1、1概述2太阳能发电3风能发电4地热能发电6海洋能发电5生物质能的利用7分布式发电与现行电网的关系此PPT课件下载后可自行编辑新能源及分布式发电技术2.1节 太阳能热发电技术的介绍2.2节 太阳能光伏发电技术的介绍2.3节 太阳能制冷空调的介绍新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术人类人类社会面临能源挑战社会面临能源挑战能源需求量增加，储藏量迅速减少能源需求量增加，储藏量迅速减少矿物矿物燃料枯竭的能源危机燃料枯竭的能源危机局面局面矿物矿物燃料燃料燃烧产生温室气体，造成全球气燃烧产生温室气体，造成全球气候候变变暖暖大力大力开发利用新能源是保证全球能源的长开发利用新能源是保证全球能源的长期稳定
2、供应，保护人类生态环境，是实现期稳定供应，保护人类生态环境，是实现人类可持续发展的人类可持续发展的需要需要新能源及分布式发电技术安全可靠使用寿命长运行费用少维护简单随处可用无需长距离输送不容易损坏环保无噪声不需要燃料新能源及分布式发电技术我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年年17000亿吨标准煤亿吨标准煤(中国中国2017年能源消耗量年能源消耗量为为44.9亿吨标准煤，其中煤炭占亿吨标准煤，其中煤炭占60.4%，比，比2016年下降年下降1.6%)。全国大多数地区年平均日辐射量在全国大多数地区年平均日辐射量在4106kJ/m2以上，西藏日辐射量最高达以上，
3、西藏日辐射量最高达7106kJ/m2。年日照时数大于。年日照时数大于2000小时。小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有很大的开比欧洲、日本优越得多，因而有很大的开发潜能。发潜能。新能源及分布式发电技术太阳能热发电是将太阳辐射能转换为热能，太阳能热发电是将太阳辐射能转换为热能，再通过各种发电装置将热能转换为电能的再通过各种发电装置将热能转换为电能的发电技术。发电技术。新能源及分布式发电技术太阳能热发电系统太阳能集热系统蓄热与换热系统汽轮机发电系统新能源及分布式发电技术集热系统：收集太阳能以加热工质转换器：传递热能，加热水汽轮机
4、：由高温高压蒸汽推动以带动发电机发电冷凝器：冷凝乏汽并将之泵入换热器完成循环热能Rankine循环Brayton循环Stirling循环电能新能源及分布式发电技术太阳能热太阳能热发电系统发电系统太阳能集太阳能集热子系统热子系统吸热与输吸热与输送热量子送热量子系统系统蓄热子蓄热子系统系统蒸汽发蒸汽发生系统生系统动力子动力子系统系统发电子发电子系统系统新能源及分布式发电技术整个系统的效率整个系统的效率= 太阳场效率太阳场效率动力系统效率动力系统效率发电机效率发电机效率太阳太阳场效率随着集热温度的上升逐渐场效率随着集热温度的上升逐渐降低，降低，动力系统动力系统的效率则受制于卡诺的效率则受制于卡诺定律
5、，随着定律，随着集热温度的上升逐渐增加集热温度的上升逐渐增加。卡诺卡诺定律定律是是以理想气体为工作物质的可逆以理想气体为工作物质的可逆卡诺循环，其卡诺循环，其热效率热效率仅取决于高温及低温仅取决于高温及低温两个热源的温度。两个热源的温度。新能源及分布式发电技术为为保障热发电系统稳定保障热发电系统稳定运行，通常运行，通常在系统中配置在系统中配置蓄能蓄能子系统；或是子系统；或是将太阳能与其它能源组成综合将太阳能与其它能源组成综合互补的发电互补的发电系统，在系统，在太阳能供应不足的情况太阳能供应不足的情况下，下，由由其它形式的能源供应其它形式的能源供应。太阳能聚光装置吸热器蓄热子系统太阳能传热介质动
