太陽(yáng)能光熱發(fā)電（CSP）

基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)05二月2025光熱發(fā)電概述槽式光熱發(fā)電塔式光熱發(fā)電碟式光熱發(fā)電菲涅爾式光熱發(fā)電總結(jié)討論目前利用太陽(yáng)能發(fā)電的兩種基本方式

太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能光伏發(fā)電太陽(yáng)能熱能發(fā)電太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電概述2/5/20253h太陽(yáng)能熱發(fā)電是先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能，它有兩種轉(zhuǎn)化方式：一種是將太陽(yáng)熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。（不是光伏）另一種方式是將太陽(yáng)熱能通過(guò)熱機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過(guò)是其熱能不是來(lái)自燃料，而是來(lái)自太陽(yáng)能。聚光太陽(yáng)能發(fā)電（ConcentratingSolarPower，縮寫(xiě)CSP），準(zhǔn)確表述應(yīng)是“聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電”，俗稱“光熱發(fā)電”，指使用輻射能匯聚裝置，聚焦太陽(yáng)的輻射能，加熱工質(zhì)，通過(guò)工質(zhì)輸送熱能做功推動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電方式。概述太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)與火力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本上相同的。根本區(qū)別在于熱源不同。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)組成典型的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由4部分組成：集熱子系統(tǒng)熱傳輸子系統(tǒng)蓄熱與熱交換子系統(tǒng)發(fā)電子系統(tǒng)2025/2/5h蓄熱子系統(tǒng)：由于太陽(yáng)能受季節(jié)、晝夜和氣象條件的影響，為保證發(fā)電系統(tǒng)的熱源穩(wěn)定，需設(shè)置蓄熱裝置。蓄熱低溫（<100℃）中溫（100~500℃）高溫（>500℃）極高溫(1000℃左右)蓄熱材料水化鹽導(dǎo)熱油熔化鹽氧化鋯耐火球2/5/20257h槽式光熱發(fā)電2025/2/5h拋物面槽式2/5/20259h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h882025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h

塔式光熱發(fā)電2025/2/5h塔式2/5/202517h塔式2/5/202518h塔式電站PowerTowers

塔式電站用一個(gè)中心吸收器取代火力發(fā)電站的鍋爐。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽(yáng)光把其中的介質(zhì)(如水)加熱，并產(chǎn)生溫度和壓力都相當(dāng)高的蒸汽。蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式電站的聚光倍數(shù)高(1000～3000)，其介質(zhì)工作溫度通常大于350℃，因此通常被稱為高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電。塔式電站的優(yōu)點(diǎn)是聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度；能量集中過(guò)程由反射光一次完成，方法簡(jiǎn)捷有效；吸收器散熱器面積相對(duì)較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。但塔式電站建設(shè)費(fèi)用高，其中反射鏡的費(fèi)用占50%以上。太陽(yáng)能塔式電站的總體效率可以達(dá)到20%。2025/2/5h

目前世界上較大的太陽(yáng)能塔式電站功率已達(dá)到10MW，太陽(yáng)能輻射通過(guò)多個(gè)反射鏡聚集到放置在高塔頂?shù)闹行奈掌魃稀Ｓ?jì)算機(jī)控制每塊反射鏡都能獨(dú)立的根據(jù)太陽(yáng)的位置來(lái)調(diào)整各自的方位和傾角，這保障了每塊反射鏡都能隨時(shí)把太陽(yáng)能反射到吸收器上，但這無(wú)疑增加了成本。塔式電站的致命缺點(diǎn)是太陽(yáng)能電站規(guī)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(gè)計(jì)劃中的1MW的塔式電站，要用2.93萬(wàn)塊反射鏡，單鏡面積為30m2。這些反射鏡布置在3km2的場(chǎng)地上，塔的高度為305m。

