第九章

太陽能熱發電系統

Solarthermalpowersystem2024/11/8太陽能熱發電1.什么是太陽能發電？

通過水或其他工質和裝置將太陽輻射能轉換為電能的發電方式，稱為太陽能發電

太陽能發電熱發電光伏發電先將太陽輻射能轉換為熱能，再將熱能轉換為電能通過光電器件直接將太陽輻射能轉換為電能2024/11/8太陽能熱發電2024/11/82.太陽能熱發電技術分類利用太陽熱能直接發電,如利用半導體材料或金屬材料的溫差發電，真空器件中的熱電子和熱離子發電，堿金屬的熱電轉換，以及磁流體發電等。其特點是發電裝置本體無活動部件。但它們目前的功率均很小，有的仍處于原理性試驗階段，尚未進入商業化應用太陽能熱動力發電，這種類型已達到實際應用的水平

2024/11/8第一節太陽能熱發電系統工作原理第二節太陽能熱發電系統組成第三節太陽能熱發電系統基本類型第四節太陽能熱發電系統現狀與未來展望主要內容2024/11/8第十章

太陽能熱發電系統

第一節工作原理一、火力發電系統工作原理二、太陽能熱發電系統基本工作原理2024/11/8一、火力發電系統工作原理2024/11/81、火力發電系統概述

火力發電系統是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發電的動力設施，包括燃料燃燒釋熱、熱能電能轉換以及電能輸出的所有設備、裝置、儀表器件，以及為此目的設置在特定場所的建筑物、構筑物和所有有關生產和生活的附屬設施。

煤、石油、天然氣火力發電是利用煤、石油或天然氣等燃料的化學能來生產電能的

基本生產過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，然后汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能。2024/11/8火力發電是現在電力發展的主力軍“十五”期間中國火電建設項目發展迅猛。2001年至2005年8月，經國家環保總局審批的火電項目達472個，裝機容量達344382MW，其中2004年審批項目135個，裝機容量107590MW，比上年增長207%；2005年1至8月份，審批項目213個，裝機容量168546MW，同比增長420%。2、我國電力發展狀況2024/11/82006年12月，全國火電發電量繼續保持快速增長，但增速有所回落。隨著冬季取暖用電的增長，火電發電量環比增長較快，當月全國共完成火電發電量2266億千瓦時，同比增長15.5%，12月份與上月相比火電發電量增加223億千瓦時，環比增長10.9%。但增速同比回落1個百分點，環比回落3.3個百分點；2006年1-12月，全國火電發電量為2.3×108萬千瓦小時，同比增長15.8%，增速高于2005年同期3.3個百分點。2、我國電力發展狀況2024/11/82007年1-10月，全國火電發電量為2.17×108萬千瓦小時，比上年同期增長了16.04%。8月份的火電發電量最高，為2.39×107萬千瓦小時，同比增長了10.19%。2008年1-12月，全國火力發電量累計產量為2.79×108萬千瓦小時，2009年1-5月，全國火力發電量累計產量為1.09×108萬千瓦小時。2、我國電力發展狀況2024/11/8雖然當前火電發展增速減慢，但長遠來看，在環保技術進步、發電成本降低、電力需求增加等積極因素的推動下，火電行業未來發展前景較為樂觀。現在在中國已有部分核電機組，但我國煤炭豐富、電力偏緊的資源特征決定了今后相當長一段時間內，火力發電仍將在電力工業中占據重要地位。但火電技術必須不斷提高發展，才能適應和諧社會的要求。在現在提出和諧社會，循環經濟的環境中，我們在提高火電技術的方向上要著重考慮電力對環境的影響，對不可再生能源的影響。2、我國電力發展狀況2024/11/83、火力發電系統分類一、按蒸汽壓力和溫度分中低壓發電系統（3.92MPa，450度）高壓發電系統（9.9MPa，540度）超高壓發電系統（13.83MPa，540度）亞臨界壓力發電系統（16.77MPa，540度）超臨界壓力發電系統（22.11MPa，550度）二、按發電系統裝機容量分小容量發電系統（100MW以下）中容量發電系統（100~250MW）大中容量發電系統（250~1000MW）大容量發電系統（1000MW以上）2024/11/83、火力發電系統分類三、按燃料分