6、力子系统蓄热介质新能源及分布式发电技术但目前还没有成熟的低成本蓄热技术；而但目前还没有成熟的低成本蓄热技术；而太阳能与其它能源组成综合互补的发电系太阳能与其它能源组成综合互补的发电系统虽然可以降低太阳能发电的成本。统虽然可以降低太阳能发电的成本。在一般商业化的太阳能电站，化石燃料的在一般商业化的太阳能电站，化石燃料的贡献一般限制在总发电量的贡献一般限制在总发电量的15%以内。以内。新能源及分布式发电技术 槽式太阳能系统中，镜场系统是电站运行最主要的热量来槽式太阳能系统中，镜场系统是电站运行最主要的热量来源；镜场系统利用回路中的集热器追踪太阳运行，将太阳源；镜场系统利用回路中的集热器追踪太阳运行
7、，将太阳辐射积聚于集热管上，加热集热管内流通的导热油，以完辐射积聚于集热管上，加热集热管内流通的导热油，以完成集热目的。成集热目的。 反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用镜反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用镜面铝板或镜面不锈钢板制造反射镜，反射镜安装在反光镜面铝板或镜面不锈钢板制造反射镜，反射镜安装在反光镜托架上。槽型抛物面反射镜可将入射太阳光聚焦到焦点的托架上。槽型抛物面反射镜可将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，在该条线上装有接收器的集热管。一条线上，在该条线上装有接收器的集热管。新能源及分布式发电技术 根据不同的导热液，槽式集热器把导热液加热到至根据不同的导热液，
8、槽式集热器把导热液加热到至400度度左右，由于槽式太阳能热发电系统的热传输管道特别长，左右，由于槽式太阳能热发电系统的热传输管道特别长，为减小热量损失，管道外要有保温材料、管道要尽量短为减小热量损失，管道外要有保温材料、管道要尽量短;长长的管路需专业泵来推动导热液的循环，要设法减小导长长的管路需专业泵来推动导热液的循环，要设法减小导热液泵功率，这些都是重要的技术。导热液可用苯醚混合热液泵功率，这些都是重要的技术。导热液可用苯醚混合液、加压水混合液、导热油等液体，传热方式可直接传热液、加压水混合液、导热油等液体，传热方式可直接传热也可采用相变传热。也可采用相变传热。 从热交换器输出的过热蒸汽送往
9、蒸汽轮机发电，从蒸汽轮从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电，从蒸汽轮机排出的水蒸汽经冷凝器转为水，再由给水泵送往热交换机排出的水蒸汽经冷凝器转为水，再由给水泵送往热交换器，再次产生过热蒸汽推动蒸汽轮机。器，再次产生过热蒸汽推动蒸汽轮机。新能源及分布式发电技术基本组成与常规发电设备类似，但需要设置工作流体在接收器和辅助能源系统之间循环的切换装置；用于夜间或阴雨天；维持早晚或云遮间隙时系统正常运行；新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术集集热热介质加热低温介质加热低温导热导热油。油。通过通过再热器、过热器、蒸发器、预热器再热器、过热器、蒸发器、预热器等，等，将将收集到的太阳热能交换给动力
10、回路中的收集到的太阳热能交换给动力回路中的蒸汽，进入汽轮机中做功。蒸汽，进入汽轮机中做功。集集热油回路和动力蒸汽回路分离热油回路和动力蒸汽回路分离开来，经开来，经过过一系列换热器来交换热量一系列换热器来交换热量。当当太阳能供应不足太阳能供应不足时，利用时，利用一个辅助加热一个辅助加热器将油回路中的导热油器将油回路中的导热油加热。加热。新能源及分布式发电技术 槽式技术按其工质不同，分为导热油槽式系统和直接蒸汽发电槽式太槽式技术按其工质不同，分为导热油槽式系统和直接蒸汽发电槽式太阳能集热系统阳能集热系统。 目前，导热油槽式技术已经比较成熟，但导热油工质本身却存在着很目前，导热油槽式技术已经比较成熟
