太阳能聚光板发电技术项目 可行性研究报告 ——太阳能聚光发电

太阳能聚光板发电技术项目
可行性研究报告
——太阳能聚光发电、海水淡化技术可行性报告
华夏高科技产业创新奖办公室
华夏高科技产业创新奖能源科技产业化发展研究中心 北京梧桐岭能源科技有限公司
2011年12月04日
目 录
第一章 项目意义------------------------------------------1第二章 国内外发展现状------------------------------------4
一、 国外发展现状--------------------------------------4
二、 国内发展现状--------------------------------------8 第三章 政策分析-----------------------------------------11第四章 太阳能资源---------------------------------------12
一、 太阳能的特点-------------------------------------12
二、 我国太阳能热能资源分布情况-----------------------13
三、 太阳能聚光热电技术首入中国-----------------------14 第五章 太阳能聚光板-------------------------------------15
一、 需求趋势-----------------------------------------15
二、 研发背景-----------------------------------------16
三、 市场前景-----------------------------------------17
四、 技术优势-----------------------------------------18
五、 财务分析-----------------------------------------18 第六章 市场预测-----------------------------------------20
一、 主要潜在市场-------------------------------------20
二、 目前太阳能产品的应用-----------------------------22
三、 自动跟踪技术应用前景-----------------------------23 第七章 效益分析-----------------------------------------26
一、 大型太阳能发电站---------------------------------26
二、 新型10倍聚光太阳能发电机------------------------29 第八章 项目总体方案-------------------------------------30
一、 聚光系统-----------------------------------------30
二、 储热系统-----------------------------------------31
三、 发电系统-----------------------------------------32 第九章 太阳能光伏发电系统简介---------------------------33
一、 光伏发电原理-------------------------------------33
二、 发电系统组成-------------------------------------34 第十章 结论---------------------------------------------35
第一章 项目意义
作为文明社会前进的主要动力之一，能源利用技术在人类社会发展中占有举足轻重的地位，在过去的一个世纪中，煤炭、石油、天然气等化石能源的开发与利用揭开了大工业时代的序幕，百年前后人类总的年能源供应量增长了近10倍。

然而，无节制的资源开发和低效的能源利用造成了大量的资源浪费与日益严重生态环境污染，人类的生存空间受到了极大威胁，在新的世纪里，能源科学不得不同时面对资源短缺与污染的双重压力，因此人们逐渐将目光转向可再生资源的利用上。

我国是一个人口众多、经济快速发展中国家，能源量的发展与质的改善是经济发展和人民生活改善的基本保证。

如何求得能源数量与质量需求的协同满足，将会在相当长时期中成为国制定我国能源发展战略的基本点。

2005年，我国能源消耗总量达到目前的22.34亿吨标准煤，能源缺口为什么1.73亿吨标准煤，其中石油自给率为55.37%。

随着我国经济的快速发展，清洁能源消耗和缺口还将进一步加大，供需矛盾将日益明显。

世界能源储量最多的是太阳能（占再生能源的99%左右），因其取之不尽用之不竭的特征而受到广泛关注，世界各国纷纷展开对太阳能利用率研究工作，其中包括太阳能的收集、转换、储存及输送等，并取得显著进展。

世界能源发展战略目标也是建立在太阳能为主的可持续发展结构体系，其重要性将与日俱增。

近年来，太阳能以其独具的储量“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性，使许多发达国家都把可再生能源从原来的补充能源上升到战略替代能源的地位。

在我国，随着建设资源节约、环境友好型社会目标的提出，太阳能等可再生能源利用步伐明显加快，尤其是开发利用太阳能、风能已经成为我国能源战略的重要内容。

2005年国家政府报告的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年》强调指出：太阳能作为我国首要发展的可再生能源技术方向已成为无可争议的可持续发展能源的必由之路。

