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聚光太阳能发电的几种主要形式.pdf

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聚光太阳能发电的几种主要形式.pdf

聚光太阳能发电的几种主要形式一、线性聚光系统线性聚光太阳能发电采用线聚焦技术, 线性聚光器包括抛物面槽式系统和线性菲涅耳反射系统 2 种, 利用很大的反射镜来捕获太阳的能量, 并把太阳光反射和对焦集中到焦线上,在这条焦线上安装有线性管状集热器,集热器吸收聚焦后的太阳辐射能,把吸热管内的流体加热,然后产生过热蒸汽,驱动涡轮发电机产生电力。线性集中聚光器系统通常由按南北向平行排列的大量聚光器组成,这样保证最大限度地聚集太阳能。1. 抛物面槽式系统目前, 在美国太阳能热发电领域中占主导地位的是抛物面槽式线性聚光系统,槽式太阳能发电系统由太阳能聚光器,以及吸热配件或接收器和跟踪机构组成。其中太阳能聚光器由许多弯曲的反射镜组合装配而成,安装在支架上。吸热管或接收器管沿着每个抛物形反射镜的焦线固定安装,用以吸收太阳辐射能,传热工质 不管是传热流体还是水 / 蒸汽 都要从太阳能集热管中流过,从而产生过热蒸汽,直接输送到涡轮机用以发电。2. 线性菲涅尔反射器系统第二种线性聚光技术是线性菲涅尔反射器系统,该系统由反射镜。聚光器和跟踪机构组成。把平坦的或略有弯曲的反射镜安装配置在跟踪器上,在反射镜上方的空间安装吸热管,反射镜把阳光反射到吸热管。有时在聚光器的顶部加装小型抛物面反射镜,以加强阳光的聚焦。二、碟式引擎系统与其他聚光太阳能发电技术相比,碟式引擎系统产生的电力功率相对较少,通常在 325 万 kW 的范围内, 很适合分布式应用, 如果将多个这样分布安装的单元碟式。引擎系统整合成一簇,可以实现集中向电网供电,不但能缓解电力能源需求,还可以提高整个电网的运行安全性。整个发电系统安装在一个双轴跟踪支撑机构上,实现定日跟踪,连续发电,发电效率高达 30 ,在相同的运行温度下,发电效率明显高于槽式和塔式,是所有太阳能热发电系统中效率最高的。缺点是碟式太阳能热发电系统的单元发电容量较小。三、塔式系统塔式太阳能热发电系统主要由日光反射镜子系统。接收器组成,见图。其中日光反射镜子系统由大量大型。平坦的太阳跟踪反射镜构成,对太阳进行实时跟踪,把太阳光聚焦到塔顶的接收器。在接收器中对传热流体进行加热,产生高温过热蒸汽,过热蒸汽推动常规涡轮发电机组发电。一些电力塔利用水。蒸汽作为传热流体。由于其卓越的传热和能量存储能力,在其他先进的设计中,对其进行了熔融硝酸盐试验。 具有商业规模的工厂可以生产 200MW 的电力造价十分昂贵,建设电站的投资很高聚光太阳能发电的基本原理聚光太阳能发电使用抛物镜将光线聚集到充有合成油的吸热管上, 再将加热到约 400 摄氏度的合成油输送到热交换器里,将热量通过此加热循环水,将水加热,产生水蒸气,推动涡轮转动使发电机运转,以此来发电。聚光太阳能发电与太阳能电池不同, 太阳能电池使用太阳电池板将太阳能直接变成电能, 可以在阴天操作, CSP 一般只能够在阳光充足、 天气晴朗的地方进行。聚光太阳能发电系统的组成聚光太阳能发电系统由聚光太阳能接收器 ,聚光镜 ,阳跟踪机构组成 .聚光太阳能接收器包括聚光太阳能电池 ,旁路二极管和散热系统等 .聚光太阳能电池是将光能转换为电能的器件 ,普通的太阳能电池相比 ,与聚光太阳能电池接收到的电流密度是普通太阳能电池的几十到几百倍 ,就需要聚光电池的电阻这尽量小 ,以减少功率损耗 ,时要设计适合采集高同解电流密度的电池栅线 .目前国际上聚光电池主要有硅聚光电池和 IIV 族多结聚光电池两种 .聚光太阳能发电的发展现状对于光伏组件,目前大致可以分为非聚光的平板太阳电池组件、聚光光伏发电组件和薄膜电池组件等三类。前者目前应用最为普遍,后者尚处于开发之中,聚光光伏发电组件则由于结构尺寸较大和需要对日跟踪, 通常是用在有一定场地和空间的场合,市场主要定位在乡村、台站和户用的中型离网光伏电站及大型并网发电中心电站。西方发达国家(如美、日、德、澳等)主要发展平板太阳电池组件,从上世纪 70 年代起还发展聚光光伏发电组件, 并达到了较高的技术水平和较大的规模。聚光光伏发电组件有反射式结构和折射式结构两大类, 但后来主要发展折射式的,其聚光透镜常用点聚焦平板式和线聚焦柱面式两种。 