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太阳能热发电技术的现状及发展趋势(1)

在全球可持续发展的大背景下,“绿色能源”和“低碳生活”的概念正受到越来越多的关注,各国竞相开展以风能、太阳能、生物能、地热能、海洋能等可再生绿色能源为主的研究和应用.同时从国家能源局获悉,我国首轮太阳能光热发电特许权招标项目,已于2010年6月底至7月初正式开始.此政策的颁布,打破了常规化石燃料发电占据整个发电行业的局面,意味着太阳能因其储量的无限性、利用的清洁性等特点一跃成为最热门的新能源之一,太阳能热发电技术将迅速进入商业化成长时期,成为解决当前能源、资源、环境等一系列问题的新兴产业.人们最早对太阳能热发电的研究,可以追溯到18世纪70年代在巴黎建立的第一个小型点聚集太阳能热交互蒸汽机,自此之后,各国对太阳能热发电技术的研究从未终止.在1981年至1991年间,全世界建造了多种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座(塔式为主);另外在1985至1991的6年间,在美国加州沙漠建成的9座槽式太阳能发电站,更是将发电成本降至8美分/kWh,太阳能热发电项目已成为各国建立新能源系统的方向之一.经过近30年的发展,部分太阳能热发电技术已完成试验和示范阶段,正向低成本、高产业化迈进.本文以目前研究最为广泛的聚光式太阳能热发电技术为对象,对各种聚光式太阳能热发电技术进行介绍、分析和比较,希望能得出对我国太阳能热发电行业具有建设性的意见.

1太阳能热发电技术的概念与分类

太阳能热发电主要是将聚集到的太阳辐射能,通过换热装置产生蒸汽,驱动蒸汽轮机发电.太阳能热发电与常规化石能源在热力发电方式上的原理是相同的,都是通过Rankine循环、Brayton循环或Stirling循环将热能转换为电能,区别在于热源不同,太阳能发电的热源来自太阳辐射,因而如何用聚光装置将太阳能收集起来是大多数太阳能热发电的关键技术之一.此外,考虑到太阳能的间歇性,需要配置蓄热系统储存收集到的太阳能,用以夜间或辐射不足时进行发电,因此成熟的蓄热技术成为太阳能热发电中的另一关键技术.直接光发电和间接光发电是太阳能热发电中最常用的分类方式.直接光发电可分为太阳能热离子发电、太阳能温差发电和太阳能热磁体发电;间接光发电可分为聚光类和非聚光类,其中聚光类按照太阳采集方式可分为太阳能塔式发电、太阳能槽式发电和太阳能碟式发电;非聚光类主要有太阳能真空管发电、太阳能热气流发电和太阳能热池发电等.通常所说的太阳能热发电,主要指间接光发电,直接光发电尚在实验阶段.目前主流的太阳能热发电技术集中在塔式、槽式和碟式,它们因开发前景巨大而受到极大的关注.

2聚光式太阳能热发电技术

2.1塔式太阳能热发电

塔式太阳能发电主要由大量的跟踪太阳的定向反射镜(定日镜)和装在中央塔上的热接收器这两大部分组成,成千上万面定日镜将太阳光聚焦到中央接收器上,接收器将聚集的太阳辐射能转化为热能,然后再将热能传递给热力循环工具,驱动热机做功发电.随着镜场中定日镜数目的增加,塔式太阳能发电系统的聚光比也随之上升,最高可达1500,运行温度为1000℃~1500℃.它因其聚光倍数高、能量集中过程简便、热转化效率高等优点,极适合太阳能并网发电。图1为塔式太阳能发电的系统图.从图1可以看出,塔式太阳能发电系统包括:跟踪太阳光的定日镜、接收器、工质加热器、储能系统以及汽轮机组等部分.收集装置由多面定日镜、跟踪装置、支撑结构等构成.系统通过对收集装置的控制,实现对太阳的最佳跟踪,从而将太阳的反射光准确聚焦到中央接收器内的吸热器中,使传热介质受热升温,进入蒸汽发生器产生蒸汽,最终驱动汽轮机组进行发电.此外,为了保证持续供电,需要蓄热装置将高峰时段的热量进行存储以备早晚和阴雨间隙使用.作为欧洲首座商业性太阳能发电厂,2007年3月,PS10电站,如图2所示,利用624个面积均为120m2的巨大日光反射器将太阳光聚焦在高约90m的塔上,产生1.1万kW的电力,电站每年向电网供电1920万kWh,年平均发电效率可达10.5%.2009年5月,在PS10电站的基础上,PS20电站正式动工.PS20电站使用1225个面积为120m2的定日镜将太阳光聚集在高约为162m的塔上,能提供满足18万个家庭日常需求的用电量,整个电站计在2013年竣工。

我国在这方面起步较晚,并且由于工艺、材料、部件及其相关技术尚未得到根本性的解决,加上经费不足,一直裹足不前.近年来,中国工程学院院士张耀明教授带领团队刻苦钻研,在自动跟踪、聚光、集热等技术上取得了突破.国内首座“70kW塔式太阳能热发电系统”已于2005年10月在南京江宁顺利建成并成功投入并网发电,填补了我国在这方面的空白.

来源:百度文库
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