以上。太阳能 塔式电站的总体效率可以达到20%。
太阳能光热发电（CSP） 基础知识学习
2020年11月18日星期三
1
光热发电概述
2
槽式光热发电
3
塔式光热发电
目
录
4
碟式光热发电
5 6
菲涅尔式光热发电 总结讨论
概述
目前利用太阳能发电的两种基本方式
太阳能热发电
太阳能热动力发电 太阳能热能发电
太阳能光伏发电
概述
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：
斯特林发动机
聚焦到太阳能接收器的 太阳能，转换为25kW 的电力，其峰值转换效 率约为31.25%。SES 公司拥有将太阳能转换 为商业网络电力31.25 ％的世界转换效率纪录
碟式斯特林系统 在中国商业化推 广的主要瓶颈在 于斯特林发动机 的开发
聚焦到太阳能接收器的太阳能，其峰值转换效率为 31.25%。SES公司拥有将太阳能转换为商业网络电力 31.25%的世界转换效率纪录。
太阳能光热发电技术及其发展综述
太阳能光热发电技术及其发展综述摘要：太阳能光热发电集发电与储热为一体，具有出力灵活可控等优势，可快速深度参与电网调峰，宜与风电、光伏等新能源发电互补运行，是极具发展前景的可再生能源发电技术，受到世界各国的重视，得到了积极研究和推广应用。
关键词：太阳能；光热发电；技术；发展1光热发电技术原理及系统组成1.1聚光与集热系统聚光与集热系统是太阳能热发电的基础，主要由聚光镜场、吸热器等构成。
聚光镜场由数量巨大的同型聚光装置（如槽形抛物面反射镜、平面定日镜等）按照一定规律布局而成。
目前，聚光镜场的投资在各类太阳能发电系统中占整个系统投资的60%以上。
聚光镜场吸收的太阳能除了受镜场布局、反射率等因素的影响外，还与外界环境息息相关，如镜场所处位置天气状况、太阳辐射度等。
集热器将聚光镜场聚集的太阳辐射能直接转为热能，加热导热油、熔盐等工质。
吸热器的性能直接决定了吸热介质的出口温度。
受太阳能热源的间歇性和介质熔盐的腐蚀性等因素影响，吸热器对选材、优化设计和可靠性方面的技术和工艺要求很高。
1.2储热系统储能系统是实现光热出力灵活可调、光热发电24h连续稳定运行的关键，其储热量与电场年发电量、聚光镜场规模及电站总投资息息相关。
因此，储能系统的设计需综合考虑储热容量、储热周期与发电经济性等因素。
1.3蒸汽发生系统蒸汽发生系统的主要功能与常规火电厂相似，即实现高温流体介质（导热油、熔盐）与水工质之间的热交换，产生过热蒸汽以驱动汽轮机做功；不同之处在于，光热电站蒸汽发热系统升温速率快，最高可达到10℃/min，可实现汽轮机快速启动。
1.4发电系统发电系统的性能直接关系到太阳能光热发电经济性。
此系统配置装备同火电机组类似，但与燃煤机组相比，光热电站的发电系统具有更好的调节性能，这就要求汽轮机具有频繁启停、快速启动、低负荷运行、高效等特点。
2太阳能光热发电技术2.1塔式太阳能光热发电塔式发电是一种集中型太阳能热发电技术：在成千上万个独立控制的定日镜所组成的圆周形镜场中心位置矗立一个高达几百m的吸热塔，独立跟踪太阳的定日镜场将阳光聚集到塔顶部的接收器上以产生高温，加热工质，产生的过热蒸汽驱动汽轮机发电。
太阳能光热发电原理 太阳能光热发电的主要形式有哪些
太阳能光热发电原理太阳能光热发电的主要形式有哪些光热发电技术，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。
关于“太阳能光热发电原理太阳能光热发电的主要形式有哪些”的详细说明。
1.太阳能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。
蓄热系统中对储热介质的要求为：储能密度大，来源丰富且价格低廉，性能稳定，无腐蚀性，安全性好，传热面积大，热交换器导热性能好，储热介质具有较好的黏性。
光热发电原理及全面的资料
