太陽能熱發(fā)電技術(shù)論文(2)
太陽能熱發(fā)電技術(shù)論文
太陽能熱發(fā)電技術(shù)論文篇二
淺談太陽能熱發(fā)電技術(shù)
【摘要】本文作者圍繞著太陽能熱發(fā)電技術(shù)，分別介紹了單軸跟蹤技術(shù)和雙軸跟蹤技術(shù)，分析了太陽能熱發(fā)電技術(shù)的各種配套技術(shù)的發(fā)展趨勢，最后就其應(yīng)用趨勢談了一些自己的看法。
【關(guān)鍵詞】太陽能;熱發(fā)電技術(shù);碟式系統(tǒng)
中圖分類號：TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
引言
太陽能熱發(fā)電是指將太陽光聚集并將其轉(zhuǎn)化為工作流體的高，溫?zé)崮?，然后通過常規(guī)的熱機(jī)或其它發(fā)電技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。經(jīng)過30多年的研究和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累，目前太陽能熱發(fā)電的技術(shù)取得了重大進(jìn)展和突破，電站關(guān)鍵設(shè)備的成本也有較大幅度的下降。太陽能熱發(fā)電技術(shù)可以分為中高溫發(fā)電和低溫發(fā)電。經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，中高溫發(fā)電技術(shù)更為成熟，該技術(shù)需通過跟蹤聚焦來獲取所需高溫，按照跟蹤方式的不同又分為單軸系統(tǒng)和雙軸系統(tǒng)。
1 單軸跟蹤技術(shù)
這一技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是反射鏡屬于狹長型，僅繞一個(gè)軸轉(zhuǎn)動跟蹤，使陽光聚焦于線形吸收器上。
1.1 拋物槽式系統(tǒng)
1984 年美國南佛羅里達(dá)州建立的第一個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SEGS)，采用單軸拋物槽式反射器，轉(zhuǎn)軸按南北方向放置(夏季聚焦的偏差較大)，聚光比在 19∶1 到 26∶1 之間。吸收器表面采用鉻金選擇性涂層和金屬陶瓷涂層，而后者比前者具有更好的性能，工作溫度可達(dá) 391 ℃，用天然氣對蒸汽進(jìn)行過熱。這種太陽能-化石燃料的組合式系統(tǒng)較以往的發(fā)電技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，并能滿足峰值負(fù)荷的需求。但由于沒有環(huán)境津貼的實(shí)質(zhì)性補(bǔ)助，該系統(tǒng)由于成本高而缺乏市場競爭力。
1.2 線形菲涅爾反射器系統(tǒng)(LFR)
這是不同于槽式系統(tǒng)的另一種單軸跟蹤技術(shù)。系統(tǒng)的吸收器固定在鏡面上方的空間，反射器由許多長條形鏡面組成，反射光束會聚在置于高處的長形塔式接收器上，接收器隨反射器轉(zhuǎn)軸平行移動。無論就目前還是從長遠(yuǎn)來看，CLFR 和Solarmundo 都比槽式系統(tǒng)的發(fā)電成本低。
2 雙軸跟蹤技術(shù)
雙軸跟蹤系統(tǒng)中，聚光反射器的高度角和方位角都可調(diào)整，屬于點(diǎn)聚焦方式，與單軸系統(tǒng)相比可以獲取更高的集熱溫度。主要是碟式發(fā)電系統(tǒng)和塔式發(fā)電系統(tǒng)。
2.1 拋物碟式系統(tǒng)
(1) 澳大利亞國立大學(xué) SG3 碟式系統(tǒng)
SG3 是一種有發(fā)展?jié)摿Φ年嚵屑夹g(shù)。整個(gè)反射場中的蒸汽被集中起來，然后流過大型蒸汽輪機(jī)。反射器呈六角形，直徑 25 m，由 54 塊三角形鏡面組成。鏡面材質(zhì)為薄玻璃，其支撐結(jié)構(gòu)由泡沫和輕金屬組成。焦距為 13.1 m。鏡面背部的支架用來改變反射鏡的高度，底部支架用來改變方位角。該系統(tǒng)的研制重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)減輕質(zhì)量，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
(2) 波音 SES 盤式系統(tǒng)
這一系統(tǒng)由美國研制，至今已運(yùn)行 10 000 多小時(shí)，日平均效率為 24%，峰值效率 29.4%，峰值電力 24.9 kW，太陽能利用率為 96%。其特點(diǎn)是使用可工作于 720 ℃的一種斯特靈引擎，并可用天然氣驅(qū)動。