燃煤發電系統，燃油發電系統，燃氣發電系統，余熱發電系統，以垃圾及工業廢料為燃料的發電系統；四、按原動機分

凝氣式汽輪機發電系統，燃氣輪機發電系統，內燃機發電系統，蒸汽—燃氣輪機發電系統等；五、按輸出能源分

凝汽式發電系統（只發電），熱電系統（發電兼供熱）；六、按服務規模分區域性火電系統：裝機容量較大，一般建造在燃料基地如大型煤礦附近。這類電廠又稱為坑口電廠，其電能通過長距離的輸電線路供給用戶地方性火電系統：多建造在負荷中心，需經長距離運進燃料，它生產的電能供給比較集中的用戶2024/11/84、火力發電系統組成現代化的火電廠是一個龐大而又復雜的生產電能與熱能的工廠。它由下列5個系統組成。燃料系統：完成燃料輸送、儲存、制備的系統。燃煤電廠具有卸煤設施、煤場、上煤設施、煤倉、給煤機、磨煤機等設備；燃油電廠備有油罐、加熱器、油泵、輸油管道等設備。燃燒系統：完成燃料燃燒過程，使燃料化學能轉化為蒸汽熱能的系統。主要有燃燒器、爐膛、送風機、引風機、除塵器、除灰設備等。2024/11/84、火力發電系統組成汽水系統：完成蒸汽熱能轉化為機械能的系統。主要有鍋爐的汽水部分、汽輪機及其輔助設備，如凝汽器、除氧器、回水加熱器、給水泵、循環水泵、冷卻設備等。

電氣系統：完成機械能轉化為電能的系統。主要有發電機、主變壓器、斷路器、隔離開關、母線等。控制系統：完成生產過程中的參數測量及自動化監控操作的系統。2024/11/85、火力發電廠基本過程2024/11/8

基本生產過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，然后汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能。5、火力發電廠基本過程550℃過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機發電機20℃高溫高壓蒸汽2024/11/8

首先由鍋爐將燃料燃燒釋放的化學能通過受熱面使給水加熱、蒸發、過熱，轉變為蒸汽的熱能；再由汽輪機將蒸汽的熱能轉變為高速旋轉的機械能，然后由汽輪機帶動發電機將機械能轉變為源源不斷的向外界輸送的電能。

5、火力發電廠基本過程火力發電廠生產的電能需要經過多次能量轉換過程？燃料化學能煙氣的熱能工質的熱能汽輪發電機組的機械能電能燃燒（鍋爐）傳熱（鍋爐）轉換（汽機）轉換(發電機)煤汽輪機鍋爐給水泵冷凝器發電機化學能熱能機械能電能鍋爐汽輪機發電機2024/11/8汽輪機水泵冷凝器鍋爐鍋爐:燃料燃燒產生熱量，將水變成蒸汽(吸熱過程)汽輪機:將蒸汽攜帶的熱能→動能→轉子旋轉機械能(對外作功過程)冷凝器:將作功后的低溫低壓蒸汽凝結成水(對外放熱過程)水泵:提高水的壓力,將水送入鍋爐(消耗外功)工質:水和水蒸汽5、火力發電廠基本過程2024/11/8火力發電廠生產過程示意圖1-鍋爐；2-汽輪機；3-發電機；4-凝汽器；5-凝結水泵；6-低壓加熱器；7-除氧器；8-給水泵；9-高壓加熱器；10-汽輪機抽氣管道；11-循環水泵5、火力發電廠基本過程2024/11/8燃煤電廠的Flash動畫2024/11/8鍋爐工作原理動畫鍋爐工作原理(動畫)1-原煤斗;2-給煤機;3-磨煤機;4-汽包;5-高溫過熱器;6-屏式過熱器;7-下降管;8-爐膛水冷壁;9-燃燒器;10-下聯箱;11-低溫過熱器;12-再熱器;13-再熱蒸汽出口;14-再熱蒸汽入口;15-省煤器;16-給水;17-空氣預熱器18-排粉風機;19-排渣裝置;20-送風機;21-除塵器;22-引風機;23-煙囪2024/11/84×1000MW華能玉環電廠2024/11/84×600MW＋2×1000MW