11、，但导热油工质本身却存在着很多不足之处。多不足之处。 1、导热油在高温下运行时，化学键易断裂分解氧化，从而引起系统、导热油在高温下运行时，化学键易断裂分解氧化，从而引起系统内压力上升，甚至出现导热油循环泵的气蚀。因此，导热油槽式系统内压力上升，甚至出现导热油循环泵的气蚀。因此，导热油槽式系统一般运行温为一般运行温为400度，不易再提高，这直接造成导热油槽式系统的效度，不易再提高，这直接造成导热油槽式系统的效率不高。率不高。 2、导热油在炉管中流速必须大于、导热油在炉管中流速必须大于2m/s以上，流速越小油膜温度越高以上，流速越小油膜温度越高，易导致导热油结焦。，易导致导热油结焦。 3、油温必须
12、降到、油温必须降到80 度度以下，循环泵才能停止运行。以下，循环泵才能停止运行。 4、一旦导热油发生渗漏，在高温下将增加引起火灾的风险。美国、一旦导热油发生渗漏，在高温下将增加引起火灾的风险。美国 LUZ 公司的公司的 SEGS 电站就曾经发生过火灾，并为防止油的泄漏和对已电站就曾经发生过火灾，并为防止油的泄漏和对已漏油的回收投入大量资金。漏油的回收投入大量资金。 新能源及分布式发电技术 鉴于导热油工质的上述问题，鉴于导热油工质的上述问题，Cohen和和Kear-ney 于于1994年年提出了以水为工质的直接蒸汽发电提出了以水为工质的直接蒸汽发电(DSG)集热器概念，作集热器概念，作为槽式集热
13、器未来的发展方向。为槽式集热器未来的发展方向。DSG槽式系统是采用槽式系统是采用 DSG 槽式集热器，利用抛物线形槽式聚光器将太阳光聚焦到集槽式集热器，利用抛物线形槽式聚光器将太阳光聚焦到集热管上，直接加热集热管内的工质水，直至产生高温高压热管上，直接加热集热管内的工质水，直至产生高温高压蒸汽推动汽轮发电机组发电的系统。与导热油槽式系统相蒸汽推动汽轮发电机组发电的系统。与导热油槽式系统相比，比，DSG槽式系统同样由聚光集热子系统、发电子系统、槽式系统同样由聚光集热子系统、发电子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统构成，但由于利用水工质代蓄热子系统、辅助能源子系统构成，但由于利用水工质代替了导热油工
14、质，因此没有换热环节。替了导热油工质，因此没有换热环节。DSG槽式系统具有槽式系统具有以下优势：用水替代导热油，消除了环境污染风险；省略以下优势：用水替代导热油，消除了环境污染风险；省略了油蒸汽换热器及其附件等，减少了换热环节的能量损失了油蒸汽换热器及其附件等，减少了换热环节的能量损失，电站投资大幅下降。，电站投资大幅下降。新能源及分布式发电技术 DSG 槽式系统有槽式系统有3种运行模式，分别是直通模式、种运行模式，分别是直通模式、注入模式和再循环模式。注入模式和再循环模式。 直通模式直通模式：水经过水经过预热，蒸发预热，蒸发和过热后直接推动汽和过热后直接推动汽轮机轮机发电，该发电，该模式最模
15、式最简单，投资较少，但简单，投资较少，但控制复杂控制复杂。 注射模式注射模式：水分别从集热管不同的地方水分别从集热管不同的地方注入，该注入，该模模式的正常运行需要必要的测试式的正常运行需要必要的测试系统，由于系统，由于系统的复系统的复杂性和系统投资杂性和系统投资较大。较大。 循环模式循环模式：在：在集热管路的蒸发段的末端安装一个水集热管路的蒸发段的末端安装一个水汽分离汽分离装置，过量装置，过量的水就通过分离器被循环泵送到的水就通过分离器被循环泵送到集热环路的进水入口段集热环路的进水入口段。这种。这种模式具有高度模式具有高度可控性，可控性，但是但是有循环管路的存在以及水汽分离装置等增加了有循环管
