1、盤式太陽能熱動力發電盤式太陽能熱動力發電簡稱盤式發電，又稱蝶式發電。采用旋轉拋物面聚光器，聚光比在2500-3000之間，集熱溫度多在850度以上，因此盤式發電為高溫太陽能發電。 盤式太陽能熱動力發電裝置的系統組成與工作原理 1.裝置系統組成 裝置由四部分組成：旋轉拋物面聚光器，熱動力發電機組，儲能裝置，監控系統。 2.裝置工作原理 盤式太陽能熱動力發電的工作原理是，在旋轉拋物面聚光器焦點處，配置空腔接收器或熱動力發電機組，加熱工質，推動熱動力發電機組發電，從而將太陽能轉換為電能。根據熱力循環原理不同，又分為兩種形式： a.太陽能蒸汽朗頓循環熱動力發電 將小型空腔接收器配置在旋轉拋物面聚光器的

2、焦點，直接或間接產生高溫高壓蒸汽，驅動汽輪發電機組發電。 b.太陽能斯特林循環熱動力發電 將熱氣發電機組配置在拋物面聚光器的焦點，直接接收聚焦后的太陽輻射能，加熱汽缸中的工質，推動熱氣發電機組工作。熱氣機為外燃機，即著名的斯特林機。 旋轉拋物面聚光器 1.旋轉拋物面的聚光設計 以拋物線方程為母線方程，繞主軸線旋轉一周，即為旋轉拋物面，構成盤形點聚焦聚光器。旋轉拋物面和槽型拋物面的母線方程均為拋物線方程，所以它們的聚光特性又很多相同和相近之處。的坐標。為旋轉拋物面邊緣某點為域更大，最大焦斑直徑距離，所以聚光區鏡底部任一點到焦點的焦點的距離都大于鏡上部鏡面上任一點到的定義域不同。由于相同的形式，只

3、是焦斑方程具有完全鏡上部焦斑方程與鏡底鏡上部焦斑方程鏡底部焦斑方程msmsyfyddybpffppatan)(2.222arctan,sin1tan.maxmax 2.旋轉拋物面聚光器的鏡面利用系數 對旋轉拋物面，不同深度的鏡面，所能接收到的太陽輻射強度也不一樣，鏡面不同部位對聚光起的作用不一樣。 鏡面利用系數定義為聚光器光孔面積與鏡面面積之比。saAA度。邊緣角要小于到鏡面利用系數，一般考慮旋轉拋物面聚光器時，系數越小，所以在設計利用近光孔邊緣的鏡面，其從結果可以看出，越接通過計算可得刨分成若干環形的鏡面軸等垂直于按設將旋轉拋物面聚光器90.53. 0/,63. 0/,82. 0/,.,.2

4、3,2333222111321sabsabsabsssAAAAAAAAAyppp 3.旋轉拋物面的聚光性能分析 旋轉拋物面的主要光學參數包括焦距f,聚光器光孔直徑d,邊緣角，而其主要光學性能參數是聚光比C，光學效率和投射輻射通量分布。 （1）主要光學參數關系式的光學轉換效率很高。接收器內部，這樣發電射進小光孔的空腔焦距很長，反射光束投都采用鏡面曲率小，而轉拋物面聚光器能熱動力發電裝置的旋越大。通常，盤式太陽離開鏡面的距離，鏡面曲率越小，焦點由此可見，邊緣角越小之間具有以下函數關系主要光學參數)2tan(41f,ddf46200sin1sin)(cossin)2(2max222minsCC器，最

5、大聚光比為理想的旋轉拋物面聚光能。義表示聚光器的聚光性這里光束品質的物理意，聚光器的最小聚光比對給定的光束品質聚光比的變化關系：邊緣角的隨，聚光器的最小聚光比對不同的光束品質 （3）光學效率 聚光器的光學效率，主要取決于它的各種漏光損失。 （4）投射輻射通量分布 焦平面上投射輻射通量分布，與很多設計和加工因素有關，而主要決定于聚光器的加工精度。聚光器的實際投射輻射通量，應根據實際測量確定。 （5）主要光學參數的設計選擇 a.當母線方程的p值確定后，焦斑區域的尺寸和位置也就確定，通常鏡深越大，焦斑區域的能量密度越高，但鏡面利用系數變低。為兼顧利用系數，降低成本，選擇鏡深小于焦距。b.聚光器、接收