这是美国国家太阳能热能测试实验室在新墨西哥州阿尔伯克基市安装的一处碟式太阳能装置，该装置由美国斯特林能源系统公司设计。
它收集的热量能够为高效的斯特林引擎(Stirling Engine)加热，然后带动机械装置发电。
优点：能够自动追踪并对准太阳能，热能转换效率非常高，还能够在790度的高温下运转。
此外，该装置组装和拓展非常简单，对水的使用要求也不高。
缺点：目前还没有进行大规模商业化推广，不能储存热能，在光线较弱和晚上的时候无法工作。
这座发电能力为900兆瓦的太阳能热发电站位于西班牙塞维利亚。
这座PS10型太阳能塔高110米，由西班牙Abengoa Solar公司投建。
该太阳能塔的发电原理与普通的太阳能装置有一定区别，它并不是通过光电电池来产生电流的。
该塔是利用624面镜子做成的阵列来反射并聚焦光线的。
通过该阵列，光线被聚焦到位于塔顶部的能量收集点。
该装置是这个地区正在建设中的众多PS10型太阳能塔中的第一座。
其发电量可达到3亿瓦特。
更为难能可贵的是，PS10的功效比普通的光电技术所产生的功效大25%左右。
优点：能够在高温环境下运行，而且还能储存热能。
如果大规模运用的话将极大的降低能源使用成本。
缺点：对水的需求量比较大，投资成本较高。
这座名为Kimberlina的太阳能热电站位于美国加州贝克斯菲尔德市，由Ausra公司负责建造并运营。
该太阳能热电站工作的原理是利用管道上方的太阳能反射板收集热能为管道内的水加热，产生水蒸气后带动涡轮机发电，其产能可达到500兆瓦。
优点：建造成本相对低廉，发射板紧凑的结构可提高土地利用率，而且升级之后还可以储存热能。
缺点：反射率较低，导致热能转换率也比较低，缺乏商业开发前景，对水的使用要求较高。
“内华达太阳能一号”太阳能电厂位于美国内华达州柏德市，其产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够的电能。
该发电厂由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。
光热发电概念
光热发电概念
光热发电是一种利用太阳能将光能转化为热能，然后再将热能转化为电能的技术。
它充分利用了太阳能的高浓度热能，通过光热转换机制将其转化为电能。
光热发电的基本原理是利用聚光镜或反射器将太阳光聚焦到一个集热器上，集热器内部含有吸热材料，它能够将光能转化为热能。
集热器中的吸热材料通常是沸点较低的工作流体，例如水或热油。
当太阳光集中在集热器上时，吸热材料被加热并转化为高温热能。
随后，高温热能被传递到一个热能转换器中，通常是一个热能传导介质（如水蒸汽）或工作流体（如工质气体）。
传统的热能转换器常用于产生高温热能，然后通过热机或蒸汽涡轮机等设备将热能转化为机械能，最终产生电能。
最后，机械能可以通过发电机将热能转化为电能，供电网或电池储存和供应。
光热发电技术可以分为不同类型，其中最常见的是集中式光热发电和分布式光热发电。
集中式光热发电利用大规模的光热聚光系统，将太阳能转化为高温热能，并用于驱动传统的蒸汽涡轮发电机组。
分布式光热发电则更加灵活，通常采用小规模的太阳能热能系统，用于供热和生产电能。
光热发电技术具有许多优点，如可再生、环保、可持续性等。
然而，它也面临一些挑战，如昂贵的设备成本、空间需求
以及对日照条件的依赖性。
但随着技术的不断发展和降低成本，光热发电正逐渐成为一种具有巨大潜力的清洁能源解决方案。
光热发电工作原理
光热发电工作原理
光热发电（Concentrated Solar Power，CSP）是一种可再生能源技术，它利用太阳能将光能转化为热能，然后再将热能转化为电能。
以下是光热发电的工作原理：
1.太阳能的收集：光热发电系统首先需要大面积的反射镜或聚光
器来收集太阳能。
这些反射镜或聚光器将太阳光集中到一个焦点上，产生极高的光照强度。
2.热能的产生：在焦点上，光线集中后会引起一个受热介质（通
常是油或盐）的升温。