因此，从能源战略
和完善能源结构角度看，大力发展太阳能，探索和开发创新技术，具有重要现实和长远意义。

当前，太阳能发电技术集中在太阳能光伏发电太阳能光热发电两个方向上。

我国当前的光伏电站的建设投资大约比煤电高一个数量级，电价成本大约比煤电高5倍，光伏电池产业全世界年产量约定120万kw，我国10多万千瓦。

同时我国硅材料紧缺，大部分依赖进口，成为光伏发电技术大规模应用的瓶颈。

针对未来大规模太阳能发电的需求与光伏发电相比，太阳能热发电的优点在于使用已经产业化的装备、工艺与材料，在已有的产业基础上能很快发展到单台容量几十千瓦的规模，同时可以用中间蓄热储能，还可以用其它能源（油、气、煤）互补发电以克服太阳能不连续缺点，因此，采用Rankine循环的光热转化太阳能热动力发电被誉为未来最具广泛吸引力的太阳能发电技术。

在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。

太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。

在太阳能清洁能源产业的发展中，由于用于光伏电转换的晶体价格昂贵，太阳能的光伏电产品每W基本上在40元人民币，这样就抑制了它的发展。

太阳能灶、太阳能海水淡化、太阳能光-热电发电……。

由于太阳光的照射强度的限制，使得许多太阳能产品，若要有强大的能效，则必须以增加受热面积为代价或者用昂贵的凹（凸）透镜先进行太阳能聚光、聚能，这两种方案对普及应用太阳能均存在着相当大的困难。

那么是否有一种简单、廉价而且方便普及的产品来进行革命性的替代？现在有了！一种发明专利技术产品——廉价的太阳能聚光板问世了。

它的代价只有凹（凸）透镜几十分之一，用了它，太阳能热水器只要用1根太阳能玻璃聚热管，效率提高，寿命增加，价格降低。

用了它，太阳能灶热效率大大提高，使用寿命成倍增加，价格降低。

用了它，海水淡化变得十分简洁。

太阳能的光-伏发电、光-热发电等发电产
品的价格会成倍的下降。

所以廉价的太阳能聚光板的问世将使太阳能产品进入跳跃式的发展，使用太阳能产品普及有了价格基础。

太阳能是一种清洁、可再生能源，而太阳能光伏电池因为实现了直接将太阳能转化为电能而受到世界各国的重视。

去年全球太阳能光伏电池生产量已达到200兆瓦，总装机容量达到100万千瓦。

世界光伏界一般认为，到2010年太阳能光伏电池成本将降低到可以与常规能源竞争。

我国太阳能资源丰富，年日照数在2200小时以上的地区占国土面积的2/3以上。

全国目前还有6000万人口需要解决电视、通讯、照明及生产用电问题，光伏电池的市场前景十分广阔。

近年来，太阳能光伏电池的应用在我国西部地区逐渐扩大。

国家电力总公司在西藏无水利资源的地区先后建设了十座光伏电站，解决了７个无电县的工业和生活用电，1.2万余人从中受惠。

另外，西藏还建立了众多的太阳能道班、学校、边防哨所、气象站和广播电视微波中继站。

青海及周边地区的６万余无电散居户，利用便携式小功率光伏系统解决了家庭生活用电问题。

青海省还在电网无法延伸也无水利资源的地区建成了10个太阳能光伏电站，深受当地干部群众的欢迎。

新疆则在亚欧光缆、南北疆光缆等工程必经之地的无电地区，安装了100多座无人值站的光伏电源。

我国人口众多，人均能源资源量很低，发展可再生能源是我国的必然选择，其中太阳能电池发电是最有前景的技术之一。

但目前我国的光伏产业与世界相比差距还很大，生产规模小，技术水平低，专用原料国产化在种类和质量上存在差距。

总体的光伏发电成本还在35元/W—40元/W左右，目前聚光光伏发电技术已经日趋势成熟，通过聚集光能，在单位面积的光伏电池增加发电量，使得发电总成本大大下降，使太阳能发电与常规发电有了竞争的可能。

