太阳能综合利用汇报材料

前 言
我国能源储量与世界比较
现在单是CO2全球每年排放量就超过500亿吨，并且还在不断增加。按人口平均计算，美国每年的CO2排放量为20吨/人年，德国为12.3吨/人年，日本为8.7吨/人年。
2003年全球一次能源消耗结构比例
太阳能是取之不尽的清洁无公害新能源。
安装1KW太阳能光伏发电系统，每年可以减少CO2排放量600~2300 kg、NOx排放量16 kg、SOx排放量9 kg和微粒0.6 kg。
在我国太阳能每发1度电，扣除在生产太阳电池及设备的过程中所消耗的电力，可至少相当于减少CO2排放量1.14kg。
一、太阳能发电的特点
优点:
太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大6000倍。只要在我国阳光丰富的西部沙漠地区，建立一个面积为100哩×100哩的巨型光伏电站，所发的电力可以满足全国的用电需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击
太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了输电线路等损失。
太阳能不用燃料，运行成本很低。
太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用。
太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染，无噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源。
太阳能发电系统建设周期短，方便灵活。而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳电池容量，避免了浪费。
缺点:
地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电。
能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/m2。大规模使用时，需要占有较大面积。
目前价格仍较贵，为常规发电的2~5倍。初始投资高。
二、 太阳能发电的分类
太阳能光发电(光伏)
太阳能热发电
1、太阳能热发电
聚光系统
国家标准《聚光型太阳能热发电术语》（GB/T
26972-2011）
太阳法向直射辐照度被聚光系统聚集后经吸热器将太阳能转换为传热流
体的热能，经蒸汽、燃气轮机或发动机等热力循环过程发电。
太阳辐照
太阳辐照聚集
热力循环
吸热器
蓄热
机械能转换为电能
太阳能热发电形式
非聚光型：太阳能空气流发电（太阳能烟囱）
槽式
线性菲涅尔式
碟式
塔式
聚光型：
非聚光型：太阳能空气流发电（太阳能烟囱）
工作原理
太阳能烟囱式热力发电是20世纪80年代首先由斯图加特大学的乔根·施莱奇教授及其合作者提出并进行了长期的 实验研究,其基本原理是利用太阳能集热棚加热空气以及烟囱产生上曳气流效应,驱动空气涡轮机带动发电机发电。这种发电方式无需常规能源,其动力 的供给完全来自于集热棚下面因太阳辐射所产生的热空气。基于这一原理构建的太阳能烟囱式热力发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和空气涡轮发电机组组成, 属于现有三项成熟技术的创新性组合应用。图显示了该项技术的结构与原理。由面盖和支架组成的集热棚以太阳能烟囱中心,呈圆周状分布,并与地面有一定间 隙,以引入周围的空气;太阳能烟囱离地面有一定距离,周边与集热棚密封相连,其底部装有空气涡轮机。工作过程与原理是太阳光照射集热棚,加热棚下面的土地 (或蓄热器)和棚内空气,空气温度升高,密度下降,在太阳能烟囱的抽吸作用下形成一股强大的上升气流,驱动安装在烟囱底部中央的单台空气涡轮发电机或呈环 形排列的多台小型空气涡轮发电机发电。同时,集热棚周围的冷空气进入棚内,形成持续不断的空气循环流动。
Solar
Receiver
Heliostats
Solar
Receiver
Heliostats
Absorber
Tube
Curved mi
Pipe with thermal fluid
rror
Receiver / Engine
Reflector
Receiver / Engine
Reflector
Absorber tube and mirr reconcentrator
ParParabolicabolic TrTroughough
LinearLinear FresnelFresnel
DishDish//EEngngineine
CCeentntrraall ReceivReceiverer
太阳能热发电主要技术形式
Curved
mirror
Absorber
Tube
Absorber tube and
reconcentrator
Curved mirror
Pipe with
thermal fluid
槽式
线性菲涅耳式
Receiver / Engine
Solar
Receiver
Reflector
Heliostats
碟式
塔式
点聚光
线性聚光
槽式太阳能热发电原理与特征
一维聚光
聚光器运动 吸热器运动
油、水蒸汽等
390-550℃，1.0MPa-12MPa
抛物槽式
太阳光 吸热器 反光镜
