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目前,我國由于工業(yè)規(guī)模擴大和粗放經(jīng)營導(dǎo)致了嚴重環(huán)境污染和破壞, 因此開發(fā)清潔能源是有效解決這一問題的重要途徑,目前,世界各國紛紛將目光投向太陽能的開發(fā)和應(yīng)用,這也是全球經(jīng)濟的低碳化發(fā)展方向。太陽能作為一種清潔的可再生能源,是未來的理想能源之一,是人類最可靠、最安全、最綠色、最持久的替代能源。目前太陽能光伏發(fā)電被炒得如火如荼,而太陽能光熱發(fā)電技術(shù)卻少為人知,在太陽能光伏發(fā)電遭遇瓶頸的今天,太陽能光熱發(fā)電逐漸被人們重視起來。
一、太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡介
1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的分類
目前,太陽能發(fā)電技術(shù)分為兩種,一種是太陽能光伏發(fā)電,一種就是本文提到的太陽能光熱發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)又分為槽式太陽能光熱發(fā)電、塔式太陽能光熱發(fā)電、碟式太陽能光熱發(fā)電。目前槽式和塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)投入使用,但是碟式發(fā)電系統(tǒng)還處于實驗和示范狀態(tài)。
2、槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡介
這種太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要是利用槽式拋物面聚光器聚光的太陽能產(chǎn)生的熱量進行發(fā)電,是一種分散型系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的機構(gòu)由聚光集熱裝置、蓄熱裝置、熱機發(fā)電裝置和輔助能源裝置構(gòu)成。槽式拋物面將太陽光線聚集在一條線上,并在這條線上的重要位置安裝集熱器,進而吸收太陽的能量,之后將眾多的槽式聚光器串聯(lián)或并聯(lián)形成集熱器的排列結(jié)構(gòu)。
一般太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用的是雙回路的設(shè)計,集熱油的回路與動力蒸汽的回路是分開的,通過換熱器交換熱量,使用導(dǎo)熱油作為熱,低溫的導(dǎo)熱油從油罐泵進入槽式太陽能集熱場,被加熱到391℃,之后經(jīng)過再熱器、過熱器、蒸發(fā)器、預(yù)熱器四個裝置,將收集的能量交換給動力回路中的蒸汽,進而產(chǎn)生熱量極高的蒸汽,進入汽輪機中做功,然后產(chǎn)生電能。
如果太陽能供應(yīng)不足,這時就可以利用輔助加熱器,如鍋爐進行加熱, 提高導(dǎo)熱油的熱量,進而實現(xiàn)該系統(tǒng)的正常運行,保證該系統(tǒng)連續(xù)作業(yè),持續(xù)的產(chǎn)生電能。因為槽式聚光器的集熱溫度不高,使得槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中動力系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)化為功的效率不高,一般不到40%,因此, 單純依靠拋物槽式太陽能光熱發(fā)電成本較高。
3、塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)
塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)是一種集中式發(fā)電系統(tǒng),主要利用定日鏡將太陽光聚焦在中心的吸熱器上,太陽的輻射能量會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,之后傳遞給熱力循環(huán)工質(zhì),驅(qū)動汽輪做功進而實現(xiàn)發(fā)電。這一太陽能發(fā)電系統(tǒng)可以分為熔鹽系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和水/蒸汽系統(tǒng)。系統(tǒng)蓄熱是十分重要的內(nèi)容,由于太陽能存在一定的間隙性,因此,蓄熱器一定要在太陽能缺乏時補充熱能,進而保證發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。這里介紹兩種塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)。
3.1塔式熔鹽系統(tǒng)
熔鹽系統(tǒng)主要是利用硝酸鹽為工作介質(zhì)進行熱量傳遞,塔式熔鹽系統(tǒng)的低溫側(cè)一般控制在290℃左右,高溫側(cè)達到565℃。低溫熔鹽經(jīng)過泵被輸送到塔頂?shù)娜埯}吸熱器,吸熱器在熱流密度為430KW/㎡的高輻射下將熱量傳遞給熔鹽。熔鹽吸收熱能以后溫度逐漸升高,一直升至565℃,然后經(jīng)過管道輸送到高溫熔鹽罐,高溫熔鹽被輸送到蒸汽發(fā)生器,產(chǎn)生高溫蒸汽,進而推動及其做功發(fā)電。