6、器的設計尺寸先由焦斑尺寸方程計算，再參照轉換效率和成本綜合選擇。 4.旋轉拋物面聚光器的結構設計 （1）鏡面結構 旋轉拋物面聚光器的鏡面結構和槽型拋物面聚光器完全相同，可以是表面鏡，背面鏡或粘貼反光薄膜。典型設計都采用低鐵超白玻璃鍍銀背面鏡。巨形旋轉拋物面聚光器，一般由多片弧形鏡面組裝而成，鏡面研磨光潔，采用機械固件將它們和盤面結構組裝成一個堅固、連續而完整的薄殼鏡面盤體。 （2）鏡面盤體結構 旋轉拋物面聚光器鏡面盤體的傳統結構為型鋼框架，即在整體鋼結構框架上，精確定位與安裝鏡面，形成連續的拋物反射面。這種傳統結構的鏡面盤體較重，自然跟蹤機構的功率消耗也大，價格也高。近年提出一種新型的結構設計

7、，是以樹脂為基礎結構，將一種聚合物反射薄膜或者薄玻璃反射鏡面粘貼到基礎結構上，使得制成的聚光器結構更加輕便也更便宜。 （3）鏡面盤體跟蹤機構 鏡面盤體的中心支承通過三點與機座的減速齒輪機構相連接。跟蹤機構的仰角傳動極限為-2度到90度，傳動齒輪比為18300比1，以此跟蹤太陽高度角。方位角的傳動極限為正負240度，傳動齒輪6級變速，傳動比為23850比1，以此跟蹤太陽方位角。 空腔接收器 盤式太陽能熱動力發電機組，一般采用圓柱形或球形陶瓷空腔接收器，取其結構上能與熱氣機膨脹腔具有良好的配置，以及具有良好的熱性能。例如法國10kW盤式太陽能斯特林熱動力發電裝置，采用圓柱形空腔接收器，直徑為30厘

8、米，深度為12厘米，空腔光孔直徑19厘米。實際的測量結果是，從聚光器反射的太陽輻射能85%進入接收器空腔內，78%的太陽輻射直接投射到接收管上，7%投射到空腔壁面上。 1.兩種加熱設計 （1）直接加熱設計 聚焦的入射太陽輻射直接投射到熱氣機加熱管上，吸收太陽輻射能，加熱工質，驅動斯特林發電機組發電。 優點：日落之后可以在加熱管的背面燃燒天然氣，從而熱動力發電機組可能全天連續運行。 （2）間接加熱方式 聚焦的入射太陽輻射投射到高效鈉熱管上，吸收太陽能，產生鈉蒸汽，再去加熱管加熱工質，驅動斯特林發電機組發電。凝結的液態鈉，經表面毛細結構返回到鈉熱管里，再行循環加熱。 2.鈉熱管 盤式太陽能斯特林熱

9、動力發電裝置，接收器較多應用鈉熱管技術，取其傳熱性能優越，工作溫度高。鈉熱管單位平方厘米面積的傳熱率為1kW，鈉蒸汽的工作溫度接近800度。結構設計原理鈉熱管接收器的主體由圓拱形鈉熱管和石英玻璃圓拱組成，兩者配制成一體，外面包著很厚的陶瓷保溫罩，形成拱形吸收空腔。圓拱形鈉熱管的下尖頂為鈉池，沿鈉熱管的太陽輻射吸收面設置燈芯，用來泵吸池中的液態鈉，送到鈉熱管的吸收面進行加熱，變成鈉蒸汽進入熱氣機的加熱管腔，與加熱管進行熱交換，自己凝結成液態的鈉從側面的回流管回到鈉池，如此循環。由于盤式太陽能斯特林機組正常工作位置是傾斜的，所以液態鈉依靠自身重力作用就可回到鈉池。 蒸發區鈉蒸汽的壓力分布 鈉熱管的

