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太阳能发电系统状况及发展趋势

2009年11月18日 10:24中国机床商务网点击:3428

  阐述了当前太阳能热发电系统和太阳能光伏发电系统的结构、原理和特点。同时对太阳能发电的现状和发展进行了介绍。关键词:太阳能热发电太阳能光伏发电槽式碟式塔式光伏20世纪以来,随着社会经济的发展和生活水平的提高,使人们对能源的需求量不断增长。同时由于化石能源资源的有限性,以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生的影响日益为人们所关注,因此从资源、环境、社会发展的需求来看,开发和利用新能源和可再生能源是必然的趋势。

  在新能源和可再生能源家族中,太阳能是最引人注目,开展研究工作最多,应用最广的成员。太阳能是一种清洁能源,这对于当前人类对环境污染的重视尤为重要。太阳能还属于无限的能源。据专家预测,太阳的寿命有600亿年,而地球的寿命只有50亿年,因此太阳能相对于我们人类来说是无限的。而且它也不受任何人的控制和垄断。这些优点都是常规能源所无法比拟的。当然太阳能也有不足的地方,比如太阳辐射的强度受到气候、昼夜、纬度、季节、海拔的影响,往往需要配备储能设备。又如它的能流密度低,实际利用时需要较大的太阳能收集装置,占地面积大,投资大。这些因素也都制约了太阳能的利用。到本世纪以来,随着新材料的应用、电子技术等高科技的高速发展,为太阳能的有效利用提供了条件。人们将太阳能辐射通过收集和转换变为可直接利用的能源,使太阳能的利用得到相当大的发展。其中利用太阳能发电就是对太阳能最好的利用。

  目前太阳能发电有两种方法。一种是将太阳能转换为热能,然后按常规方式发电,称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件利用光生伏打原理将太阳能直接转换为电能,称为太阳能光伏发电。

  一、太阳能热发电1、太阳能热发电系统太阳能热发电也叫做太阳能聚光发电,是将太阳辐射从面积上浓缩产生高温发电的装置。由于太阳光聚集后可以产生高温,因此该技术用于与热发电机相连来构成发电系统。太阳能聚光技术最早可以追溯到140年前(D.Mills,2003),Mouchot和Pifre于1882年在法国所做的研究工作。其后,在1888年Ericsson,1901年Eneas,1913年Shuman和1968年Francia在该方面也进行了大量的研究工作。最值得一提的是在上世纪80年代,由于70年代的石油危机,太阳能热发电得到了重视,一批大规模的太阳聚光器在世界各国安装。如发电总功率354MW的槽式太阳能热电站在美国加洲建成,在十几年间已经发电超过5000GWh。

  当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为(1)太阳能槽式发电;(2)太阳能碟式发电;(3)太阳能塔式发电;(1)太阳能槽式发电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,然后送入常规的蒸气涡轮发电机内进行发电。通常接收太阳光的采光板采用模块化布局,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。一些国家已经建立起示范装置,对槽式发电技术进行深入的研究。到2000年,随着先进技术和设计的提出,减少了槽式发电在热收集方面的损耗和电的寄生效应,使槽式发电得到了较大的提高。可使一个80MW的发电站的光电转换效率达到12.9。当前,随着热能存储设备的加入,可使槽式发电的效率比最初提高7。热能存储设备可以存储剩余的热量,保证发电的平稳,同时它也为独立的太阳能发电提供了保障。有了热能存储设备的加入,可使一个80MW的发电站的光电转换效率达到13.8。如表1所示为目前世界上太阳能槽式发电站列表。

  当前正在发展的技术方向为直蒸汽(DSG)技术。典型的PTC发电厂动力范围为30-150MW,工作温度约为400°C。表1世界太阳能槽式热发电站列表(2)太阳能碟式发电碟式发电是目前利用太阳能发电效率最高的太阳能发电系统,最高可达到29.4%[1]。因此它有潜力成为最廉价的利用太阳能发电的系统。它利用双轴跟踪技术,采用一组反光镜聚集太阳光,同时利用接收器进行有效地热转变工作,之后利用常规发电机进行发电。通常接收器的接收面被放置于聚光焦点的后面以减小激烈的高温熔化。碟式发电系统具有高效率、多功能、可和化石燃料混合发电等特点。高效率来自于它的低成本和高能量密度。和其它太阳能技术比较依赖场地和高费用来说,碟式发电每MW大约需要1.2到1.6公顷的占地。对于系统的安装成本,尽管当前为$12000/kW,但是由于它具有的高效率,因此潜力巨大[2]。同时碟式发电系统功率较小,一般为5~50kW,因此它即可以单独分散发电,也可以组成较大的发电系统。研究表明,碟式太阳能热发电系统在空间上的应用,与光伏发电系统相比,具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等优点,因此目前世界各国也都在对碟式发电进行积极的研究和利用。如表2所示为目前世界上太阳能碟式发电站列表。[NextPage]表2世界太阳能碟式热发电站列表(3)太阳能塔式发电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循环发电。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。

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