线性菲涅耳式太阳能热发电原理与特征
一维聚光、聚光器运动、吸热器固定
水蒸汽
270-550℃
2.5-12MPa
塔式太阳能热发电原理与特征
二维聚光
聚光器运动 吸热器固定
水蒸汽、熔融盐、空气、液态金属等
250-1200℃，0.1MPa-5MPa
吸热器 太阳光
定日镜
塔
碟式太阳能热发电原理与特征
抛物碟式聚光器
二维聚光
聚光器运动 吸热器运动
太阳光
吸热器/发电机
空气或氦气
600-1200℃，5-12MPa
太阳能热发电原理（以槽式为例）
热-功-电转换子系统
聚光集热子系统
蓄热子系统
白天工作模式1
直接发电
—
晚上
白天
热-功-电转换子系统
聚光集热子系统
蓄热子系统
白天工作模式2
蓄热
+ 直接发电
—
晚上
白天
热-功-电转换子系统
聚光集热子系统
蓄热子系统
夜间工作模式
利用蓄热发电
—
晚上
白天
热-功-电转换子系统
聚光集热子系统
蓄热子系统
太阳热发电技术比较
目前槽式、塔式和线性菲涅耳式已经进入商业化运行
碟式系统已有商业化示范。
槽式
塔式
碟式
线性菲涅耳
功率
温度
峰值效率 (太阳能-电能)
年效率
15-200 MW
390 ºC
20 %
11-16 %
15-200 MW
575 ºC
23 %
7-20 %
9-25 kW
750 ºC
30 %
12-25 %
15-200 MW
390ºC
18 %
13 %
商业化进程
技术风险
是否可蓄热
联合设计
商业化
低
是
是
商业化
中等
是
是
示范
高
是
是
商业化
中等
是
是
国外太阳能热发电技术现状
国外太阳能热发电技术发展概况
太阳能热发电站（截止2012年9月7日）
已投入运行：2135.55MW
A 碟式：1.5MW
A 线性菲涅耳式：38.4MW
A 塔式: 57.4MW
A 槽式：1908.25MW
A ISCC槽式：140MW
建设中：2476.9 MW
A 碟式：1.0MW
A 线性菲涅耳式：12MW
A 塔式: 508.9MW
A 槽式：1927. 5MW
A 太阳能烟囱发电：27.5 MW
（我国金沙湾）
槽式太阳能热发电技术是主流，塔式太阳能热发电在
近几年发展迅速！
SEGS 9座电站，美国 ，1984 – 1991， 354 MW ，导热油
SEGS
III–VII中4座电站的航拍图
Nevada 1， 美国，2008，64 MW，导热油
AndaSol-1， 西班牙， 50 MW，导热油
欧洲第一个商业化槽式电站，2009年3月投入运行。
AndaSol-1 主要参数
• 直射辐射为2,200 kWh/m² /year，50 MWe,年发电量为180 GW·h
• 采用60% 硝酸钠和 40%硝酸钾的熔融盐进行蓄热，总蓄热量为
1,010 MW·h ，可以满足汽轮机满负荷运行 7.5小时；
• 双罐系统，高 14 m ，直径 36 m
电站
Solnova
总装机容量：150MW，西班牙，由3个50MW单元组 成，无储热系统，天然气混合。
Extresol 电站
总装机容量：150MW，西班牙，由3个50MW单元组成，1
号机组已于2011运行，7.5小时熔融盐蓄热
Valle
1和
Valle
2电站，西班牙，2012年
Valle 1 ，50MW， 7.5小时双罐熔融盐蓄热
Valle 2，50MW，7.5小时单罐熔融盐蓄热, 新槽式集热器 SENERtrough 2.
Martin Next Generation Solar Energy Center
槽式太阳能与燃气混合电站 ISCC
• 75MW槽式太阳能热发电站，美国弗罗里达
• 与一座 3705 MW的燃气电站混合发电
• 2010年6月投入运行
Archimede
电站
• 意大利，2010年建成，装机容量5MW，与燃气电站
联合运行，世界首座传热流体为熔融盐的槽式电站。
TSE-1电站
• 泰国，5 MW，直接水蒸气的槽式系统，蒸汽参数：3MPa，330℃
• 2011年12底建成
• 优点：不使用昂贵的导热油，减少了油-水换热器
Puerto Errado 1，2 线性菲涅耳电站
• 西班牙，30MW，1号电站2009年投产，2号电站2012年投产
SOLAR 1, 美国，1991，10MW，水/水蒸汽
CESA 1, 西班牙，1982，1MW，水/水蒸汽
MSEE，美国，1983 ，0.75MW ，熔融盐
PS10 （11MW）和 PS 20（20MW），西班牙，
2006，2009，水/水蒸汽
PS10水/蒸汽塔式电站的工作原理
熔融盐塔式电站的工作原理
• 优点：传热与蓄热均采用熔融盐，可获得较高参数的蒸汽，可提高汽轮机 发电效率
• 不足：熔融盐熔点较高，需要伴热， 对金属管道有一定腐蚀性
THEMIS, 法国，1984，2.5MW，熔融盐
SOLAR 2, 美国，1996，10MW，熔融盐
BrightSource ，以色列，2007 ， 5 MW ，水/水蒸汽
Gemasolar
电站
2012年5月26日，正在西班牙进行正式友好访问
的中国全国人大常委会委员长吴邦国在安达卢西亚考察赫马索拉尔太阳能电站。
郁金香电站，以色列，2009年，100kW，压缩空气
气
闭式空气发电系统
吸热器
燃烧室
空气循环
压缩机
环境空气
蒸汽循环
聚光系统
空气-蒸汽发生器
~
高温空
燃气轮机
~
Jülich，德国，2009，1.5MW，常压空气
Daegu电站,韩国，空气，200kW，2011年运行