16、路的存在以及水汽分离装置等增加了系统的投资系统的投资。新能源及分布式发电技术太阳能集热器只能收集太阳能集热器只能收集太阳的太阳的直射直射光线，而光线，而对对散射部分散射部分无能为力，因此无能为力，因此集热器的聚光系统必集热器的聚光系统必须使光轴指向须使光轴指向太阳，即跟踪太阳，即跟踪太阳太阳。要要提高槽式太阳能热发电系统的效率与正常提高槽式太阳能热发电系统的效率与正常运运行，采用行，采用自动跟踪自动跟踪装置，使得装置，使得槽式聚光器时刻槽式聚光器时刻对准对准太阳，以太阳，以保证从源头上最大限度的吸收太保证从源头上最大限度的吸收太阳能非常阳能非常关键，据关键，据统计采用跟踪比非采用跟踪统计采用跟
17、踪比非采用跟踪所获得的能量要高出所获得的能量要高出37.7%。由于由于太阳时刻处于运动太阳时刻处于运动状态，因此状态，因此全天候全自全天候全自动太阳跟踪装置的设计就成了一个难点。动太阳跟踪装置的设计就成了一个难点。新能源及分布式发电技术两轴跟踪系统两轴跟踪系统：要求入射光和主光轴方向：要求入射光和主光轴方向一致，根据太阳高度角和赤纬角的变化情一致，根据太阳高度角和赤纬角的变化情况而设计，它具有最理想的光学性能，是况而设计，它具有最理想的光学性能，是最好的跟踪方式，获得最多的太阳能。但最好的跟踪方式，获得最多的太阳能。但制造和维修成本高。制造和维修成本高。单轴跟踪系统单轴跟踪系统：只要求入射光线
18、位于含有：只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面内。单轴跟踪型只要主光轴和焦线的平面内。单轴跟踪型只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面就行，结构简单，跟踪精度要求不高；阳就行，结构简单，跟踪精度要求不高；阳光充裕的地方一般优先考虑单轴跟踪。光充裕的地方一般优先考虑单轴跟踪。新能源及分布式发电技术太阳能太阳能热发电系统具有规模大、寿命长、热发电系统具有规模大、寿命长、成本低等成本低等特点，非常特点，非常适合商业并网发电。适合商业并网发电。光电跟踪光电跟踪视日运动轨迹跟踪视日运动轨迹跟踪优点优点灵敏度高，结构设计较为方便程序驱动执行机构跟踪太阳，精确度高缺
19、点缺点受到天气的影响很大有累积误差新能源及分布式发电技术美国南加州先后建成9座槽式太阳能热发电站(1985-1991)LUZ公司对系统组件不断改进世界上目前最大的太阳能槽式热发电厂Andasol1号竣工(2009年)Andasol2、 Andasol3相继建成2022-6-2新能源及分布式发电技术美国鲁兹美国鲁兹(LUZ)公司公司是槽式太阳能热发电技术是槽式太阳能热发电技术应用的应用的先行者，先行者，1985-1991年年间，公司间，公司在美国在美国南加州先后建成南加州先后建成9座槽式太阳能热座槽式太阳能热发电站，总发电站，总装机容量装机容量353.8MW，是，是世界上规模最大、成效世界上规模
20、最大、成效最高的最高的太阳能热太阳能热发电工程发电工程。LUZ公司在已经建成公司在已经建成9座槽式太阳能热发电站的座槽式太阳能热发电站的基础上，对系统中的组件不断进行技术改进，基础上，对系统中的组件不断进行技术改进，在欧洲的西班牙热发电研发中心在欧洲的西班牙热发电研发中心PSA进行试验，进行试验，系统采用更先进的聚光器，结构形式由轴式单系统采用更先进的聚光器，结构形式由轴式单元发展为衍架式单元元发展为衍架式单元(Eurotrough)。衍架式单元(Eurotrough)型聚光器新能源及分布式发电技术系统还采用高性能的高温真空管接收器。系统还采用高性能的高温真空管接收器。德国德国Schott公司
