太陽能熱發(fā)電技術: 太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能,再將熱能轉(zhuǎn)化成電能,它有兩種轉(zhuǎn)化方式。一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能,如半導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。另一種方式是將太陽熱能通過熱機(如汽輪機)帶動發(fā)電機發(fā)電,與常規(guī)熱力發(fā)電類似,只不過是其熱能不是來自燃料,而是來自太陽能。
太陽能熱發(fā)電技術
太陽能熱發(fā)電技術是指:利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能,通過換熱裝置提供蒸汽,結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機的工藝,從而達到發(fā)電的目的。采用太陽能熱發(fā)電技術,避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝,可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且,這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢,即太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中,在太陽落山后幾個小時仍然能夠帶動汽輪發(fā)電。
太陽能熱發(fā)電形式有槽式,塔式,碟式三種系統(tǒng)
槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列,加熱工質(zhì),產(chǎn)生高溫蒸汽,驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。國內(nèi)槽式太陽能熱發(fā)電技術現(xiàn)狀20世紀70年代,在槽式太陽能熱發(fā)電技術方面,中科院和中國科技大學曾做過單元性試驗研究。進入21世紀,聯(lián)合攻關隊伍,在太陽能熱發(fā)電領域的太陽光方位傳感器、自動跟蹤系統(tǒng)、槽式拋物面反射鏡、槽式太陽能接收器方面取得了突破性進展。目前正著手開展完全擁有自主知識產(chǎn)權的100kW槽式太陽能熱發(fā)電試驗裝置。2009年華園新能源應用技術研究所與中科院電工所、清華大學等科研單位聯(lián)手研制開發(fā)的太陽能中高溫熱利用系統(tǒng),設備結(jié)構(gòu)簡單、而且安裝方便,整體使用壽命可達20年。由于反射鏡是固定在地上的,所以不僅能更有效地抵御風雨的侵蝕破壞,而且還大大降低了反射鏡支架的造價。更為重要的是,該設備技術突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。我們采用菲涅爾凸透鏡技術可以對數(shù)百面反射鏡進行同時跟蹤,將數(shù)百或數(shù)千平方米的陽光聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上(聚光度約50倍,可以產(chǎn)生三、四百度的高溫),采用菲涅爾線焦透鏡系統(tǒng),改變了以往整個工程造價大部分為跟蹤控制系統(tǒng)成本的局面,使其在整個工程造價中只占很小的一部分。同時對集熱核心部件鏡面反射材料,以及太陽能中高溫直通管采取國產(chǎn)化市場化生產(chǎn),降低了成本,并且在運輸安裝費用上降低大量費用。這兩項突破徹底克服了長期制約太陽能在中高溫領域內(nèi)大規(guī)模應用的技術障礙,為實現(xiàn)太陽能中高溫設備制造標準化和產(chǎn)業(yè)化規(guī)?;\作開辟了廣闊的道路。華園新能源工程公司生產(chǎn)的太陽能高溫發(fā)電管,還可以產(chǎn)生550度以上的高溫蒸汽,可以應用于太陽能槽式熱發(fā)電工程。該公司有國內(nèi)最具規(guī)模的直通管和反射槽生產(chǎn)廠,并主持和參與了包括目前亞洲最大的我國首座太陽能槽式熱發(fā)電項目等多項工程的前期論證、設計。國外發(fā)展情況美國上世紀已經(jīng)建成354MW,西班牙已經(jīng)建成50MW。
太陽能塔式發(fā)電是應用的塔式系統(tǒng)。塔式系統(tǒng)又稱集中式系統(tǒng)。它是在很大面積的場地上裝有許多臺大型太陽能反射鏡,通常稱為定日鏡,每臺都各自配有跟蹤機構(gòu)準確的將太陽光反射集中到一個高塔頂部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超過1000倍。在這里把吸收的太陽光能轉(zhuǎn)化成熱能,再將熱能傳給工質(zhì),經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié),再輸入熱動力機,膨脹做工,帶動發(fā)電機,最后以電能的形式輸出。主要由聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)等部分組成。1982年4月,美國在加州南部巴斯托附近的沙漠地區(qū)建成一座稱為“太陽1號”的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的反射鏡陣列,由1818面反射鏡環(huán)包括接收器高達85.5米的高塔排列組成。1992年裝置經(jīng)過改裝,用于示范熔鹽接收器和蓄熱裝置。以后,又開始建設“太陽2號”系統(tǒng),并于1996年并網(wǎng)發(fā)電。今年,以色列Weizmanm科學研究院正在對此系統(tǒng)進行改進。據(jù)悉仍在研究實驗中。
太陽能碟式發(fā)電也稱盤式系統(tǒng)。主要特征是采用盤狀拋物面聚光集熱器,其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點聚焦集熱器,其聚光比可以高達數(shù)百到數(shù)千倍,因而可產(chǎn)生非常高的溫度?,F(xiàn)在碟式熱發(fā)電系統(tǒng)在20世紀70年代末到80年代初,首先由瑞典US-AB和美國Advanco Corporation、MDAC、NASA及DOE等開始研發(fā),大都采用Silver/glass聚光鏡、管狀直接照射式集熱管及USAB4-95型熱機。進入20世紀90年代以來,美國和德國的某些企業(yè)和研究機構(gòu),在政府有關部門的資助下,用項目或計劃的方式加速碟式系統(tǒng)的研發(fā)步伐,以推動其商業(yè)化進程。