为此，国家“863”等重大基础研究计划已考虑对光伏的科技攻关给予支持，以尽快降低太阳能发电成本并提高发电质量。

同时，有关部门还实施了“中国光明工程”，并与荷兰、日本等国合作，推动我国光伏产业的发展。

太阳能是重要的能源资源，开发利用太阳能进行热发电具有以下重
要意义：
1）开发利用太阳能是落实科学发展观、建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求。

充足、安全、清洁的能源供应是经济发展和社会进步的基本保障。

我国人口众多，人均能源消费水平低，能源需求增长压力大，能源供应与经济发展的矛盾十分突出。

从根本上解决我国的能源问题，不断满足经济和社会发展的需要，保护环境，实现可持续发展，除大力提高能源效率外，加快开发利用可再生能源是重要的战略选择，也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基本要求。

2）开发利用太阳能是保护环境、应对气候变化的重要措施。

目前，我国环境污染问题突出，生态系统脆弱，大量开采和使用化石能源对环境影响很大，特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高，二氧化碳排放增长比较快，对气候变化影响较大。

太阳能清洁环保，开发利用过程不增加温室气体排放。

3）开发利用太阳能是开拓新的经济增长领域、促进经济转型、扩大就业的重要选择。

太阳能资源分布广泛，各地区都具有一定的可再生能源开发利用条件。

太阳能的开发利用主要是利用当地自然资源和人力资源，对促进地区经济发展具有重要意义。

同时，太阳能也是高新技术和新兴产业，快速发展的可再生能源已成为一个新的经济增长方式转变，扩大就业，推进经济和社会的可持续发展意义重大。

4）开发利用太阳能进行热发电，可以利用常规的蒸汽动力系统，利用原有的技术产业，容易大规模应用。

同时太阳能热发电可以实现大容量的能量蓄存，发电品质高，对电网的冲击影响小。

开发利用太阳能热发电，是平衡夏季用电负荷大等问题的有效途径。

第二章 国内外发展现状
一、国外发展现状
太阳能热发电的概念早在19世纪就已经提出，自从1878年在巴黎建立了第一个小型点聚焦太阳能热交换式蒸汽机以来，能源领域专家从
各个方面对太阳能热发电技术展开探讨，尤其是20世纪80年代以来，美国、意大利、法国、前苏联、西班牙、日本、澳大利亚、德国、以色列等相继建立起各种不同类型的试验示范装置和商业化运行装置，促进了太阳能热发电技术的发展和商业化的进程，太阳能热发电技术取得了显著的进展。

据不完全统计，仅在1981～1991年10年期间，全世界就建了500kw以上的太阳能热发电系统20多座。

如今， 在采用Rankine 循环的技术中，按照集热温度的高低，太阳能热发电系统大致可以分为槽式系统、塔式系统和碟式系统3大基本类型。

1.槽式太阳能热发电系统
槽式太阳能热发电系统是利用槽形抛物面反射镜将太阳光线聚焦到集热器上，对传热工质进行加热，经换热产生的蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的能源动力系统。

其特点是聚光集热器由许多分散布置的槽形抛物面聚光集热器串、并联组成。

槽形抛物面集热器是一种线聚焦集热器，都对太阳进行一维跟踪，其聚光比在40～80之间，集热温度一般低于400℃，属于中温系统，这种系统容量可大可小，不像塔式系统只有大容量才有较好的经济效益。

目前，槽形抛物面太阳能热发电系统普遍采用导热油作为集热工质。

低温导热油经油泵被送入到太阳能集热管，被加热到390℃左右，成为高温导热油，高温导热油依次通过蒸汽再热器、过热器、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳能传递到蒸汽循环中，产生370℃左右的过热蒸汽，进入汽轮机做功，输出电能，即系统采用双回路形式。