2025/2/5hIVANPAH（美國(guó)）392MW2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h延慶1MW光熱電站集熱塔2025/2/5h延慶1MW光熱電站反射鏡2025/2/5h延慶1MW光熱電站效果圖2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h碟式光熱發(fā)電2025/2/5h碟式斯特林2/5/202536h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h菲涅爾式光熱發(fā)電2025/2/5h線性菲涅爾式2/5/202549h線性菲涅爾式光熱發(fā)電工作原理類似槽式光熱發(fā)電，只是采用菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡來(lái)替代拋面鏡。這使得它的成本相對(duì)來(lái)說(shuō)低廉，但效率也相應(yīng)降低。此類系統(tǒng)由于聚光倍數(shù)只有數(shù)十倍，因此加熱的水蒸汽質(zhì)量不高，使整個(gè)系統(tǒng)的年發(fā)電效率僅能達(dá)到10%左右；但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直接使用導(dǎo)熱介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽等特點(diǎn)，其建設(shè)和維護(hù)成本也相對(duì)較低。2/5/202550h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h斯特林發(fā)電機(jī)2025/2/5hSchematicofaStirlingsystem2025/2/5hSchematicofaDish/Stirlingsystem2025/2/5h2025/2/5h斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)聚焦到太陽(yáng)能接收器的太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)換為25kW的電力，其峰值轉(zhuǎn)換效率約為31.25%。SES公司擁有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)電力31.25％的世界轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄2025/2/5h碟式斯特林系統(tǒng)在中國(guó)商業(yè)化推廣的主要瓶頸在于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)聚焦到太陽(yáng)能接收器的太陽(yáng)能，其峰值轉(zhuǎn)換效率為31.25%。SES公司擁有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)電力31.25%的世界轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。2025/2/5h汽輪機(jī)和空冷島2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h2025/2/5h塔式電站和碟式拋物鏡集熱器分散布置式電站均為點(diǎn)聚焦，聚光倍數(shù)高達(dá)500以上。但塔式電站的跟蹤代價(jià)高，碟式電站的能量集中代價(jià)大，二者受到了目前技術(shù)水準(zhǔn)的限制，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化尚需時(shí)日。槽式電站是線聚焦，聚光倍數(shù)小于100。但槽式電站跟蹤精度低，導(dǎo)致控制代價(jià)小，同時(shí)采用管狀吸收器，工作介質(zhì)受熱流動(dòng)同時(shí)集中能量。槽式電站的總體代價(jià)相對(duì)小，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)提高，所以目前槽式電站發(fā)展迅速。塔式、槽式和碟式三種電站技術(shù)比較2025/2/5h光熱發(fā)電技術(shù)比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)槽式同步跟蹤降低跟蹤控制代價(jià)，成本低；具有商業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。中、高溫過(guò)程，可以蓄熱儲(chǔ)能、聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行。管道系統(tǒng)比塔式復(fù)雜得多，熱量及阻力損失大，真空管破損更換增加成本。塔式采用高溫熔融鹽蓄熱儲(chǔ)能，聚光比高，易達(dá)到較高工作溫度；接收器散熱面積相對(duì)較小。技術(shù)復(fù)雜，投資較大，發(fā)電成本高，配套設(shè)備還不成熟。蝶式熱力發(fā)電效率高，單臺(tái)裝置可獨(dú)立運(yùn)行，也可進(jìn)行模塊化組合，自動(dòng)化控制性好，維護(hù)量少；建設(shè)周期短，運(yùn)行成本低。造價(jià)昂貴，商業(yè)化可行性需要證實(shí)。菲涅爾式集熱管固定，連接簡(jiǎn)單，反射鏡為平面鏡，便于制造與清洗，同時(shí)近地安裝，風(fēng)阻小；直接產(chǎn)生蒸汽，參數(shù)高；造價(jià)相對(duì)便宜。投運(yùn)機(jī)組少，效率不夠高，儲(chǔ)能時(shí)間較小。發(fā)電方式塔式槽式碟式規(guī)模10MW～20MW30KW～320KW5KW～25kW運(yùn)行溫度/℃500～1000260～400500～1500聚光方式平凹面反射鏡拋物面反射鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的拋物面反射鏡跟蹤方式兩軸跟蹤單軸跟蹤兩軸跟蹤聚光倍數(shù)600～10008～80200～3000光熱轉(zhuǎn)換效率/%607085年凈效率/%7～2011～1612～25發(fā)展?fàn)顟B(tài)提供高溫過(guò)程熱，可聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行。處于實(shí)驗(yàn)示范階段，最大容量10MW提供中溫過(guò)程熱，可聯(lián)網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行。商業(yè)化階段，最大容量80MW。提供高溫過(guò)程熱，分散獨(dú)立運(yùn)行。處于實(shí)驗(yàn)示范階段，獨(dú)立系統(tǒng)容量小于50MW。優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)遠(yuǎn)看前景很好，效率高，可以通過(guò)開(kāi)發(fā)定日鏡及其跟蹤方式和蓄熱來(lái)降低成本。跟蹤裝置簡(jiǎn)單，投資成本低，有商業(yè)化運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。較高的轉(zhuǎn)化效率，可以獨(dú)立運(yùn)行也可以集成使用，具有高效、模塊化和組成混合發(fā)電系統(tǒng)的能力缺點(diǎn)聚光場(chǎng)與吸熱場(chǎng)優(yōu)化配合問(wèn)題還需要研究，造價(jià)高，產(chǎn)業(yè)化困難。熱載體的工作溫度低，熱損耗較大，真空管的壽命還沒(méi)有得到大規(guī)模的驗(yàn)證，反光鏡更換成本高。造價(jià)昂貴，沒(méi)有商業(yè)化的與碟式聚光器配合的Stirling機(jī)。太陽(yáng)能聚光熱發(fā)電技術(shù)比較2025/2/5h三種類型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要性能參數(shù)

