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绿色新能源—太阳能热发电技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-05-06   来源:慧聪网   作者:慧聪网
太阳能热发电技术是利用自身的太阳能资源进行发电的技术,其中一种技术是使用曲面反射镜聚焦太阳射线驱动一个斯特林发动机或者进行
 太阳能热发电技术是利用自身的太阳能资源进行发电的技术,其中一种技术是使用曲面反射镜聚焦太阳射线驱动一个斯特林发动机或者进行蒸发依次驱动一个传统蒸汽涡轮发生装置。现今,在多兆瓦特的设备里太阳能聚集(CSP)有利于提供低成本太阳能发电。太阳能发电成本依靠许多因素,包括了垂直照射(DNI)的标准,设备的容量,方案的所有权,方案的有效性和构造等等。成本可以接近于10cents/kWh。近年来,更多的太阳能聚集(CSP)的设备被安装,因此,太阳能发电成本不断地减少。成本的减少主要来自于设备的增加与技术的发展提高了发电的效力。

    现今太阳能发电技术的发展

    现今,可再生能源配额制(RPS)不断激增以及全球气温变化受到普遍关注。太阳能热发电(STE)作为一种清洁,可再用,兆瓦特等级中心发电站的最佳选择。在沉寂了几年之后,新型能源工业再一次出现旺盛的增长。在美国、西班牙、澳大利亚和其他阳光普照的国家,数十个将STE容量提升到上千兆瓦的发电站正被授权兴建或者正在筹备计划中。

    期间,太阳发电站组成的进展仍然局限于几个实验室和全世界的工业规划之中。在工程学、材料学、电脑控制及建模和Q&M方面,国际性的研究和开发正在帮忙提高STE技术的性能和低成本。太阳能技术的发展通过革命突破不断提高。政府,大学和私人的研究人员从不同的方向进行研究,以达到工业需要的目的。能源的安全性和全球变暖促使了STE的发展,而STE的真正关键点在于它的商业展开方面。

    技术概论

    通常有三种太阳能热发电(STE)系统:抛物面槽式太阳能发电系统(parabolictrough)、碟式太阳能发电系统(dish-engine)和中央接收器太阳能发电系统(centralreceiver/powertower)。至于其他的STE技术,比如紧凑型线性菲涅耳反射器(CLFR)和太阳能烟囱(solarchimney)也在本文进行讨论。由于抛物面槽式太阳发电系统(parabolictrough)、碟式太阳能发电系统(dish-engine)和中央接收器太阳能发电系统(centralreceiver/powertower)都包含产生热量的结构,它们可以很容易与石化燃料混合使用,并且在某些情况下被用于热量存储。混合使用和热量存储的好处是在没有光照的情况下进行能量的调配。因此,混合使用和热量存储能提升电力的经济价值。

    抛物面技术的成本比塔式和盘式统低,这是由于塔式系统在聚光的时候需要较大的部件而使得较低的温度和效率。然而,经过20年的技术发展以及O&M成本的降低,槽式系统已经成为目前最为低廉、可靠的太阳能系统,同时它适宜于短期部署。

    抛物面槽式太阳能发电系统·

    抛物面槽式太阳能发电系统使用一排横截面为抛物线的槽型镜子组成,它们将阳光聚集在高级吸收能力的管道上,在这些管理内包含了热交换液体,见图2。这种液体通常为人工合成液体,它们被加热并且在一系列热交换器中传输以产生过热蒸汽,然后使用这些热蒸汽给涡轮发电机提供能量产生电力。