槽式太阳能热发电系统在美国已具有大规模商业化运行的经验，美国和以色列联合组建的LUZ公司在1980年开始研制开发槽式线聚焦系统，5年后实现了产业化，可以生产14～80MW系列化发电装置。

该公司在1985～1991年间先后在美国加利福尼亚南部的Mojave沙漠地区建成的9座大型商用槽式太阳能热发电系统，这些系统是槽式太阳能热发电系统的代表。

系统中聚光集热装置由相当数量的太阳能集热器组合单元
所组成，每个组合单元由若干槽式抛物面镜线聚焦集热器组成，装配成50～96m长的单元，排列成环路，由计算机控制这些组合单元跟踪器太阳，使其全天都能将阳光准确地反射到集热管上，集热管中的集热介质吸收太阳能，并将能量传递给蒸汽，蒸汽驱动汽轮机组，输出电能。

这九座电站的总容量为354MW，年发电量为10.8亿KWH。

（2）塔式系统
塔式系统又称为集中型系统，其聚光装置由许多安装在场地上的大型反射镜组成，这些反射镜通常称为定日镜，每台定日镜都配有太阳跟踪机构，对太阳进行双轴跟踪，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的吸热器上。

系统的聚光比通常在200～1000之间，系统最高运行温度可达到1500℃。

经定日镜反射的太阳能聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热器中传热工质；蒸汽产生装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功能转换。

塔式太阳能热发电系统的关键技术有如下3个方面：
a.定日镜及其自动跟踪装置：由于塔式太阳能热发电方式要产生高品位的蒸汽，因此对于太阳光的聚集必须有较大的聚光比，需要千百面定日镜，并要有合理的布局，以避免反射镜间的相互遮挡和阻断，使其反射光能集中到较小的集热器窗口。