21、对高温真空管作了改进公司对高温真空管作了改进:为防止两端温度过高影响封接质量，在局部增加为防止两端温度过高影响封接质量，在局部增加了太阳辐射反射圈；了太阳辐射反射圈；减少遮光面积使真空管有效利用长度大于减少遮光面积使真空管有效利用长度大于96%；调整相关玻璃材料配方使可伐与玻璃管封接得更调整相关玻璃材料配方使可伐与玻璃管封接得更好。好。此次试验还采用此次试验还采用DSG技术，即直接用水作为技术，即直接用水作为介质的新型槽式发电技术。利用这一技术介质的新型槽式发电技术。利用这一技术可以取代大量的换热器，进而实现简化系可以取代大量的换热器，进而实现简化系统、提高效率、降低成本的目的。统、提高效率、
22、降低成本的目的。新能源及分布式发电技术座落在美国加州南部的太阳能热电厂座落在美国加州南部的太阳能热电厂(SolarEnergyGeneratingSystems，SEGS)自自1990年建成后就一直独占太阳能热电厂的年建成后就一直独占太阳能热电厂的榜首，榜首，SEGS由分布在么哈维沙漠由分布在么哈维沙漠(MojaveDesert)里相互独立的里相互独立的9个子电厂组个子电厂组成，总装机容量为成，总装机容量为354兆瓦。该电厂从设计、兆瓦。该电厂从设计、施工到运营皆由施工到运营皆由Luz跨国公司一手完成跨国公司一手完成.新能源及分布式发电技术 Andasol1号的年发电量可达到175千兆瓦时每年
23、减少15万吨二氧化碳的排放。 太阳能可以把盐加热到摄氏390度。电站可以凭着储存热量在太阳下山之后继续提供7.5小时的满负荷电力(50兆瓦)。 该公司还在Andasol1号附近建设了Andasol2号太阳能槽式热发电厂。 2011年西班牙北部建设了Andasol3号。新能源及分布式发电技术 2009年7月1日，世界上目前最大的太阳能槽式热发电厂Andasol1号在西班牙的安达卢西亚格拉纳达省正式竣工。 德国航空航天中心的科研人员参与了关键技术的大量开发工作，并通过卫星数据选择了合适地点、辅助了抛物线集热槽精确施工。新能源及分布式发电技术图图2.52.5拉德赫萨太阳能电场拉德赫萨太阳能电场 拉德
24、赫萨太阳能电场位于西班牙巴达霍斯，采用槽型抛物面太阳能发电技术，同时也使用熔盐存储热量。 拉德赫萨太阳能电场由RenovablesSAMCA公司建造和运营，占地494英亩(约合2000亩)，每年的发电量估计在170千兆瓦时左右。新能源及分布式发电技术2011年年10月月12日日，我国，我国哈纳斯新能源集团哈纳斯新能源集团在宁夏盐池举行在宁夏盐池举行“哈纳斯高沙窝槽式哈纳斯高沙窝槽式太阳能太阳能-燃气联合循环燃气联合循环(ISCC)发电站发电站”开工仪式。开工仪式。该项目是中国乃至亚洲首个槽式太阳能该项目是中国乃至亚洲首个槽式太阳能-燃燃气联合气联合循环循环(ISCC)发电站发电站示范示范工程工
25、程，规划容规划容量量92.5MW，投资总额为投资总额为22.5亿元亿元，于于2013年年10月建成投产。月建成投产。新能源及分布式发电技术塔式太阳能热发电系统 塔式塔式太阳能热发电系统是一种中央式聚光太阳能热发电系统是一种中央式聚光的太阳能热发电的太阳能热发电系统，主要系统，主要由布置在太阳由布置在太阳能场上的定日镜阵列、中心接受器、控制能场上的定日镜阵列、中心接受器、控制中心和发电系统组成中心和发电系统组成。 系统系统由定日镜阵列将入射太阳光反射和会由定日镜阵列将入射太阳光反射和会聚于设置在高塔上的中心接受器的吸收聚于设置在高塔上的中心接受器的吸收表表面，产生面，产生高温高压蒸汽或高温高压蒸
