1、 太 阳 能 热 发 电 资 料 整 理 二0一0年六月 目 录 第一条 热发电概念 1.1 槽式系统“短焦距线聚焦” 01 1.2 塔式系统“长焦距点聚焦” 04 1.3 碟式系统“短焦距点聚焦” 05 第二条 对比 2.1 性能和特点比较 07 2.2 商业化程度 08 2.3 使用环境 08 第三条、可行性分析 3.1 技术性 08 3.2 投资成本 10 第四条 供应商 4.1 设备生产 11 4.2 系统集成 12 第五条 工程案例 5.1 已建设 13 5.2 国内热发电规划 15 5.3 内蒙古 50MW级槽式太阳能热发电示范项目可行性研究报. 15 第六条 个人小结 6.1应用
2、趋势 20 6.2应用区域 21 6.3与光伏发电对比 21 6.4热发电优势 21 第一条 热发电概念 太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热 力循环过程进行发电。 太阳能热发电系统大致有三类:槽式线聚焦系统、塔式系统和碟 式系统。 1.1 槽式系统“短焦距线聚焦” 该系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器 上，并将管内传热工质加热，在换热器内产生蒸汽，推动常规汽轮机 发电。 第 1 页 图 1-1 反射镜（二维） 第 2 页 图 1-2 电厂接收（反射镜阵列） 图 1-3 电厂发电厂（和火力发电共用） 第 3 页 图 1-4 电厂原理 1.2 塔式系统 “长焦
3、距点聚焦” 该系统基本型式是利用一组独立跟踪太阳的定日镜,将阳光聚焦 到一个固定在塔顶部的接收器上,用以产生高温，在换热器内产生蒸 汽，推动常规汽轮机发电。 第 4 页 第 5 页 1.3 碟式系统 “短焦距点聚焦” 抛物面反射镜/斯特林系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜组 成,接收器在抛物面的焦点上,接收器内的传热工质被加热到750左 右,驱动发动机进行发电。 第 6 页 第二条 对比 2.1 性能和特点比较 第 7 页 2.2 商业化程度 目前只有槽式线聚系统已进入商业化阶段， 其他两种类型均尚处 于中试和示范阶段，但其商业化前景看好。这3种类型的系统，既可 单纯应用太阳能运行， 也可安装
4、成为与常规燃料联合运行的混合发电 系统。 2.3 使用环境 抗风强度18.5m/s。 第三条、可行性分析 3.1 技术性 3.1.跟踪 “短焦距线聚焦” - 槽式系统 ，因为线聚焦都是延长型的， 很长的槽式跟踪要一致同步， 一般一个控制器可以同时控制很长的一 段槽，甚至是多个槽同时控制。 跟踪不会影响槽式的发展。 “长焦距点聚焦”- 塔式系统，跟踪难度最大的跟踪。因为焦 距长，所以跟踪精度要求的就高。高精度受两个因素影响，一个是驱 动控制精度，另一个是机械传动精度。机械传动若要实现高精度就必 然采用高差速比，一般都在数万比一。减速就要用齿轮，齿轮的误差 是无法彻底消除的。 所以高精度机械装置的
5、造价是随精度提高而指数 倍提高的。 所以塔式系统跟踪到现在还没有大规模推广的重要原因之 一。 “短焦距点聚焦” - 碟式系统，跟踪难度最低的一种，机械传 动机构相对独立，容易实现。跟踪不会影响碟式的发展。 第 8 页 3.1.2聚光镜 槽式聚光镜： 是抛物线型镜面， 一般是小开口的 （开口3米以下） 一个模具，三米以上开口用两个模具就够了。用树脂，菱苦土，水泥 等现在做太阳灶的工艺。玻璃镜面是热弯炉弯曲玻璃。玻璃热弯的模 具关键是要控制模具温度变型率。曲面玻璃镀银镜有一定难度。 塔式聚光镜：国际上经常采用的是大面积玻璃银镜拉弯构成曲 面，在焦点上形成小的聚光焦斑，这样做有个缺点，正午时焦点比较