目前定日镜的反射率大多在90%左右，并能对太阳的高度角和方位角进行跟踪。

b.吸热器：也称之为太阳能锅炉，要求体积小，换热效率高。

有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等类型。

对于垂直空腔型和水平空腔型来说，由于定日镜反射光可以照射到空腔内部，因而可以将内部的热损失控制到最低限度，但其最佳空腔尺寸与场地的布局有关。

外部受光型吸热器的热损失要比上述的两种类型大些，但适合于大容量系统。

c.蓄热装置：应选用传热和蓄热性能良好的材料作为蓄热工质。

选用汽—水系统具有许多优点，因为工业界和使用者都很熟悉，有大量的工业设计和运行经验，附属设备也已经商业化，但腐蚀问题是其不足之处。

对于高温大容量系统来说，可以选用钠作为热传输工质，它具有良
好导热性能，可以在3000kw/㎡的热流密度下工作。

1982年4月，美国在加州南部巴斯托（Barstow）附近的沙漠地区建成Solar One的塔式太阳能热发电系统。

该系统的定日镜阵列是由1818面定日镜环组成，塔高为85.5m。

起初采用汽—水系统，净发电功率为10MW。

后来 Solar One经过改装，用于示范熔盐吸热器和蓄热装置。

由于增加了蓄热装置，使输送电能的负荷因子提高到65%。

熔盐在吸热器内由288℃被加热到565℃，用于发电，即通常所说的Solar Two系统。

该系统于1996年并网发电，电站在运行3年后进行了评估，其发电实践不仅证明了熔盐技术的正确性，而且促进了30～200MW塔式系统的商业化进程。

（3）碟式系统
碟式系统也称之为盘式系统，主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。

由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百倍到数千倍，因而可以产生非常高的温度。

这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般其功率为10～25kw,聚光镜直径约10～15m。

碟式太阳能热发电系统也可以做成较大的系统，即可以将多台装置并联起来，组成小型太阳能热发电站，为用户提供电力需求。

在上述三种类型的太阳能热发电系统中，目前只有槽式太阳能热发电系统已进入大规模商业化阶段，其它两种类型均处于试用和示范阶段，但其商业化前景看好。

这三种类型系统，既可以单纯应用太阳能运行，也可以安装成为与常规燃料联合运行的混合发电系统，上述三种太阳能发电系统的主要性能参数见表1-1。

表2-1 三种类型太阳能发电系统主要性能参数
参数 槽式系统 塔式系统 碟式系统 规模（Mw） 30～320 10～20 5～25
运行温度（℃） 390/734 390/734 750/1382
年容量因子（%） 23～50 20～77 25
峰值效率（%） 20 23 24
年净效率（%） 11～16 7～20 12～25
商业化情况 大规模商业化 示范阶段 试验阶段
技术开发风险 低 中 高
可否蓄能 有限制 可以 蓄电池
可否组成混合系统 可以 可以 可以
美元／㎡275～630 200～475 3100～3200
美元／W 2.7～4.0 2.5～4.4 1.3～12.6
二、国内发展现状
依据报道到目前为止，我国山东2009年12月份首家引进太阳能聚光发电项目，另有一家拟引进太阳能聚光发电项目。

拟采用的太阳能热发电技术有别于上述三种常规的太阳能热发电系统。

该技术采用反射式线性菲涅尔聚光器（CLFR）及相应的集热装置实现光热转换，CLFR的具体形式1热时间能够达到30H以上。

大容量的蓄热时间能够保证系统稳定运行，提高系统供电品质，同时兼顾了系统的经济性。

目前该技术为美国Ausra 公司拥有。

1.主要建设内容和规模
（1）主要建设内容
本电站包括：太阳能聚光系统、储热系统和发电系统三大部分。

a.太阳能聚光系统：拟建设反射式线性菲涅尔聚光器（CLFR）。

b.储热系统：拟建设一套30H储热系统。

c.发电系统：包括热机系统、化学水处理系统、电气系统、DCS控制系统、供水排水系统等全部设施。

（2）引进的规模容量
项目的规模容量可大可小，依据需求而定。

规模容量的大小从技术
上来说，可行性、先进性是一样的。

而就经济性而言，规模容量大经济性就好一些、性价比高也一些。

实例：若建一个2×46MW总装机规模的太阳能发电站，启动资金要2亿，投资50亿人民币，建设周期约3年，占地面积3500亩。

（3）项目建设目标
通过吸收目前国际上已经成熟并大规模商业化的先进的太阳能热发电技术，开发建成我国首座具有自己的知识产权的太阳能热发电站。

美国先进的反射菲涅尔太阳能热发电技术（CLFR），该技术由澳大利亚悉尼大学研制，该技术现属于美国AUSRA 太阳能公司。

AUSRA太阳能公司总部设置在加利福尼亚的帕洛瓦尔托，成立于2006年。

现任总裁是罗伯特E，拥有30年的电厂经验，曾经是PB公司总裁。

公司以菲涅尔镜为主要产品，蓄热装置可蓄热30H以上。

目前，该公司主要安装100～500MW的太阳能电站。

2007年，该公司将在美国的加利福尼亚州建立177MW的太阳能电站（占地2.6K㎡）,并于2007年12月中旬宣布，与加州太阳能开发商Palo Alto 公司在美国Las Vegas 建设太阳能集热发电系统设施。