10、工作依賴于燈芯的毛細泵吸作用，燈芯的泵吸力要克服液態鈉的流動阻力和體積力。燈芯中鈉流動的壓力降受運行溫度和接收器方位的影響。對給定的太陽輻射通量，鈉沿燈芯流動方向的壓力將隨運行溫度的增高而降低，這是由于溫度升高，鈉的粘性降低。但另一方面，由于高溫時表面張力的下降，所以燈芯的毛細泵吸力也下降。所以當系統運行在高溫時，燈芯將難以供給足夠的液態鈉，從而影響鈉熱管的正常工作。此外，接收器軸的方位處于水平位置時，鈉池集中在拱形鈉熱管下半部，上半部燈芯接觸不到鈉池失去供給功能，同樣影響鈉熱管的正常工作。所以設計鈉熱管，必須考慮在高溫下，燈芯能從鈉池泵吸足夠的液態鈉。 燈芯的設計選擇 （1）材料選擇 金屬絲

11、網 金屬絲網的編制形式和金屬絲直徑，可以在很寬的范圍內選擇。在熱管技術中，表征金屬絲網性能的主要參數為有效孔隙尺寸、絲網厚度、孔隙率和滲透率。它們的數值，主要取決于編制絲網目數和金屬絲直徑的不同組合。用細金屬絲編織成網目數少的粗網，較容易拉成拱形，而網目數大的細網，則是將其置于兩片鋁箔之間進行層壓，制成拱形。目前的熱管大都采用金屬絲網制作燈芯。 粉末燒結金屬 粉末燒結金屬的性能，隨粉末大小和形狀以及在成品中粉末的密度而變化。一般粉末燒結金屬的有效孔隙尺寸較小，因此制成的燈芯可以具有很高的泵吸力，但是孔隙率不高，例如10微米孔隙半徑的燈芯，孔隙率只有40%，這會導致低的滲透力，增大燈芯中的壓力降

12、。 粉末燒結金屬制作燈芯技術，尚在研發中。 （2）參數設計選擇 有效孔隙半徑 研究表明，為了使燈芯中不致產生過高的壓力降，燈芯的最大容許有空隙徑半徑必須低于70微米。當有效孔隙半徑達到70微米時，燈芯厚度與滲透率的乘積必須大于750 。200目的金屬絲網燈芯厚度與滲透率的乘積為5 ，如果采用這種金屬絲網制作燈芯，需要150層才能滿足要求，而采用單一金屬絲網制作的多層燈芯，會產生過大的溫度降。 復合結構 選用粗網和細網相結合的方式。比如選56目的粗網和325目的細網制作復合燈芯，不明顯加大燈芯的溫度降。 mmm2mmm2 斯特林發電機組 熱氣機又稱斯特林機。1816年愛爾蘭人斯特林發明。它是由氣

13、缸外部加熱，推動缸內氣體工質循環做工，故稱外燃機。 （1）熱氣機分類 曲柄連桿式 自由活塞式 熱氣機的運行1923468751、真空加熱透鏡，2、連接管接出口，3、換熱式回熱器，4、發電機，5、熱量流出端網罩，6、熱量流出端氣缸，7、機體，8、熱量流入端氣缸，9、蓄熱室。 蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（1 1） 一種蓄熱式太陽能斯特林發電機已于2013年6月26日申請中國專利，專利號201310261858.9 。 斯特林可逆熱機（200710050949.2）、一種太陽能斯特林發電機（201110077563.7）、一種斯特林熱機換熱式回熱器（201210000

14、717.7）、一種斯特林熱機工況控制器（201110035499.6） 、多環連接型斯特林可逆熱機（201210174097.7）、一種斯特林熱機換熱裝置（201210383424.1）等中國發明專利是本發明的支撐技術。蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（2 2） 蓄熱式太陽能斯特林發電機的熱機是蓄熱式太陽能斯特林發電機的熱機是6個工作腔、雙環連接型斯特林發動機。個工作腔、雙環連接型斯特林發動機。蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（3 3） 真空加熱透鏡真空加熱透鏡1安裝在熱量流入端蓄安裝在熱量流入端蓄熱室熱室9的端面上。蓄熱室的端面上。蓄熱室9