3.2塔式水、蒸汽系統(tǒng)
水、蒸汽系統(tǒng)主要將水作為導(dǎo)熱的載體,在這種發(fā)電系統(tǒng)中,冷水被加壓后輸送到塔頂端的吸熱器,在吸熱器中蒸發(fā)并過熱后被送至地面,驅(qū)動汽輪機做功發(fā)電。
美國SolarOne試驗電站利用的就是這種放電方式,吸熱器是外圓柱式的,由多個塊管板構(gòu)成,每塊管板有幾十根吸熱管。吸熱器實際上是將水直接加熱變?yōu)槌瑹嵴羝腻仩t。吸熱器排出的蒸汽溫度為516 ℃ ,壓強極大,進而用于驅(qū)動汽輪機做功。
二、太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀
1、國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外很多國家對于太陽能發(fā)電的技術(shù)研究較早,基本從18世紀末期就開始了,在20世紀初期太陽能光熱發(fā)電技術(shù)就被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,到20世紀80年代,美國、西班牙等國家已經(jīng)大規(guī)模的開始太陽能光熱發(fā)電了。
美國于1985年建立了SEGS電站,之后不斷進行擴建,這是國際上最大的一個太陽能發(fā)電站,也是全世界第一個槽式發(fā)電站。這個發(fā)電站的總裝機容量為350MW,配備九臺槽式發(fā)電系統(tǒng)。美國在內(nèi)華達州又建立了另一座槽式發(fā)電站,在具體設(shè)計中借鑒了該發(fā)電站在具體的設(shè)計過程中,借鑒了SEGS發(fā)電站的建設(shè)與使用經(jīng)驗,提高了機器的運行安全性,提高了工作效率。199年,希臘克里達島建造歐洲的第一座太陽能光熱發(fā)電站,裝機容量為50MW。
2、我國太陽能發(fā)電現(xiàn)狀
我國在20世紀70年代開始了對于太陽能發(fā)電的研究,但是由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展受到一定的限制,因此制約了我國太陽能發(fā)電技術(shù)的研發(fā)。一直到20世紀90年代末期,我國加大投入,科技部門與清華大學(xué)、中科院等聯(lián)合,我國的新能源企業(yè)、設(shè)計公司等紛紛參與,促進了太陽能發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展。內(nèi)蒙古鄂爾多斯建立了我國第一座槽式太陽能發(fā)電站,裝機容量為50MW,自此,我國太陽能光熱發(fā)電技術(shù)開始商業(yè)化運營。
太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,使我國的市場需求不斷擴大,目前,我國很多大型電力企業(yè)都在參與太陽能光熱發(fā)電的技術(shù)研發(fā),我國也建立了很多太陽能光熱發(fā)電的示范項目,我國太陽能光熱發(fā)電市場每年將會以約400MW的速度增長。我國的太陽能光熱發(fā)電工程目前主要集中在內(nèi)蒙古西部、青海、新疆南部、西藏及河西走廊一帶。
三、太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢
太陽能是一種清潔能源,更是一種可再生能源,太陽能的限制條件較少,很容易實施和應(yīng)用,而且有助于實現(xiàn)大容量發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電現(xiàn)有電網(wǎng)匹配性好、光電轉(zhuǎn)化率高、發(fā)電穩(wěn)定為特點,生產(chǎn)過程無污染,對環(huán)境的影響較小 ,因此,深受各行各業(yè)的歡迎和重視。在未來,國際能源署下屬的SolarPACES、歐洲太陽能熱能發(fā)電協(xié)會和綠色和平組織的預(yù)測認為到2030年在太陽能在全世界能源供應(yīng)份額中會占到3%,預(yù)計到到2050年會達到10%。
目前我國很多城市都在醞釀太陽能光熱發(fā)電項目,到2011年,我國發(fā)改委出臺了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》正式開始實施,國家非常支持利用太陽能發(fā)電,加大投入,完善設(shè)備設(shè)施,降低太陽能開發(fā)的成本,以西藏、甘肅、寧夏、青海、新疆等重點區(qū)域,建立太陽能發(fā)電站,逐漸取代常規(guī)能源而廣為使用。
結(jié)語
綜上所述,太陽能作為重要的綠色能源,對環(huán)鏡污染小,有利于實現(xiàn)我國的低碳經(jīng)濟的,利用太陽能發(fā)電,可以減少煤炭能源燃燒的排放,提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的使用率。與國外技術(shù)先進國家相比,我國太陽能光熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對較弱,仍需要做更多的技術(shù)積累。建議國家出臺相關(guān)政策鼓勵示范項目建設(shè),帶動光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
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