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太阳能热发电技术
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太阳能热发电技术

    太阳能热发电技术是指:利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺,从而达到发电的目的。采用太阳能热发电技术,避免了昂贵的硅晶光电转换工艺,可以大大降低太阳能发电的成本。而且,这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势,即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中,在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。

    一般来说,太阳能热发电形式有塔式,碟式,盘式三种系统

    1973年,世界性石油危机的爆发刺激了人们对太阳能技术的研究与开发。相对于太阳能电池的价格昂贵、效率较低,太阳能热发电的效率较高、技术比较成熟。许多工业发达国家,都将太阳能热发电技术作为国家研究开发的重点。从1981-1991年10年间,全世界建造了装机容量500kW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站余座,其中主要形式是塔式电站,最大发电功率为80MW。由于单位容量投资过大,且降低造价十分困难,因此太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。

    对塔式太阳能热发电的研究开发并未完全中止。1980年美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站,装机容量10MW。经过一段时间试验运行后,在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站,并于1996年1月投入试验运行。

    20世纪80年代初期,以色列和美国联合组建了LUZ太阳能热发电国际有限公司。从成立开始,该公司集中力量研究开发槽式抛物面聚光反射镜太阳能热发电系统。从1985年-1991年的6年间,在美国加州沙漠相继建成了9座槽式太阳能热发电站,总装机容量353.8MW,并投入网营运。经过努力,电站的初次投资由1号电站的4490美元/KW降到8号电站的2650美元/kW,发电成本从24美分/KWh降到8美分/KWh。

    为继续推动太阳能热发电的发展,以色列、德国和美国几家公司进行使用,他们计划在美国内华达州建造两座80MW槽式太阳能热电站,两座100MW太阳能与燃气轮机联合循环电站。在西班牙和摩洛哥分别建造135MW和18MW太阳能热发电站各一座。

    盘式(又称碟式)太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统。近年来,盘式太阳能热发电系统主要开发单位功率质量比更小的空间电源。盘式太阳能热发电系统应用于空间,与光伏发电系统相比,具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等优点,美国从1988年开始进行可行性研究,计划在近期进行发射试验。例如,1983年美国加州喷气推进试验室完成的盘式斯特林太阳能热发电系统,其聚光器直径为11m,最大发电功率为24.6 kW,转换效率为29%。1992年德国一家工程公司开发的一种盘式斯特林太阳能热发电系统的发电功率为9kW,到1995年3月底,累计运行了17000h,峰值净效率20%,月净效率16%,该公司计划用100台这样的发电系统组建一座MW的盘式太阳能热发电示范电站。

    盘式(又称碟式)太阳能热发电系统(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。

    美国热发电计划与Cummins公司合作,1991年开始开发商用的7千瓦碟式/斯特林发电系统,5年投入经费1800万美元。1996年Cummins向电力部门和工业用户交付7台碟式发电系统,计划1997年生产25台以上。Cummins预计10年后年生产超过1000台。该种系统适用于边远地区独立电站。

    美国热发电计划还同时开发25千瓦的碟式发电系统。25千瓦是经济规模,因此成本更加低廉,而且适用于更大规模的离网和并网应用。1996年在电力部门进行实验,1997年开始运行。

    以上三种系统性能比较。三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化,其他两种处在示范阶段,有实现商业化的可能和前景。三种系统均可单独使用太阳能运行,安装成燃料混合(如与天然气、生物质气等)互补系统是其突出的优点,其性能比较如表1所示。

表1三种太阳能热发电系统性能比较

 

槽式系统

塔式系统

碟式系统

规模

30-320兆瓦

10-20兆瓦

5-25兆瓦

运行温度(℃)

390/734

565/1049

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%

可否储能

有限制

可以

蓄电池

互补系统设计

可以

可以

可以

美元/平方米

630~275

475~200

3.100~320

美元/

4.0~2.7

4.4~2.5

12.6~1.3

美元/峰瓦

4.0~1.3

2.4~0.9

12.6~1.1

    就几种形式的太阳热发电系统相比较而言,槽式热发电系统是最成熟,也是达到商业化发展的技术,塔式热发电系统的成熟度目前不如抛物面槽式热发电系统,而配以斯特林发电机的抛物面盘式热发电系统虽然有比较优良的性能指标,但目前主要还是用于边远地区的小型独立供电,大规模应用成熟度则稍逊一筹。应该指出,槽式、塔式和盘式太阳能热发电技术同样受到世界各国的重视,并正在积极开展工作。

我国是世界上最大的低温热水器生产大国,在真空管的技术上已经掌握了国际领先技术,玻璃热弯与镀银技术处于世界先进水平。槽式热发电的产业基础已经存在,上下游产品供应也可以得到保障。同时,华园人创造性的提出了“阶梯升温”的概念,使太阳能热发电在发电经济效益上达到最优化。

近日,由山东华援新能源有限公司、德州华园新能源应用技术研究所参与研发、设计施工的采用全部国产化设备与技术的我国首座槽式太阳能热发电示范系统已正式并网发电运行,实现了槽式太阳能热发电的突破,使我国独立建造大规模槽式太阳能热发电站成为可能。


     塔式太阳能热发电工程图

     碟式太阳能热发电工程图

     槽式太阳能热发电工程图


 

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