山東鄒縣電廠2024/11/8二、太陽能熱發電系統基本工作原理2024/11/8第十章

太陽能熱發電系統

第二節太陽能熱發電系統組成一、集熱子系統二、熱傳輸子系統三、蓄熱與熱交換子系統四、發電子系統Solarthermalpowersystem2024/11/8太陽能熱發電系統組成2024/11/8一、集熱子系統1.為什么需要集熱呢？

太陽輻射能流密度低，在利用太陽能時，為了獲得足夠的能量或者為了提高溫度，必須采用一定的技術和裝置（集熱器），對太陽能進行采集。

2.什么是集熱子系統集熱子系統是吸收太陽輻射并轉換為熱能的裝置，主要包括聚光裝置、接收器、跟蹤機構等部件。不同功率和不同工作溫度的集熱系統有相應的結構集熱包含兩個過程：（a）吸收太陽能（b）傳遞熱量2024/11/83.集熱子系統的分類太陽能集熱器非聚光類聚光類照射到采光面的太陽輻射不改變方向也不集中射到吸熱體上的太陽集熱器通常有特殊的鏡發射器或折射器能將陽光會聚在面積較小的吸熱面上，以提高吸熱器上的能流密度，從而獲得較高集熱溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤系統。主要應用于太陽能熱動力發電2024/11/83.集熱子系統的分類（1）平板集熱器

平板集熱器是太陽能低溫熱利用的基本部件，是非聚光類集熱器中最簡單且應用最廣的集熱器。與聚光型集熱器相比具有下列特點：結構簡單，不需要跟蹤；工作可靠，成本較低；可同時接受直射輻射和散射輻射；熱流密度較低，工質溫度較低，運行安全2024/11/83.集熱子系統的分類（1）平板集熱器

平板型太陽集熱器的應用范圍：為生活及服務業提供熱水；用于采暖空調及制冷；為地下工程除濕、加溫；提供工業用熱水，如食品加工業、制革、印染等用熱水；為各種養殖業、種植業提供低溫熱水2024/11/83.集熱子系統的分類（2）聚光集熱器

你能想象到的聚光方式有哪些？常見聚光集熱器：線聚焦集熱器點聚焦集熱器菲涅爾透鏡塔式聚光集熱裝置2024/11/83.集熱子系統的分類（a）線聚焦集熱器2024/11/83.集熱子系統的分類（b）點聚焦集熱器2024/11/83.集熱子系統的分類（c）菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓。它被廣泛地應用在投影顯示、聚光聚能、航空航海、科技研究、紅外探測、照明光學等領域上

2024/11/8（d）塔式聚光集熱器

3.集熱子系統的分類2024/11/8各種不同類型集熱子系統的性能比較2024/11/8二、熱傳輸子系統

將集熱器收集起來的熱能傳輸送給蓄熱子系統2024/11/8二、熱傳輸子系統2024/11/8二、熱傳輸子系統2024/11/8二、熱傳輸子系統

對于熱傳輸子系統的基本要求是：(1)輸熱管道的熱損耗小；

(2)輸送傳熱介質的泵功率小；

(3)熱量輸送的成本低。2024/11/8三、蓄熱與熱交換子系統2024/11/8三、蓄熱與熱交換子系統1.為什么對采集到的熱能進行存儲呢？（1）由于地面上的太陽能受季節、晝夜和云霧、雨雪等氣象條件的影響，具有間歇性和隨機不穩定性，為保證太陽能熱發電系統穩定地發電，需設置蓄熱裝置。（2）適應電網調度2024/11/82024/11/8（1）低溫蓄熱以平板式集熱器收集太陽熱和以低沸點工質作為動力工質的小型低溫太陽能熱發電系統，一般用水蓄熱，也可用水化鹽等。（2）中溫蓄熱指100～500℃的蓄熱，但通常指300℃左右的蓄熱。這種蓄熱裝置常用于小功率太陽能熱發電系統,適宜于中溫蓄熱的材料有高壓熱水、有機流體和載熱流體。（3）高溫蓄熱指500℃以上的高溫蓄熱裝置。其蓄熱材料主要有鈉和熔化鹽等。（4）極高溫蓄熱指1000℃左右的蓄熱裝置。常用鋁或氧化鋯耐火球等做蓄熱材料。2.蓄熱和熱交換系統的類型2024/11/8四、發電子系統類似常規火電機組2024/11/8燃煤電廠的Flash動畫2024/11/8第十章