15、位于熱量流位于熱量流入端中央，蓄熱室入端中央，蓄熱室9內有熱量流入端氣內有熱量流入端氣缸與回熱器連接管，并充滿熔融鹽和缸與回熱器連接管，并充滿熔融鹽和固態蓄熱介質。固態蓄熱介質。蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（4 4） 熱量流入端氣缸與回熱器連接管接出口熱量流入端氣缸與回熱器連接管接出口2到換熱到換熱式回熱器式回熱器3之間的連接管沒有畫出，要求材料絕之間的連接管沒有畫出，要求材料絕熱性好。換熱式回熱器熱性好。換熱式回熱器3到熱量流出端氣缸到熱量流出端氣缸6之間之間的連接管也沒畫出，要求材料導熱性好，管路上的連接管也沒畫出，要求材料導熱性好，管路上還要設置散熱片。蓄熱

16、室還要設置散熱片。蓄熱室9和熱量流入端氣缸和熱量流入端氣缸8都都外包絕熱層。外包絕熱層。蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（5 5）熱機轉子置于機體熱機轉子置于機體7中央，中央，6個活塞組對稱卡在熱機轉子個活塞組對稱卡在熱機轉子上。活塞組兩端的活塞分別插入熱量流入端氣缸上。活塞組兩端的活塞分別插入熱量流入端氣缸8和熱量和熱量流出端氣缸流出端氣缸6內。發電機內。發電機4置于熱量流出端氣缸置于熱量流出端氣缸6中央的中央的二級密封腔內，發電機轉軸與熱機轉子軸相連。發電機二級密封腔內，發電機轉軸與熱機轉子軸相連。發電機4與熱量流出端網罩與熱量流出端網罩5之間布置換熱式回熱器之間

17、布置換熱式回熱器3到熱量流出到熱量流出端氣缸端氣缸6之間的連接管。控制系統在此連接管上連通之間的連接管。控制系統在此連接管上連通6個個工作腔。工作腔。蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（蓄熱式太陽能斯特林發電機結構（6 6）斯特林發動機設計理論計算斯特林發動機設計理論計算斯特林發動機設計理論計算（斯特林發動機設計理論計算（1 1） 斯特林可逆熱機的設計理論已經很完善，由輸出功計算公式、平均溫度計算公式、限極壓力與平均溫度關系式、熱機效率定義式組成。 中國發明專利多環連接型斯特林可逆熱機實施例給出了計算過程。r10.1r20.1L0.12A1r1r1A2r2r2A2L3.77103T2673.15T1

18、333.15Vh0.0035Vc0.003V00.01P29 106N150.25R8.314T0VhVcVhT2VcT1P1P2A2L1sin62 T2V0T0A2L1sin62 T2V0T0A1LT1T0457.605nP2A2L1sin62 RT2P2V0R T0n25.172P15.6106W02nRT0T1T2LA1sin()A2cos6A1LT0T21cos()()A2LT0T11sin62 V0T1T2dQ2WQ11() WW3.498103Q21.399104Q11.049104PowerWNphQ2NpcQ1NPower5.247104ph2.099105pc1.574105

19、輸出功計算公式：W202100120212102126sin1)cos1 (6cossinTTVTLTATLTAdAALTTnRT平均溫度計算公式：120TVTVVVTCHCH極限壓力與平均溫度關系式：12002211minmaxTVTLATLAPP蓄熱式太陽能斯特林發電機優點斯特林發電機優點 一、同時具備可蓄熱和熱機效率高的特點，發電質量高，可直接上網，成為基礎電力。 二、實行風冷散熱，適宜缺水地區發電，節約水資源，同時降成本。 三、整個發電過程沒有污染物排放。 四、蓄熱介質不流動，可選用價廉的固態液態混合物。 五、可利用坡地、公路隔離帶等槽式系統、塔式系統無法利用的土地，提高土地資源的綜合