这个受热介质被称为热媒体，其温度会迅速上升，达到高温。
3.储热：热媒体的高温热能被传输到一个热储存系统中，通常是
一个热盐罐，以便在夜间或云天等太阳能不可用的时候继续发电。
4.热能转化为电能：高温的热媒体被用来产生蒸汽，蒸汽通过传
热器转化为高压、高温的蒸汽。
这个高温蒸汽被用来驱动蒸汽涡轮发电机，产生电力。
5.电力输送：生成的电力通过输电线路输送到电网，供应给电力
用户。
光热发电系统通常分为不同的类型，包括：
•抛物面镜型光热发电系统：这种系统使用抛物面镜将太阳光聚焦在集热管上，集热管内流动的热媒体被加热后用于发电。
•塔式光热发电系统：这种系统使用一座高塔，太阳光被集中到
塔顶的集热器上。
热媒体通过集热器升温，然后传输到地面的热盐罐中，用于储存和发电。
•抛物面镜和塔式系统的混合型：这种系统将抛物面镜和塔式结构结合在一起，以提高能效。
光热发电系统是一种清洁的能源技术，可以实现可再生能源的存储和供电。
它在太阳光充足的地区具有广泛的应用前景，能够为能源需求提供可持续的解决方案。
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发 电
平面镜装在镜架上，由其跟踪装置驱动镜面瞬时
技 自动跟踪太阳。
术
定日镜是一个二维运动机构，分别对应太阳的方
位角和高度角，反射镜用于反射太阳光至设定的目标
点。
光热发电技术基础
光热发电技术基础
光热发电技术基础
第
三 章
塔式太阳能热电站的效率直接取决于定日镜的效
集 率。
热 塔
定日镜跟踪太阳方位，将阳光聚焦至吸热器，在
光
热 以上。
发
电
当采用多个塔式模块集成后，也可使塔式系统
技
术 发电的单机容量增大。
八达岭塔式 太阳能热发电站
光热发电技术基础
第 三
章 二、集热塔式太阳能热发电系统组成
集 热
定日镜系统
塔 式
吸热与热能传递系统(热交换系统)
光 热
发电系统
发
电
技
术
光热发电技术基础光热发电技术来自础第三章
集
定日镜系统：
式 吸热器处加热集热工质。
光
热
塔式太阳能热发电系统中聚光技术采用面聚焦技
发 电
术，通过建立高塔架设吸热器使得可以铺设数千上万
技 面聚光镜，其镜面采用平面或微曲面，利用刚性金属
术 结构支持并跟踪太阳光线，通过控制系统进行方位角
度调整。
光热发电技术基础
第 三 章
集
由于定日镜场的规模宏大，使得塔式太阳能
章 三、槽式和塔式光热发电技术的比较
集
热
光热电站的设计主要考虑太阳能集热场与发电机
塔 式
额定容量的比例（SM），以及储能时间长度。
光 热
增加储能容量可以降低单位度电成本，主要原因
发 是增加储热可减少集热资源的损失。
电
技 术
优化光热发电的设计不仅要考虑经济性，还需考
虑光热电站提供给电力系统的能源和容量的价值。
光热发电技术基础
第 三
第一节 概述
章
集 一、什么是集热塔式光热发电
热
塔 式
简称塔式光热发电。
光
热
以面聚焦方式，在地面建立集热塔，塔顶安装
发 电
吸热器，集热塔周围安装定日镜，数千面定日镜将
技 术
太阳光聚集到塔顶吸热器腔体内，通过加热工质产
生高温蒸汽，推动燃气轮发电机组发电。
工质可以用水或熔盐。
光热发电技术基础
电
自旋—仰角方式。
技
术
光热发电技术基础
第
三
章
方位角- 仰角跟踪方式是指定日镜运行时采用转
集 热
动基座( 圆形底座式) 或转动基座上部转动机构( 独臂
塔 支架式) 来调整定日镜方位变化, 同时调整镜面仰角的
式 光
方式。
热 发
自旋- 仰角跟踪方式是指采用镜面自旋, 同时调整
电 镜面仰角的方式来实现定日镜的运行跟踪。
易密封等优点, 但其稳定性、抗风性却较差, 为了达到
足够的机械强度, 防止被大风吹倒, 必须消耗大量的钢
材和水泥材料为其建镜架和基座, 其代价高昂。
光热发电技术基础
第
三 章
3、跟踪机构及其控制
集
热
定日镜需对太阳进行追踪，方可获得较大的聚光比。
塔
式 光 (1) 跟踪方式
热 发