2.2 單塔-中央集中式發(fā)電系統(tǒng)
塔式太陽能發(fā)電技術(shù)一直為大型單塔中央接收器的模式所統(tǒng)治。較成功的一個(gè)例子就是建于 1982 年的美國 SOLARONE 系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有 11.7 MW 的發(fā)電能力，工作溫度為510 ℃，采用水-蒸汽的換熱方式，儲熱介質(zhì)為油，介質(zhì)的最高溫度為 302 ℃，峰值轉(zhuǎn)換效率 8.7%，年均轉(zhuǎn)換效率 5.8%。其后續(xù)系統(tǒng)是 20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展起來的 SOLAR TWO，該系統(tǒng)證實(shí)了熔鹽作為儲熱介質(zhì)所具有的良好性質(zhì)。近年來，西班牙建成了兩個(gè)更為先進(jìn)的商業(yè)化中央接收器塔式系統(tǒng)，分別是 10 MW 的 PS10 項(xiàng)目和 15 MW 的 SolarTres 項(xiàng)目。
2.3 多塔-分布式系統(tǒng)
由于碟式聚光系統(tǒng)的占地面積和外觀均不適于城市環(huán)境，而更適合建于偏遠(yuǎn)地區(qū)，在城市中，塔式系統(tǒng)具有發(fā)展優(yōu)勢。西方一些國家對電力生產(chǎn)和輸送管制的撤銷，使化石燃料電廠的分散式生產(chǎn)呈上升趨勢，這就使得集中置塔的模式顯得不合時(shí)宜，因而雙軸系統(tǒng)在城市中的應(yīng)用重點(diǎn)將向分散化塔式系統(tǒng)轉(zhuǎn)移。
3 各種配套技術(shù)的發(fā)展趨勢
3.1 聚光裝置和吸收器
先進(jìn)的發(fā)電系統(tǒng)多采用鍍銀玻璃鏡面作反射器，研制的方向是減輕質(zhì)量并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)支撐力。鉻具有良好的冶金性質(zhì)，目前以其作為吸收器的選擇性涂層的吸收率可達(dá) 0.96。減少高溫太陽能吸收器在高溫狀態(tài)下的輻射和對流損失可以提高系統(tǒng)的集熱溫度和效率。根據(jù)輻射光的分布，采用分級吸收器已被理論證實(shí)為可行的。在光伏 - 熱組合系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)光伏電池相比，新式光吸收器可以比電子收集器維持更高的有效溫度。通過真空光電物形聚光器可以提高投射到光伏板上的太陽能密度。光伏-熱組合系統(tǒng)中新式光伏吸收板背部有翅片以增強(qiáng)換熱?？傮w上說，氣流溫度升高時(shí) PV/T 組件的產(chǎn)電量下降，怎樣使兩者之間達(dá)到最佳組合是今后的研究熱點(diǎn)。
3.2 發(fā)電裝置和熱力循環(huán)
為了保證一定的工作溫度，目前多選用朗肯循環(huán)熱機(jī)。由于成本相對較低，布雷登式小型汽輪機(jī)相對于斯特靈引擎來說，在雙軸跟蹤技術(shù)的市場上會占有越來越多的份額。在真空管集熱系統(tǒng)和槽式系統(tǒng)中采用有機(jī)朗肯循環(huán)熱機(jī)，則會成為光伏系統(tǒng)最有力的競爭者。
要在短期內(nèi)使太陽能熱發(fā)電技術(shù)具有與常規(guī)熱電廠的競爭力，必須使其成本降低 50%以上。新式的用于太陽能熱發(fā)電的熱力循環(huán)有望實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這些循環(huán)以多元混合物作為工質(zhì)，如氨水，相對于常規(guī)工質(zhì)如蒸汽的定溫定壓沸騰過程來說，改進(jìn)的循環(huán)對顯熱資源具有更好的熱匹配性,能夠提高資源的有效利用。
3.3 儲熱裝置
由于油的不穩(wěn)定性和較高的價(jià)格，在朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中采用熔鹽作為儲熱介質(zhì)正成為一種應(yīng)用趨勢。另一種新的介質(zhì)是鹽的離子液體，它在常溫下是液體，溫度升高到 400 ℃時(shí)也能作為傳熱流體。離子流體的熱物理和化學(xué)性質(zhì)適于槽式電廠的傳熱和短期儲熱。有水、鹵化物和金屬離子混入時(shí)會影響其物理性質(zhì)。熔點(diǎn)、液相范圍、蒸氣壓、熱容、導(dǎo)熱性能、與特定金屬的兼容性等是選用時(shí)的主要參數(shù)。預(yù)計(jì)離子液體會取代熔鹽成為新一代的儲熱介質(zhì)，這將使系統(tǒng)的運(yùn)行更安全。而在采用空氣作傳熱介質(zhì)的容積式接收器系統(tǒng)中，氧化鋁、混凝土、巖石(或與水相結(jié)合)等固體熱儲則日益增多。