20、利用率。 六、發電成本有低于現有火電的潛力。 機組支撐結構 （1）支桿支撐結構 早期研發的盤式發電裝置，多采用支桿支撐結構，即在盤體上伸出3根或4根支撐桿，將發電機組架置在旋轉拋物面聚光器的焦點位置，與鏡面盤體構成一體。其優點是結構簡單，缺點是跟蹤系統的負載大，以及需要解決高溫高壓油管、水管、汽管等的活動密封連接技術。目前這種支撐結構已不再采用。 （2）桁架或鵝頸結構 現代盤式發電裝置，機座大多采用桁架或鵝頸結構，將熱動力發電機組定位架設在旋轉拋物面聚光器的焦點位置。其優點是熱動力發電機組與鏡面盤體分開，這樣鏡面跟蹤系統負載小，沒有油、氣、水等管路的活動密封連接問題，但機組與鏡面盤體兩者之間，

21、需要精密的結構配置設計。 典型盤式太陽能熱動力發電裝置介紹 1.盤式太陽能3kW自由活塞式斯特林發電裝置 美國公司早年生產有RG-1000型自由活塞式斯特林發電機組，發電功率1kW，全封閉結構，運行噪聲極低，由于全封閉，機組壽命長，大約50000小時。公司從2008年開始研發同型號3kW自由活塞式斯特林發電機組，制成3kW盤式太陽能自由活塞式斯特林熱動力發電裝置，該裝置高6.4米，聚光器直徑4.6米，可以多臺并聯發電，構成發電場。目前正在推廣商用，每臺價格20000美元。 2.盤式太陽能25kW曲柄連桿式斯特林發電裝置 這是美國公司早期生產的盤式太陽能斯特林熱動力發電裝置。其拋物面聚光器由82

22、枚反射鏡面組成，每枚鏡面尺寸為91cm122cm,動力機為曲柄連桿式斯特林機，4缸，雙行程。熱氣機膨脹腔由大量U形管圍成圓柱空腔，構成圓柱形空腔接收器，空腔開口直徑20厘米。盤形拋物面聚光器直徑11米，當太陽直射輻射強度850W/m2時，投射到接收器上的熱功率為86.8kW,U形管對太陽輻射能直接吸收，多臺裝置組成發電場。 3.盤式太陽能朗頓循環熱動力發電裝置 20世紀80年代，我國湘潭電機廠與美國公司合作，研制了5kW盤式太陽能朗頓循環熱動力發電裝置。整機由六個部件組成：旋轉拋物面聚光器，空腔接收器，熱動力發電機組，儲能裝置，跟蹤系統，機座。從聚光器鏡面盤體上伸出4根支撐桿，將空腔接收器架置

23、在旋轉拋物面聚光器的焦點處，構成一整體，通過齒輪變速機構承架在機座上。熱動力發電裝置與聚光器分置于機座兩側。系統配置了一個蓄電池組，置于地面基礎上。裝置總高2.8米，重4.6噸。 A.旋轉拋物面聚光器 整個聚光器由16塊面板組成，采用螺釘鏈接，構成一個堅固而連續的薄殼結構，在其表面粘貼反光薄膜。盤架通過3點與機座相連。在盤架中心孔對面的水平中心線上，裝有兩個仰角軸承，來支撐從機座伸出的軸，第三點則在仰角軸承下部的垂直中心線上，與機座上的滾珠絲桿相連，用以驅動聚光器的仰角。 B.空腔接收器 空腔接收器為空腔型圓筒直流式單管熱交換器，采用直徑14毫米，壁厚1毫米的不銹鋼管盤繞而成，底部繞成平面。圓筒直徑為41厘米，軸向長度為42厘米，空腔圓筒的外表面包覆一定厚度的隔熱層，與鋁外殼包成一體。開口端加擋風罩，伸出10.2厘米，用來降低接收器的熱損失。進出空腔接收器的硅油管，沿上部位的兩根支撐桿鋪設，以減少遮光，并防止機械損傷。 C.熱動力發電機組 熱動力循環回路由單機軸流式汽輪機、蒸發器、過熱器、預熱器、回熱器、凝汽器、蓄熱器、泵等組成。循環工質為甲苯，汽輪機工質入口蒸汽參數為，溫度371度，壓力2.1兆帕。配套發電機為交流高速發電機，其額定輸出電參數為，電壓23伏特，功率6.