反射菲涅尔太阳能热发电技术（CLFR）系统流程如图4-1所示。

太阳能经菲涅尔反射镜反射后聚焦到吸热管中，载热介质吸收太阳能后温度升高，高温流体经一系列过程后产生过热或饱和蒸汽，蒸汽进入汽轮机中膨胀，经发电机后对外输出电能。

汽轮机蒸汽经冷凝后循环利用。

太阳能聚光镜场布置在四周，汽机房、220kw配电室等生产设施布置在场地中央。

（4）总平面布置
厂区总平面按2×46MW机组设计，并预留扩建可能。

结合场地现有条件，根据有关规程、规范进行规划布置。

总平面布置力求规划合理、工艺流程顺畅、功能分区明确、布置紧凑、节约用地、有利生产、方便管理。

辅助、附属建筑物和行政管理采用联合布置和多层布置形式，尽量
减少厂区内辅助附属建筑物的数量。

结合厂址地形，合理确定厂区竖向布置形式。

向西-向南。

主生产区 厂区总平面按“两列式”布置，出线方向向西-向南。

主生产区
建筑物布置在厂区南面，主生产区由西向东依次布置：100kw配电室——汽机房。

辅助生产区：冷却塔、循环水泵房、化水车间等布置在主生产区北面，油泵房、蓄热区、油水换热区布置在60kw配电室北面。

综合楼布置在场地东部。

布置有足够的通道满足循环水管和其它管线的敷设要求。

总占地面积为1000亩。

2.项目主要包括三大系统
项目三大系统是太阳能聚光集热系统、太阳能储热系统、热机动力系统。

（1）太阳能聚光集热系统
工程项目拟参照美国先进的反射菲涅尔太阳聚光集热装置，该装置的外貌如图4-2、4-3所示。

太阳能经菲涅尔反射镜反射后聚焦到吸热管上，冷介质进入吸热管中吸收太阳能后成为热介质，从而实现了聚光集热的功能，实现了光与热的转化。

菲涅尔反射镜聚光方式有别于常规的槽式集热器，其优点如下：
1） 造价低——材料选取更广泛、支撑部件减少；
2） 安装高度低——风载负荷小、结构强度小；
3） 土地使用更少——与槽式相比，土地使用量约减少30～50%；
4） 制造工艺低——反射镜的曲率小，镀膜加工工艺相对槽式反射镜要低。

太阳能热发电有限公司引进的太阳聚光集热技术中吸热管的安装高度在20m左右，吸热管能够产生370℃左右、5～7MPa左右的过热蒸汽。

（2）太阳能储热系统
目前广泛应用的蓄热介质的导热油、熔融盐、高压饱和水等，例如
西班牙PS10采用了高压饱和蓄热、西班牙的Andsol采用了8HR的熔融盐蓄热、美国Solar Two电站也采用了熔融盐蓄热。

考虑到系统造价和发电成本，上述蓄热介质的蓄热时间一般低于9H。

广泛采用的太阳能热发电电站的蓄热子系统的外貌如图4-4所示。

（3）热机动力系统
在常规的太阳能热发电系统中，聚光集热子系统产生的蒸汽进入汽轮机中，一定温度和压力的蒸汽在汽轮机中膨胀，推动叶片转动，通过减速箱调节轴承的转速，通过发电机对外输出电能。

汽轮机乏汽进入到凝汽器中，凝水通过给水泵增加后与太阳能进行换热再一次产生蒸汽。

常规太阳能电站的动力子系统的外貌如图4-5所示。

太阳能热发电示范项目中的汽轮机是美国AUSRA 太阳能公司根据反射菲涅尔反射镜场产生蒸汽特性而研发制造的。

第三章 政策分析
2006年1月1日，我国的《可再生能源法》正式生效。

按照全国人大关于《可再生能源法》实施的要求，研究制定一系列相关的配套政策，目前主要包括：
一．编制完成并发布了《可再生能源中长期发展规划》。

规划中明确指出，到2010年，建成太阳能热发电总容量5万千瓦。

到2020年太阳能热发电总容量达到20万千瓦。

二．制定了可再生能源电价和费用分摊政策。

发布了可再生能源发电上网电价和费用分摊办法，对各种可再生能源价格形成机制、以及可再生能源电价水平部分的分摊原则作了明确规定。

为了保证可再生能源电价附加收入的合理调配，2007年1月制定了《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》，现成立了一个专门的工作班子，具体承担电价附加收入的调配工作。

三．制定了《可再生能源产业发展指导目录》。

2005年11月，国家发改委发布了《可再生能源产业发展指导目录》，对风能、太阳能、生物。