26、汽或气体气体(5507000C)，驱动驱动发电系统发电。发电系统发电。新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术聚光子系统包括定日镜群和跟踪装置。聚光子系统包括定日镜群和跟踪装置。技术及投资关键是定日镜阵列。技术及投资关键是定日镜阵列。定日镜：塔式定日镜：塔式系统中投资最大的系统中投资最大的部件，成部件，成本本占总投入的一半以上。占总投入的一半以上。国际上在其光学性能、结构、控制方式及国际上在其光学性能、结构、控制方式及制造成本等方面不断制造成本等方面不断投入力量投入力量进行研究。进行研究。新能源及分布式发电技术两种类型定日镜结构200m定日镜设计概念图新能源及分布式发
27、电技术集热子系统：包括定日镜场中间或南方的集热子系统：包括定日镜场中间或南方的竖塔和竖塔顶部的接收器。竖塔和竖塔顶部的接收器。核心核心部件：接收器，功能是将太阳能转化部件：接收器，功能是将太阳能转化为工作流体的热能。接受器吸收聚集的辐为工作流体的热能。接受器吸收聚集的辐射流，将其转换为热能并传递给工质；接射流，将其转换为热能并传递给工质；接受器的制造材料要求很高，应能承受高温受器的制造材料要求很高，应能承受高温及长期周期性的温度剧变。及长期周期性的温度剧变。新能源及分布式发电技术接收器的设计主要取决于流体工作的温度接收器的设计主要取决于流体工作的温度和压力范围、辐射通量。目前接收器主要和压力范
28、围、辐射通量。目前接收器主要有外露式和空腔式两种类型。有外露式和空腔式两种类型。为了保持整个系统相对持续的运行，需设为了保持整个系统相对持续的运行，需设置一定容量的贮能系统，一般采用共熔混置一定容量的贮能系统，一般采用共熔混合物为贮热介质。合物为贮热介质。新能源及分布式发电技术1950年原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型试验装置1950年西西里岛联合建造了世界首座并网运行的塔式太阳能热电站1980年美国在加利福尼亚州南部Barstow沙漠地区附近兴建了一座大型塔式太阳能热电站Solarone新能源及分布式发电技术20世纪90年代后期，以色列魏兹曼科学研究院对塔式系统进行了改进19
29、96年，美国在Solarone原址建造了10MW的塔式太阳能热发电系统SolarTwoSolarTwo采用硝酸盐作采用硝酸盐作为蓄热介质，接收器内为蓄热介质，接收器内的硝酸盐被加热到的硝酸盐被加热到565用来直接生产蒸用来直接生产蒸汽或储存在绝热的储槽汽或储存在绝热的储槽内，供多云时段或日落内，供多云时段或日落后使用。后使用。该研究院该研究院设计通过设计通过接收器的空气接收器的空气被加热到被加热到1200，推动燃气轮机，推动燃气轮机发电机组，燃气轮机排放的发电机组，燃气轮机排放的500左右气体再用于推动另一左右气体再用于推动另一台发电机组，从而使系统的总发台发电机组，从而使系统的总发电效率达到
30、电效率达到25%-28%。新能源及分布式发电技术2012年8月北京延庆成功建设亚洲首座塔式太阳能热发电实验电站八达岭太阳能热发电实验电站2005年10月底国内首座“70kw塔式太阳能热发电系统于在南京市江宁太阳能试验场顺利建成该发电系统运行该发电系统运行稳定性、操控机稳定性、操控机动性、安全可靠动性、安全可靠性等方面均达到性等方面均达到研发建设目标。研发建设目标。实验基地占地实验基地占地208亩亩，定日镜定日镜把太阳光反把太阳光反射到百米太阳塔顶吸热器射到百米太阳塔顶吸热器，传热传热介质自介质自塔底向上流过吸热器将热量带走塔底向上流过吸热器将热量带走，产生产生500以上的蒸汽推动蒸汽轮机发电以