4 應(yīng)用趨勢
4.1 熱-光伏組合式太陽能發(fā)電系統(tǒng)
將入射光按光譜分開，這樣就可以同時(shí)利用太陽能的高溫部分和光伏吸收器進(jìn)行吸收，達(dá)到產(chǎn)電的優(yōu)化。目前對分光技術(shù)已有研究，其機(jī)理類似于用兩個(gè)不同的熱機(jī)來優(yōu)化熱效率。以色列等國正積極推進(jìn)此研究，以期對太陽能進(jìn)行熱和光伏的組合式利用，達(dá)到提高效率的目的。這一技術(shù)是可行的，系統(tǒng)的總效率可達(dá) 30%～40%。不同光譜帶組合的集中式 PV-T 轉(zhuǎn)換技術(shù)提高了效率，例如單晶硅可以以 55%～60%的效率在 600～900 nm 的光譜范圍進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所聚集的其余的熱則可用于朗肯或布雷登循環(huán)的熱發(fā)電。實(shí)現(xiàn)途徑是雙曲形塔式反射器用于分光，其鏡面由透明硅石玻璃覆以絕緣層組成，用來濾光。光伏組件置于上部聚光區(qū)，吸收經(jīng)過分光器選擇的適于光伏特性的光，組件的具體位置由聚光水平和光束分布的均勻程度而定。其余屬于反射譜帶的光則直接進(jìn)入靠近地面的下部聚光區(qū)，該處設(shè)有 CPC 裝置，用來收集反射光并將其聚光比提高至運(yùn)行溫度所需水平。
4.2 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(CHP)
熱電聯(lián)產(chǎn)并不是新概念，但與太陽能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供則在我國具有很大的發(fā)展?jié)摿Σ⒖色@得由于減少化石燃料燃燒而帶來的環(huán)境效益。采用太陽能作為能源的拋物槽式或碟式電廠，其溫室氣體的排放量約相當(dāng)于 CO2的 90g/kWh，具體數(shù)值與電廠的規(guī)模、是否具備儲熱系統(tǒng)以及是否用化石燃料作輔助能源有關(guān)。最令人關(guān)注的是小型太陽能CHP 系統(tǒng)在獨(dú)立式建筑中的應(yīng)用，對其進(jìn)行研究可對大型CHP 系統(tǒng)的發(fā)展提供有益借鑒。小型是指 1 MW 以下的系統(tǒng)，一般適合于非工業(yè)性應(yīng)用的低能耗場合，如停車場、獨(dú)立居民樓等。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)著眼于滿足目標(biāo)建筑的全年用能需求，由于技術(shù)復(fù)雜、售價(jià)及維護(hù)費(fèi)用較高，要推廣此項(xiàng)技術(shù)就要提高聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的緊湊性、成本效益，并減少噪音。值得注意的是，在由熱機(jī)、發(fā)電機(jī)、余熱回收裝置組成的傳統(tǒng)型聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，增加一臺熱泵裝置，則能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供更多的模式，提高應(yīng)用的靈活性和整體性能，并且不需增設(shè)其它能源，是值得研究推廣的一種應(yīng)用模式。
結(jié)束語
太陽能熱發(fā)電技術(shù)是極具發(fā)展?jié)摿蛷V闊市場前景的一項(xiàng)新能源應(yīng)用技術(shù)，是太陽能利用中最經(jīng)濟(jì)的方式。在國家政策的支持下，選擇研發(fā)適合我國國情的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，以加快太陽能發(fā)電的規(guī)模性利用，用陽光經(jīng)濟(jì)推動能源革命，這對改變我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)
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