參數(shù)塔式系統(tǒng)槽式系統(tǒng)碟式系統(tǒng)年容量因子/%峰值效率/%20～772323～50202524商業(yè)化情況示范階段可商業(yè)化試驗(yàn)樣機(jī)階段技術(shù)開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)中低高可否儲(chǔ)能可以有限制蓄電池可否組成混合系統(tǒng)可以可以可以成本美元/㎡

美元/W

美元/Wp475～2004.4～2.52.4～0.9630～2754.0～2.74.0～1.33100～320012.6～1.312.6～1.12025/2/5h國(guó)內(nèi)外典型工程案例光熱發(fā)電吸引了各路資本的關(guān)注。業(yè)內(nèi)普遍對(duì)光熱發(fā)電的前景看好，并且興建了大批電站，典型項(xiàng)目如下：★美國(guó)Ivanpah電站（392MW）和新月沙丘電站（110MW）★浙大中控德令哈50MW塔式光熱電站★首航節(jié)能敦煌110MW塔式光熱電站★龍騰太陽(yáng)能內(nèi)蒙古烏拉特中旗600米1.6MWth槽式回路★蘭州大成200kW槽式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目★北京延慶八達(dá)嶺1MW塔式太陽(yáng)能發(fā)電站北京延慶八達(dá)嶺1MW塔式太陽(yáng)能發(fā)電站2012年8月9日下午13:18分，位于北京延慶八達(dá)嶺地區(qū)的我國(guó)首個(gè)光熱發(fā)電示范項(xiàng)目——1MW塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目電站首次全面運(yùn)行發(fā)電實(shí)驗(yàn)成功。該項(xiàng)目總投資1.2億元，于2006年啟動(dòng)。這是我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上具有里程碑意義的標(biāo)志性事件。2025/2/5h發(fā)電裝機(jī)容量1MW；定日鏡場(chǎng)采光面積10,000平米；吸熱塔高118米；傳熱介質(zhì)為水/蒸汽；儲(chǔ)熱介質(zhì)為飽和蒸汽和導(dǎo)熱油；2.35MPa,390℃蒸汽輪機(jī)發(fā)電。2011年7月17日產(chǎn)汽，2012年8月9日發(fā)電。美國(guó)這兩座電站，在光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展上具有重要意義。Ivanpah電站為全球最大的光熱電站，該電站于2013年12月31日開(kāi)始首次投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)；CrescentDunes（新月沙丘）為全球最大的熔鹽塔式電站，該電站于2014年2月12日開(kāi)始進(jìn)入調(diào)試階段。兩大電站的建成投運(yùn)開(kāi)啟了塔式光熱發(fā)電技術(shù)的新紀(jì)元。★美國(guó)Ivanpah電站（392MW）和新月沙丘電站（110MW）★浙大中控德令哈50MW塔式光熱電站中控太陽(yáng)能公司投資建設(shè)，總裝機(jī)容量為50MW，是中國(guó)第一座商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的太陽(yáng)能熱發(fā)電站。項(xiàng)目場(chǎng)址位于青海省海西州德令哈市西出口太陽(yáng)能工業(yè)園區(qū)。

項(xiàng)目一期10MW工程于2013年7月5日成功上網(wǎng)發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。★中控太陽(yáng)能德令哈10MW塔式光熱電站投資數(shù)據(jù)該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資9.96億元，為50兆瓦塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目。一期10兆瓦采用DSG技術(shù)，總投資額2.1億元，包括與50兆瓦裝機(jī)配套的公用設(shè)施建設(shè)。該工程共建設(shè)6個(gè)熱功率為40MW的鏡場(chǎng)和吸熱塔，1套熔融鹽蓄熱系統(tǒng)，1套蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)，1套汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及輔助發(fā)電系統(tǒng)；全場(chǎng)共設(shè)置定日鏡217440面，每個(gè)鏡場(chǎng)設(shè)置36240面，每面鏡子2平米；吸熱塔高度80m。★首航節(jié)能敦煌110MW塔式光熱電站該項(xiàng)目規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模100MW+1*10MW塔式光熱電站，一期的1*10MW高溫高壓凝氣式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，帶15小時(shí)熔鹽儲(chǔ)熱，總投資4.4億元。★首航節(jié)能中廣核德令哈50MW槽式項(xiàng)目中廣核德令哈50MW槽式光熱電站是中國(guó)首個(gè)開(kāi)工的大規(guī)模商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目，為亞開(kāi)行低息貸款項(xiàng)目且面向全球招標(biāo)，此次中標(biāo)后，結(jié)合正在敦煌建設(shè)的110MW塔式熔鹽光熱電站，這將使首航光熱成為中國(guó)唯一一家同時(shí)擁有商業(yè)化塔式和槽式光熱電站EPC能力和業(yè)績(jī)的公司。★首航節(jié)能天津1MWt槽式項(xiàng)目該項(xiàng)目由首