太陽能光熱發(fā)電運(yùn)作原理是什么

　　尋求新型的能源一直是人們在研究探索的事情，人們在很早的時(shí)候就已經(jīng)意識到太陽能是可以供我們使用的清潔能源，今天我們要說的就是太陽能光熱發(fā)電運(yùn)作原理是什么？

　　太陽能光熱發(fā)電是指利用大規(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(jī)的工藝，從而達(dá)到發(fā)電的目的。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，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(shí)仍然能夠帶動汽輪發(fā)電。

　　太陽能光熱發(fā)電原理

　　太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（液體或氣體），再加熱水形成蒸汽帶動或者直接帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

　　太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)形式

　　一般來說，太陽能光熱發(fā)電形式有槽式、塔式、碟式（盤式）、菲涅爾式四種系統(tǒng) 。

　　1、槽式

　　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)生過熱蒸 汽，驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

　　20世紀(jì)80年代初期，以色列和美國聯(lián)合組建了LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司。從成立開始，該公司集中力量研究開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。從1985年-1991年的6年間，在美國加州沙漠相繼建成了9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量353.8MW，并投入網(wǎng)營運(yùn)。經(jīng)過努力，電站的初次投資由1號電站的4490美元/KW降到8號電站的2650美元/kW，發(fā)電成本從24美分/KWh降到8美分/KWh。

　　建于西班牙的Acurex槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，借助槽形拋物面聚光器將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內(nèi)熱載體將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內(nèi)熱載體將水加熱成蒸汽，推動汽輪機(jī)發(fā)電。作為太陽能量不足時(shí)的備用，系統(tǒng)配備有一個輔助燃燒爐，用天然氣或燃油來產(chǎn)生蒸汽。

　　要提高槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的效率與正常運(yùn)行，涉及到兩個方面的控制問題，一個是自動跟蹤裝置，要求使得槽式聚光器時(shí)刻對準(zhǔn)太陽，以保證從源頭上最大限度的吸收太陽能，據(jù)統(tǒng)計(jì)跟蹤比非跟蹤所獲得的能量要高出37.7%。另外一個是要控制傳熱液體回路的溫度與壓力，滿足汽輪機(jī)的要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常發(fā)電。針對這兩個控制問題，國內(nèi)外學(xué)者都展開了研究，取得了一定的研究進(jìn)展。

　　德州華園新能源應(yīng)用技術(shù)研究所與中科院電工所、清華大學(xué)等科研單位聯(lián)手研制開發(fā)的槽式太陽能中高溫?zé)崂孟到y(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、而且安裝方便，整體使用壽命可達(dá)20年，可以很好的應(yīng)用于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。由于太陽能反射鏡是固定在地上的，所以不僅能更有效地抵御風(fēng)雨的侵蝕破壞，而且還大大降低了反射鏡支架的造價(jià)。更為重要的是，該設(shè)備技術(shù)突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。采用菲涅爾凸透鏡技術(shù)可以對數(shù)百面反射鏡進(jìn)行同時(shí)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），改變了以往整個工程造價(jià)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(jià)中只占很小的一部分。同時(shí)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(yùn)輸安裝費(fèi)用上降低大量費(fèi)用。 這兩項(xiàng)突破徹底克服了長期制約槽式太陽能在中高溫領(lǐng)域內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)障礙，為實(shí)現(xiàn)太陽能中高溫設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化運(yùn)作開辟了廣闊的道路。

　　2、塔式

　　1973年，世界性石油危機(jī)的爆發(fā)刺激了人們對太陽能技術(shù)的研究與開發(fā)。相對于太陽能電池的價(jià)格昂貴、效率較低，太陽能熱發(fā)電的效率較高、技術(shù)比較成熟。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都將太陽能熱發(fā)電技術(shù)作為國家研究開發(fā)的重點(diǎn)。從1981-1991年10年間，全世界建造了裝機(jī)容量500kW以上的各種不同形式的兆瓦級太陽能熱發(fā)電試驗(yàn)電站余座，其中主要形式是塔式電站，最大發(fā)電功率為80MW。由于單位容量投資過大，且降低造價(jià)十分困難，因此太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。

　　但對塔式太陽能熱發(fā)電的研究開發(fā)并未完全中止。1980年美國在加州建成太陽I號塔式太陽能熱發(fā)電站，裝機(jī)容量10MW。經(jīng)過一段時(shí)間試驗(yàn)運(yùn)行后，在此基礎(chǔ)上又建造了太陽II號塔式太陽能熱發(fā)電站，并于1996年1月投入試驗(yàn)運(yùn)行。

　　3、盤式

　　盤式（又稱碟式）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早出現(xiàn)的太陽能動力系統(tǒng)。近段時(shí)間以來，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要開發(fā)單位功率質(zhì)量比更小的空間電源。盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于空間，例如，1983年美國加州噴氣推進(jìn)試驗(yàn)室完成的盤式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其聚光器直徑為11m，最大發(fā)電功率為24.6 kW，轉(zhuǎn)換效率為29%。1992年德國一家工程公司開發(fā)的一種盤式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率為9kW，到1995年3月底，累計(jì)運(yùn)行了17000h，峰值凈效率20%，月凈效率16%，該公司計(jì)劃用100臺這樣的發(fā)電系統(tǒng)組建一座MW的盤式太陽能熱發(fā)電示范電站。

　　盤式（又稱碟式）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（拋物面反射鏡斯特林系統(tǒng)）是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

　　美國熱發(fā)電計(jì)劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7千瓦碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費(fèi)1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺碟式發(fā)電系統(tǒng)，計(jì)劃1997年生產(chǎn)25臺以上。Cummins預(yù)計(jì)10年后年生產(chǎn)超過1000臺。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站。

　　美國熱發(fā)電計(jì)劃還同時(shí)開發(fā)25千瓦的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25千瓦是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開始運(yùn)行。

　　4、菲涅爾式

　　工作原理類似槽式光熱發(fā)電，只是采用菲涅耳結(jié)構(gòu)的聚光鏡來替代拋面鏡。這使得它的成本相對來說低廉，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，因此加熱的水蒸氣質(zhì)量不高，使整個系統(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)成本也相對較低。

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