6、 小，上午和下午会出现焦点变形，这个被叫做余弦效应。为减小余弦 效应，就有人把玻璃反光镜分成小块。带来的安装麻烦也随之增加。 另外，反光镜距离光靶越远反光点变大，镜子散射增加。能量损失也 增加。 碟式聚光镜：可以多片小平镜，可以是多片圆盘，也可以是多片 曲面镜。曲面结构就是太阳灶的结构，简单且成本低。高级一些的就 要热弯玻璃，在曲面上镀镜，镀铝比较容易，镀银就有难度。 3.1.3高温接收 线聚焦聚光倍率低，焦点温度低（390734摄氏度） ，接收体长 度大，热散失是最大的一种，无论如何他都不会成为太阳能热应用效 率最高的方案。 塔式聚焦，功率大，温度高（5651049 摄氏度） ，可达到数千
7、度高温。聚光效率低，定日镜反光散射和跟踪偏差是聚光有效率不足 70%。现阶段塔式效率不比槽式高多少，但是比槽式造价高很多。 碟式点聚焦聚光倍率高，焦点温度高（7501382 摄氏度） ，可 第 9 页 达到上千度。接收到的能量最大，聚光效率最高。适合直热发电，斯 特林发电。半导体电堆温差发电。未来发展空间最大的方案。 3.2 投资成本 3.2.1槽式系统 曲面聚光最容易在短期内解决，也最容易成为中国热发电的先 驱。曲面聚光镜体制要造出好的模具，控制好热弯炉的加热，就能作 出镜子。 3.2.1塔式系统 三个高造价瓶颈。 第一是定日镜驱动造价， 占全系统造价的 25%， 而且精度很难保证，抗风困难
8、。第二是高塔的造价，为减小镜场占地 面积，只有把塔建的很高，系统越大塔就越高。塔体造价占整个系统 造价的 20%。第三是高温吸收结构，包括材料、热损失、光热转换效 率。这一点是塔式系统效率难以提高的关键。 3.2.3碟式系统 第 10 页 聚光和跟踪系统造价最低，也最容易实现，造价很低。将来适合 独立发电系统。 第四条 供应商 4.1 设备生产 4.1.1集热管（HCE） 1） 国际：以色列的 Solel公司（被西门子收购） 德国的 Schott公司 2） 国内：华园新能源有限公司 中国科学院电工研究所皇明太阳能联合实验室 南京春辉科技实业有限公司（南京中材天成新能源有限公司） 河海大学成立新
9、材料新能源研究开发院 南京工业大学 第 11 页 4.1.2 定日镜（反射镜） 美国 esolar 美国 SolarOne 美国 SAIC 德国 Steinmuller 中国科技大学陈应天 北京天羿洁源科技发展有限公司 杭州大明科技控股集团 4.2 系统集成 美国Luz公司 中国华电集团新能源发展有限公司 北京中航空港通用设备有限责任公司 大连星火新能源发展有限公司 上海工电能源科技有限公司 新疆天能新能源技术有限公司 第五条 工程案例 第 12 页 5.1 已建设 美国Luz公司在加州莫哈维沙漠陆续建成了9座槽式聚光热发电 站（SEGS） ，总装机容量为354兆瓦，年发电总量 10.8亿千瓦
10、时，发 出的电力可供 50 万人使用。管状集热器内工作介质为导热油，导热 油通过换热器可以产生 390的过热蒸汽以驱动蒸汽轮机发电。随着 技术不断发展，系统效率由起初的 115提高到 136。每千瓦 电能装机容量的投资己由 6000 美元降至 2000 多美元；电费由每度 24美分降至 7.5美分 8.5美分。 自 1984 年以来，Luz 公司先后开发了 14 兆瓦、30 兆瓦和 80 兆 瓦多种系统，由太阳辐射能至电能的最高瞬时效率为 24%，年平均效 率最高为15%。由于太阳能是随机的，在工作介质的回路中增设一个 使用常规燃料（通常为天然气）的辅助锅炉，以备急需。 美国上世纪已经建成 3
11、54MW，2007 年建成 64MW 的 Solar One； 西班牙已经建成 200MW， 分别是 Andasol 1 （50MW） 、 AndaSol 2 （50MW） 、 Energia Solar De Puertollano（50MW）和 Alvarado 1 （50MW） 。 5.1.1槽式电站 第 13 页 5.1.2塔式电站 国内已建成太阳能热发电江宁 70kWe 太阳能热发电示范工 程（塔式） 、延庆 1000kWe塔式发电、顺义空港槽式发电。 2009 年底总投资亿元建设的“太阳能热发电研究及产业 基地”日前在山东省潍坊市峡山区奠基。据悉，这一基地建成后将成 为全球规模最大