Ivanpah 塔式电站
• 美国建设中的塔式电站，设计采用3个塔，
总装机容量392MW，采用水/蒸汽系统。
Crescent Dunes 塔式电站
• 美国在建，装机容量110MW的熔融盐塔式电站，储热10小时
国际太阳能热发电技术趋势
承担基础电力负荷
高参数
蓄热长周期
大容量
大容量对应着一次投资低，
300MW级电站的一次投资是MW
级电站的1/2，电价约是其1/3。目
前的电站从10MW（PS10, 2007
年）, 20MW（PS20, 2008
年）,50MW（Andasol-1和
Andasol-2，2009年）向
1000MW方向发展(Bright
Source, 2008-)。
高参数对应提高效率。
美国目前正在建设的
DTP550已经达到超高压参 数。
法国、西班牙和德国建设
的空气为吸热器工质的电站
工作温度已经达到800C。
长周期储蓄热，从2
小时、8小时向16小
时储热方向发展。
24小时连续发电
塔式发电技术向模块化、多塔式发展
美国 SolarReserve模块化电站
美国eSolar 模块化电站设想
我国太阳能热发电技术现状
槽式太阳能热发电组建研制
电工所 , 1989
清华大学 , 1989
槽式太阳能热发电组建研制
清华大学2米槽式真空管
中国科学院-皇明集团的4米长槽式集热管
槽式太阳能热发电系统研制
北京天瑞星槽式集热系统，2009
槽式太阳能热发电系统研制
中科院电工所-皇明，2010
槽式太阳能热发电系统研制
兰州大成科技公司，2011年
线性菲涅耳式太阳能热发电系统研制
兰州大成科技公司，2011年
线性菲涅耳式太阳能热发电系统研制
皇明太阳能公司，2010年
塔式太阳能热发电系统研发
空气与燃气联合发
电，以色列技术
40m2 定日镜
70kW塔式太阳能发电研究与示范，2005年
空气吸热器及系统
我国首座MWth空气吸热器及系统，实测空气出口温度达854℃
中国科学院电工研究所，2011年
塔式太阳能热发电系统研发
八达岭塔式太阳能热发电站，2012，水/水蒸汽
八达岭太阳能热发电站原则性系统图
胡总书记参观八达岭太阳能热发电站模型（2009.3.20）
总书记指示：
太阳能热发电前期成本高点不要紧，关键是技术要掌握。
碟式聚光器
10m 碟式聚光器
2000年-2005年
80
碟式系统发电系统
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
DNI
60
50
40
30
20
10
0
time
碟式斯特林发电系统
1kW
2000年-2005年
DNI W/m2
12:27:57
12:35:06
12:41:56
12:48:42
12:55:28
13:02:19
13:09:14
13:15:56
13:23:08
13:30:05
13:37:12
13:44:17
13:51:25
13:58:33
14:05:41
14:12:47
14:19:47
14:26:48
14:33:33
14:40:26
14:47:08
14:53:52
15:00:43
15:07:42
15:14:27
15:21:08
15:27:55
15:34:57
15:42:07
15:49:08
15:56:15
16:03:25
16:10:48
power voltage / V
with load
without load
70
voltage
碟式系统发电系统
西安航空动力股份有限公司，2010
三、光伏发电
光伏发电原理
太阳电池(solar cell)是以半导体制成的，将太阳光照射在其上，太阳电池吸收太阳光后，能透过p型半导体及n型半导体使其产生电子(负极)及电洞(正极)，同时分离电子与电洞而形成电压降，再经由导线传输至负载
由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，即逆变器，将直流电转换成交流电
无论是独立发电系统还是并网发电系统、光伏发电系统均由太阳电池扳(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。光伏发电设备精炼，可靠稳定，而且寿命很长，安装维护也很简便。
太阳能光伏系统构成—光伏组件
光伏组件：又叫太阳能电池板，通常是由太阳能电池片，按照一定功率和尺寸要求，由电路连接组成，并由框架封装在一起的一组发电单元。
光伏组件串联后并联构成组件方阵。
100KWp级以上光伏发电系统由多个光伏方阵组成
太阳能光伏系统构成—逆变器
由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，即逆变器，将直流电转换成交流电，才能供电至家庭用电或并入电网。
装机容量和发电量
太阳发电系统装机容量
＝电池板面积×日照强度×光电转换效率

日照强度：太阳光照射在单位面积的能量强度，单位：W/m2
光电转换效率：太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率。晶体硅目前的效率约为：13-16%

太阳发电系统发电量
＝装机容量×有效日照时间×综合系数
综合系数：考虑到电池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆变器的逆变损失、电力传输的线损、局部阳光遮挡等因素，最终的系统发电效率因数