现有的太阳能追踪方式主要为方位角-仰角方式和
发 电
温热能。
技 术
高温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，推动传统气轮机发电。
光热发电技术基础
第
三 章
由于太阳能的间隙性，必须由蓄热器提供足够的
集 热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足,否则发电
热 系统将无法正常工作。
塔
式 ——蓄热储能系统
光
热
发
电
技
术
光热发电技术基础
第 三
光热发电技术基础
第
三
章
综合来看，带储能的槽式光热电站较类似的塔式
集 光热电站发电成本更高，主要原因是槽式电站的出力
热 塔
季节变化更大，热损失更大，热效率更低。
式 光
如果根据干冷塔式太阳能发电和槽式太阳能发电
热 的度电系统价值衡量，两种发电方式价值相当。
发
电 技 术
在电厂额定容量较高的情况下，较低SM的光热 电站系统边际价值最大，主要得益于储能系统能够避
免收集到的能源浪费。
光热发电技术基础
第
三
章
对于不同的SM而言，储能时长为6~9小时度电价
集 热
值变化较小；长于9小时度电价值开始降低。
塔 式 光
较小SM的光热电站更利于应对高的负荷，适合 承担尖峰负荷；较大SM的光热电站，可以在更长时
热 发 电
间内平稳出力，适合承担基荷。较小SM的光热电站 容量价值更大。
发 仅仅通过调节定日镜的内部压力调整定日镜的焦点,
电 技
而不像玻璃定日镜那样由多块拼接而成。
术
难以逾越的缺点：反射率较低、结构复杂。
太阳能光热发电技术
第 三 章
集
第二种是玻璃反射镜，采用的大多是玻璃背面
热
塔 反射镜。 式
光
热 优点：重量轻, 抗变形能力强, 反射率高, 易清洁等 发
电
技
术
光热发电技术基础
热
塔
热发电系统与槽式太阳能热发电系统相比, 其集
式
光 热
热温度更高, 易生产高参数蒸汽, 因此,其热动装置
发
电
的效率相应提高。
技
术
光热发电技术基础
第 三 1、反射镜
章 定日镜面现有两种：
集
热
第一种是金属张力膜，通过调节反射镜内部压力
塔 式
来调整张力金属膜的曲度。
光 热
优点：其镜面由一整面连续的金属膜构成, 可以
第 三 2、镜架
章
定日镜须承受大风环境，因此需对定日镜镜架和
集 热
底座做防风抗沙校核。
塔 式
通常情况下，圆形底座式支架稳定性好，抗风性
光 能好，运行能耗低，机械强度也好，可以较好地起到
热 发
防风稳定镜面的作用，但其结构复杂，而且其底座轨
电 道防沙问题需要进一步解决。
技
术
而独臂支架式定日镜具有体积小、结构简单、较
• 书名：光热发电技术 基础
• 书号：978-7-11157705-8
• 作者：李良君 • 出版社：机械工业出
版社
2
光热发电技术基础
第
三
章
集
塔式系统聚光比一般在200～1000左右，阵列中
热 塔
的定日镜数目越多，其聚光比越大。当塔式系统聚
式 光比为1000 时，吸热器受光面中心温度可达1300℃
热
塔
由数以千计带有双轴太阳追踪系统的反射镜
式 光
阵列（称为定日镜）构成，实现对太阳的实时跟
热 发
踪,将太阳光反射到吸热器。
电
技
术
光热发电技术基础
第 三 章 吸热与热能传递系统(热交换系统)：
集
热
塔式太阳能热发电站的塔高从50m～165m不等。
塔
式
位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来
光 热 的高热流密度辐射能，并将其转化为工作流体的高
技 术
容量是光热电站价值的重要组成部分。如果合理
地调度和预测太阳能资源，光热电站可产生类似传统
火电站的容量价值。
光热发电技术基础
第 三
第二节 定日镜系统
章 一、 定日镜
集
热
定日镜是塔式太阳能热发电系统中最基本的光学
塔 式
单元体，单块定日镜的面积从1.2 ㎡～120 ㎡不等。
光 热
由反射镜、镜架和跟踪机构三部分组成。