点聚焦平板式与线聚焦柱面式聚光光伏发电组件相比,结构紧凑,聚光比高,所用电池少,但电池温度较高(从而降低光电转换效率和长期性能),对日跟踪系统精度要求较高。近年有资料报道 [2] , 在诸多种类的聚光光伏发电组件中, 经过长期性能检测和运行考察,美国 ENTECH 公司开发的面尺寸为 0.85m 3.66m 、聚光比为 21 、对日跟踪精度 1 、硅聚光电池采用空气冷却的线聚焦柱面透镜聚光光伏发电组件,其性能、寿命和可靠性等处于领先地位。目前,国际上平板硅太阳电池组件的售价约为 3 美元 /Wp , 光伏发电系统安装成本约为 63 美元 /Wp , 相当于发电成本 0.22美元 /kW.h 。 硅聚光光伏发电组件的售价约为 1 美元 /Wp , 光伏发电系统安装成本约为 4 美元 /Wp ,相当于发电成本 0.1 美元 /kW.h 。目前,国内平板式光伏发电系统技术已比较成熟,而聚光光伏发电系统还处于技术开发阶段。聚光光伏电站用的对日跟踪系统,国内已有几项专利,大部分因驱动电机功率大需要消耗自身的光伏电能而并不合算,且可靠性较差。聚光透镜则国内还无单位研制生产,全部依靠进口。例如,国内最早搞商用聚光光伏电站的秦皇岛阿尔法太阳能动力有限公司, 1999 ~ 2000 年为西藏阿里地区建造了几座 1kWp ~十几 kWp 级的电站, 聚光电池和平板式有机玻璃聚光透镜 ( 400倍点聚焦)均从美国太阳能公司购进,但均因跟踪系统失灵而失败。对日跟踪系统做得较好的山东华森太阳能产业有限公司(隶属山东华艺集团有限公司),光伏电站采用由太阳敏感器信号控制机械伺服机构的双轴跟踪系统, 跟踪精度达到0.1 , 1 kWp 级光伏发电系统的功耗仅为 2W 左右,聚光透镜和聚光电池则是从已倒闭的秦皇岛阿尔法太阳能动力有限公司购进的。 该公司目前已在筹备从国外引进聚光电池生产线, 200 ~ 300 倍聚光,光电转换效率约为 24 。聚光太阳能发电的发展优势1 、与其它产业相比具有产业竞争优势我国政府一直把研究开发太阳能和可再生资源技术列入国家科技攻关计划,大大推动了我国太阳能和可再生能源技术的发展。二十多年来,太阳能利用技术和研究开发、商品化生产、市场开拓等方面都获得了长足发展,成为快速稳定发展的新兴产业之一。我国已在太阳能光伏利用领域做出了积极的发展,光伏技术在解决西部边远无电地区人民的生活用电发挥了作用。 近几年我国在西藏、 青海、甘肃等地区投资建设光伏电站示范项目, 为解决无电地区的供电问题作出了很大贡献,并积累了宝贵的经验。随着我国光伏产业的发展,光伏能源将在中国的能源发展中占有举足轻重的地位。2 、与水利发电、火力发电相比具有资源优势利用太阳做能源,没有废渣、废料、废水、废气排出,没有噪声,不产生有害的物质, 因而不会污染环境, 没有公害。 一年内到达地面的太阳辐射能的总量,要比地球上现在每年消耗的各种能源的总量大几万倍。我国宁夏、甘肃、青海、新疆、西藏的大部分地区年平均日照时间在 3000h 以上,如果光伏电站采用固定平板式结构,则大约有一半日照时间可利用,即年发电量为 1.5kW ﹒ h/Wp﹒年; 如果采用对日跟踪平板式结构, 年发电量约可提高 40 , 即达到 2.1 kW﹒ h/Wp ﹒年的水平;若采用聚光式结构,年发电量约可提高 47 ,即达到 2.2 kW ﹒ h/Wp ﹒年。3 、与潜在的竞争对手相比具有市场优势我国是石化能源资源贫国,人均能源资源不足世界平均水平的一半,现在耗能是以煤炭为主(约占 70 )。要实现 2020 年国内生产总值比 2000 年翻两番的目标,能源供需矛盾十分突出,到时石化能源产生的 CO2 排放量为全球第一 (约占 28 ) 。 另外, 目前我国西部地区约有 2 万多个村、 700 多万户、 3000多万农牧民处于无电状态。 但是, 我国是富太阳能资源国, 全国 2/3 以上地区年日照超过 2000 小时,荒漠面积有 108 万平方公里,主要分布在西北地区,适合安装并网光伏发电系统,如果利用其中的 1.38 万平方公里面积,则装机容量可达 1380GWp ,相当于我国 2002 年的全部用电量,因此市场潜量十分巨大。充分利用太阳能源发电, 这一阳光工程将给西部地区尤其是西部贫困山区带来极大的社会效益和经济效益。

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