    在20世纪80年代末就已经能构造出九个槽式太阳能系统,它在加利福尼亚南部产生354MW的电力。槽式发电是最早实现商业化的太阳能热发电系统。它采用大面积的单轴槽式太阳能追踪采光板,通过对太阳光的聚焦,把太阳光聚集到安装在抛物线形反光镜焦点上的线形接收器上,并加热流过接收器的热传导液,使热传导液汽化,同时在能量区的热转换设备中产生高压、过热的蒸汽,然后送入常规的蒸汽涡轮发电机内进行发电。通常接收太阳光的采光板采用模组化布局,许多采光板通过串并联的放置,均匀的分布在南北轴线方向。为了保证发电的稳定性,通常在发电系统中加入化石燃料发电机。当太阳光不稳定的时候,化石燃料发电机补充发电,来保证发电的稳定性和实用性。 
       在几年的低迷发展之后,人们又重新燃起对抛物面槽式系统的兴趣。在美国和其他国家都有新型的专案在进行当中,包括64MW的Nevadasolar1发电站在2007年授权使用,并且在Spain西班牙建立两个50-MW的AndaSol抛物面槽式设备。

    美国LUZ公司采用大量抛物面槽式聚光器收集太阳直射光并将其转换成热能。每个集热器由槽式抛物面聚光镜及位于其焦线的集热元件组成,每只集热元件是一支真空集热管,长4m,每24个集热器串联成一条长99m的集热组合体,80MW系统需要850条集热组合体。每条组合体都是南北水平向放置,有专门的感测器以及电脑控制跟踪系统,传热介质为导热油,它在真空集热管中受热后,通过一组换热器使水变成高温高压蒸汽,去驱动蒸汽轮机发电。该系统需要抛物面接收器的面积为470265m2(680m×680m),导热油在集热器受热后的出口温度为391℃,进入汽轮机的蒸汽压力为100个大气压,Rankine再热回圈的热效率为38.4%,由太阳辐射能至电能的最高暂态效率为24%,由太阳辐射能至电能的年平均效率为14%,由于太阳能是随机的,在工质的回路中增设一个使用常规燃料(通常为天然气)的辅助锅炉,以备急需。LUZ发电系统的核心部件是高精度槽式抛物型聚光镜和真空管集热器件。由于金属管壁的温度在400℃以上,故选择涂层的性能稳定性、真空度的保持及玻璃与金属管的封接等都是工艺上较难的问题。集热元件的吸热管表面采用了耐高温的溅射选择性涂层,具有良好的稳定性。

    塔式太阳能发电系统

    太阳能塔式发电又叫做高温太阳能热发电,它利用独立跟踪太阳光的定日镜群把太阳光聚集到塔顶的能量转换器(接收器)上,通过能量的转换把热量传递给热传导液,再由蒸汽发生器产生蒸汽带动蒸汽涡轮发电机产生电能,同时利用冷却塔进行冷却再进入接收器进行回圈发电。塔式太阳能发电系统是利用定日镜来实现对太阳光的反射和聚集,由于塔式发电系统中定日镜的数量众多,因此可实现大功率的发电,实际应用上可达到30~400MW之间。而且接收器的散热面积相对较小,因而可以得到较高的光电转换效率。同时由于储能槽的加入,使系统可以一天内连续发电13小时。

    在美国的首座日光中心接收器是在1980年建立于加州的南部southernCalifornia,在美国的西南部,由于充足的日照强度和相对便宜的土地价格,使这里成为了建设塔式发电站的理想区域,同样北非、墨西哥、南美、中东和印度等地,也都是理想的塔式发电站建设地。

    当前的中心处理接收器设计可以允许超过18小时的存储时间。
这样的热存储性能可以使中心接收器具有更多太阳能技术的灵活性,它能够提供负载系数达到65%的可分配电力,理论上,甚至可以达到100%。
    西班牙Spain所使用的PS10架构在太阳能塔式技术中处于领导地位,靠近塞维利亚Seville的一座11-MW的发电站已经建成,而且正在筹划建造20-MWPS20和15-MW太阳能中心接收器的重大专案。

    据美国生活科学网报道,在美国西南部未来有可能出现一座“太阳能塔”,这是一种最新的能源生产概念,但并不释放有害浓烟气体,而是通过太阳能加热空气,并转换成为电能,可以供20万户居民使用。

 
 
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