太陽能熱發電系統

第三節太陽能熱發電系統基本類型一、槽式線聚焦系統二、塔式系統三、碟式系統2024/11/8太陽能熱發電系統基本類型槽式電站塔式電站碟式電站2024/11/8拋物面槽式

塔式碟式斯特林2024/11/8拋物柱面槽式反射器將陽光聚焦到管狀的接收器上，將管內的傳熱工質加熱，產生高溫水蒸氣，推動汽輪發電機發電槽式太陽能熱電系統原理圖一、槽式線聚焦系統2024/11/82024/11/8槽式電站槽式電站把聚焦器分散布置，使載熱介質在單個分散的太陽能聚焦集熱器中加熱成蒸汽，再匯集至汽輪機。如采用雙回路系統，則加熱后的載熱介質不直接送到汽輪機，而是集中在一個熱交換器內，然后把熱量傳遞給汽輪機回路中的工質。

2024/11/8槽式聚光器Parabolictroughconcentrator2024/11/8槽式電站集熱器示意圖One-axistrackingparabolictroughwithaxisorientedeast-west2024/11/8CollectorsinsouthernCA2024/11/82024/11/8槽式太陽能熱發電流程2024/11/8拋物面槽式2024/11/8拋物面槽式真空集熱管球形連接器支架反射鏡2024/11/8槽式太陽能熱電廠產能64兆瓦，可為14000個家庭提供足夠的電能。由西班牙阿希奧納集團負責建造，占地面積250英畝，擁有18.2萬塊凹面鏡。

“內華達太陽能一號”槽式太陽能熱電廠，位于美國內華達州柏德市。2024/11/8槽式太陽能熱電廠加利福尼亞州KramerJunctionSEGSIII太陽能熱發電項目2024/11/8塔式太陽能熱發電利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上，用以產生高溫，進而產生水蒸氣或高溫氣體，推動汽輪發電機發電塔式太陽能熱電系統原理二、塔式系統2024/11/82024/11/8100m2定日鏡heliostat2024/11/82024/11/8Currentheliostatprices$125to$159m-2

2024/11/8塔式系統2024/11/8塔式電站PowerTowers

塔式電站用一個中心吸收器取代火力發電站的鍋爐。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽光把其中的介質(如水)加熱，并產生溫度和壓力都相當高的蒸汽。蒸汽驅動汽輪發電機組發電。塔式電站的聚光倍數高(1000～3000)，其介質工作溫度通常大于350℃，因此通常被稱為高溫太陽能熱發電。2024/11/8塔式電站PowerTowers

優點：聚光倍數高，容易達到較高的工作溫度；能量集中過程由反射光一次完成，方法簡捷有效；吸收器散熱器面積相對較小，光熱轉換效率高。

缺點：塔式電站建設費用高，其中反射鏡的費用占50%以上。太陽能塔式電站的總體效率可以達到20%。2024/11/8目前世界上較大的太陽能塔式電站功率已達到104kW，太陽能輻射通過多個反射鏡聚集到放置在高塔頂的中心吸收器上。計算機控制每塊反射鏡都能獨立的根據太陽的位置來調整各自的方位和傾角，這保障了每塊反射鏡都能隨時把太陽能反射到吸收器上，但這無疑增加了成本。塔式電站的致命缺點是太陽能電站規模越大，反射鏡陣列的占的面積越大，吸收塔的高度也要提升。例如，一個計劃中的1MW的塔式電站，要用2.93萬塊反射鏡，單鏡面積為30m2。這些反射鏡布置在3km2的場地上，塔的高度為305m。

2024/11/8塔式系統2024/11/8塔式系統2024/11/8PowertowerinBarstow,California

2024/11/8PowertowerinBarstow,California

2024/11/8塔式太陽能熱電廠2009年4月，西班牙在安達盧西亞（Andalucian）沙漠中建成當時全球最大太陽能電站2024/11/8碟式系統由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，通過加熱接收器內的傳熱工質，驅動電機發電。碟式太陽能熱電系統原理三、碟式系統20