12、、范围最广的太阳能热发电研究及产业基地、太阳能 第 14 页 热发电国际技术推广和产业化基地、 太阳能热发电国际技术教育培训 基地。 5.2 国内热发电规划 甘肃玉门2000MWe 新疆青松300MWe 内蒙古鄂尔多斯 50MWe即将招标 青海格尔木 1000MWe 陕西榆林500MWe 海南 250MWe 怀柔桥梓镇一期 3500万槽式发电 5.3内蒙古 50MW级槽式太阳能热发电示范项目可行性研究报告 5.3.1概述 内蒙古自治区是我国的电力输出大省，但其中绝大多数是火电， 可再生能源很少，这也加速 了煤炭资源的消耗，使内蒙古提早面临 能源的挑战。因此，必须着力调整能源结构，利用其 风资源
13、和太阳 能资源的优势，大力发展可再生能源，以提升内蒙古在全国的能源地 位。 内蒙古西部地区具有丰富的太阳能资源，全年日照小时数在 2 000h以上，属于我国光照资 源丰富区。利用太阳能热发电使广大的 沙漠、戈壁滩变废为宝，可以创造较好的经济效益和 社会效益。 内蒙古 85MW 槽式太阳能热发电示范项目拟选厂址位于鄂尔多斯 库布其沙漠，太阳光热资源富 集，是开创内蒙古太阳能资源开发的 第 15 页 示范建设项目，对槽式太阳能热发电的开发建设推广有 较好的引导 作用，具有承前启后的关键性作用。该项目的及时开发建设不仅可以 为地区电网 注入更多绿色能源，对保护环境、减少污染、节约煤炭 资源都将起到积
14、极作用。 5.3.2工艺技术方案 目前太阳能热发电大致可分为三大类：聚光类太阳能热发电、太 阳池发电和太阳能烟囱发电 。聚光类太阳能热发电按照接收系统的 形式，又大致可分为三大类：槽式聚光太阳能热发电 、塔式聚光太 阳能热发电和碟式聚光热发电。 与塔式、碟式太阳能热发电技术相比，槽式太阳能热发电技术是 目前世界上最成熟的，也是 目前唯一实现商业化运行的太阳能热发 电技术。优势在于：系统结构紧凑，槽式抛物面集热 装置的制造所 需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产。 如图 1中所示，槽式太阳能热发电系统可分为集热区、换热区、 第 16 页 发电区等3大区域： 1） 集热区 整个系统的核心
15、，平行排列的槽式集热器组成太阳集热区，这些 太阳能收集 器是玻璃镜面的集热器。通过对太阳进行由东向西的跟 踪，槽式集热器将太阳的直接辐射汇 集在吸热管上，吸热管中的热 传导液体（称为导热油）被加热到约400。 2） 换热区 太阳集热区加热的导热油到换热区后依次通过太阳能过热器、 太 阳能蒸汽发生 器、太阳能预热器来加热给水进而里产生高压蒸汽和 再热蒸汽。考虑到导热油热物性的特点 和热力循环的最优化，蒸汽 的温度选定在 383。为了使得转换过程中的效率最大，给水温 度 最好为 240，这是一个最佳值。较低的给水温度会降低热效率。较 高的给水温度会导致 导热油换热器的热吸收下降并且增加太阳集热 区
16、辐射损失。 太阳落下后，太阳集热区停止工作。为了避免在发电中断期间， 导热油发生凝结，换热区增 加了辅助加热系统，以维持导热油的最 低的运行温度。 该系统当中水蒸汽的流通路径为： 从高压给水加热器到太 阳能预热器；从太阳能预热器到太阳能蒸汽发生器；从太阳能蒸 汽发生器到太阳能过热器；从太阳能过热器到高压蒸汽轮机入口 （新蒸汽） ；从高压汽轮机出口到太阳能再热器；从太阳能再热 器到低压汽轮机入口（再热蒸汽） 。 第 17 页 导热油的流通路径为： 从太阳能集热区到太阳能过热器和太阳 能再热器；从太阳能过热器到太阳能蒸汽发生器；从太阳能蒸汽 发生器到太阳能预热器； 从太阳能预热器和太阳能再热器到太
17、阳能 集热区。 3） 发电区 基本组成与常规火力发电设备类似， 换热区产生的蒸汽被导入发 电区，在汽轮 机中膨胀做功，并驱动发电机发电。经过汽轮机的余 热在空气冷却器中被释放。在该过程中 ，从太阳集热区收集并集中 的太阳辐射被转换成电力并送到电网上。 发电区的技术条件为： 汽轮机技术条件 铭牌出力：85MW 机组型式：一次中间再热、直接空冷、凝汽式 主蒸汽参数：376t/h ；9.0 MPa.a；383 热再热蒸汽参数：309.3t/h ；2.07 MPa；383 给水温度：240 额定转速：3 000rmin 发电机技术条件 额定功率：85MW 额定转速：3 000r/min 频率：50Hz
18、 励磁方式：静态励磁 第 18 页 热力系统 主蒸汽系统： 换热区的两组过热器出口主蒸汽管道汇合成一根主 蒸汽管道，再接至汽轮机主 气门。 再热蒸汽系统： 汽轮机高压缸排汽用一根冷再热蒸汽管道送至换 热区；油水换热系统的两组 再热器出口高温再热蒸汽管道汇合成一 根高温再热蒸汽管道，再接至汽轮机再热主气门。 回热抽气系统：回热系统共五级，分别供 2台低压加热器，1台 高压除氧器和 2台高压加热器 。 给水系统：给水泵采用 2台100%定速泵，1台运行，1台备用。 高压给水管道自给水泵出口经 1 #、2#高压加热器至换热区的两组太 阳能预热器。 凝结水系统：每台机设 2 台 100%容量的凝结水泵
19、，凝结水经排 汽装置下部的凝结水箱进入凝 结水泵，经汽封加热器，2 级低加进 入高压除氧器，凝泵出口设有再循环管道。 辅助蒸汽系统：为便于油水换热系统冷态启动，设有 2 台 5t/h 天然气启动锅炉，蒸汽参数为 1.25MPa 、193,在汽机房内设 有厂用蒸汽联箱, 蒸汽分别供给除氧器、均压箱等。 5.3.3总结 能源是人类生存和发展的重要物质条件，但煤炭、石油、天然气 等不可再生能源消费的 持续增长和大量消耗，不仅使人类面临资源 枯竭的危险和压力， 更让世界各国感到了生存环 境面临的严重威胁。 为保护生态环境，我们除了对常规能源采取积极节能措施，同时必须 第 19 页 鼓 励用清洁能源替代
20、矿物燃料，把开发利用新能源和可再生能源作 为一个优先发展的替代方案 。 综上所述，太阳能发电同化石燃料发电相比，具有以下特点：无 资源枯竭危险；绝对洁净，无污染；不受资源分布地域、地理的限制； 可在用电负荷附近，就近发电；能源品位质量高；获取能源、电力的 时间周期较短。 总而言之，我国发展太阳能热发电技术具有十分重要的战略意 义，为适应当今世界经济全球 化的趋势，实现电力供应、环境保护 可持续发展，中国发展太阳热发电技术是十分必要的。 第六条 个人小结 6.1 应用趋势 1） 蝶式短焦距点聚焦系统，跟踪驱动聚光不是问题，很容易实 现，造价也不高。斯特林发电机是关键环节。 2） 槽式线聚焦跟踪驱
21、动已经不是问题。曲面镜的加工要解决的 是模具材料问题，模具热稳定性（变型率）是关键，其次是玻璃热弯 炉温度控制，其实这两点不难。建议搞菲涅尔反射的放弃为妙。曲面 镜成本很低的。 3） 塔式效率最低（技术很难突破） 。成本最高，投资最大。 备注：蝶式发电为单个模块，局部故障不会影响整体电站发电。同时 安装位置不受地面平整度的影响。个人更看好蝶式发电，最不看好塔 式发电。蝶式发电的发电机组为独立运行，无法与火电、水电的发电 机组共用（相对而言增加发电机组的投入） 。 第 20 页 第 21 页 6.2 应用区域 应用于风少较小的内陆地区，而内蒙、青海、甘肃及沿海地区不 适用（风速过大） ，现在的定日镜（反射镜）现阶段最大抗风强度为 18.5米/s（8级风以内） 6.3 与光伏发电对比 现阶段就数据而言，热发电（15元/We）成本低于光伏发电（ 20 元/Wp） ，但热发电维护成本明显高于光伏发电（发电机组、传输 管道、顶日镜和集热管、热介质、跟踪系统等） 。 热发电占地面积与光伏发电接近。 热发电安装技术要求比光伏高。 6.4 热发电优势 首次投入成本低于光伏发电。 有效发电时间高于光伏发电。 可有效的与火力发电、水力发电结合（蝶式除外） 。