31、上的蒸汽推动蒸汽轮机发电，塔塔底的储热系统用来存储多余的热量底的储热系统用来存储多余的热量。新能源及分布式发电技术电站名称电站名称SOLARONESEGSVI电站类型塔式槽式所在地美国加州美国加州额定功率/MW1030年运行小时数/h27003019年净发电量/106kWh2790.6新能源及分布式发电技术聚光方式聚光方式平面反射镜平面反射镜圆柱抛物面反射镜圆柱抛物面反射镜反射镜总面积/m272540188000反射镜镜数/面1818960000汽轮机蒸汽入口参数/.bar-1510/104371/100总投资/亿美元1.41.16投资比/美元.Kw-1140003870使用寿命/年3030新
32、能源及分布式发电技术发电系统定日镜装置高温接收器装置燃气机发电机组水冷却系统天然气供气系统控制系统新能源及分布式发电技术塔高塔高33米，额定功率米，额定功率70kw，效率，效率=20%；采用采用32面面20m2定日镜，双轴跟踪误差定日镜，双轴跟踪误差=85%；接收器为以空气为介质的空腔式结构，工接收器为以空气为介质的空腔式结构，工作温度作温度=900。新能源及分布式发电技术碟式太阳能热发电系统实拍图利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在焦点上，接收器收集较高温度的热能，在焦点上，接收器收集较高温度的热能，加热工质，驱动发电机组发电；加热工质，驱动发电机组发电
33、；或在焦点处直接放置太阳能斯特林或在焦点处直接放置太阳能斯特林(stiring)发电装置发电。目前该系统太阳能转化电发电装置发电。目前该系统太阳能转化电能效率达到了能效率达到了30%。新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术新能源及分布式发电技术20世纪70年代末到80年代初由瑞典的USAB及美国的多家机构发起研究德国、韩国等国家的科研部门相继展开碟式太阳能热发电的研制开发，并完成样机测试1982年美国加州建造了碟式斯特林太阳能热发电实验2004年，美国SES公司在Sandia国家实验室建造了5套25kw碟式斯特林系统2022-6-2光电转换效率最光电转换效率最高达高达29.4%，吸吸热器
34、的效率为热器的效率为65%-90%。装置由装置由320个小镜面组成，个小镜面组成，镜面总面积镜面总面积89m2，工作温，工作温度达度达1090，光电转换效，光电转换效率率29%，最大功率最大功率24.6kw新能源及分布式发电技术2009 年 ， 西班牙建成一座71MW 的碟式太阳能发电厂2007- 2008 年，3kW 太阳能斯特林发电样机和第一个碟式发电系统相继研制成功2009年12月，SES在美国亚利桑那州的Peoria建成容量为1.5MW的Maricopa碟式太阳能电厂2005年8月，SES公司建造了由40套25kw组成的1Mw碟式系统，以便为850Mw电站建设积累经验2022-6-2在
35、山帝亚国家实验在山帝亚国家实验室接受测试，产生室接受测试，产生了电压了电压 240V、频率、频率 50-60Hz 具有电网具有电网质量的交流电质量的交流电Maricopa电厂已电厂已达达到甚至超过预期目到甚至超过预期目标，并能在标，并能在75km/h的大风下正常的大风下正常运行运行新能源及分布式发电技术1994年澳大利亚建造了一套旋转抛物反光镜面积达引400m2的50kw碟式系统“十五”期间，我国中科院电工研究所与皇明太阳能集团联合研制了3种直径5m的太阳能聚光镜和一个1kW碟式斯特林发电系统2010年，中科院理化技术研究所研制了1kW碟式太阳能行波热声发电系统2012年7月底，大连宏海新能源
36、发展有限公司与瑞典Cleanergy公司合作完成100kw碟式太阳能光热示范电厂在内蒙古鄂尔多斯成功安装2022-6-2电厂共由电厂共由10台台10kw碟式太阳能斯特林碟式太阳能斯特林光热发电系统组成，光热发电系统组成，总容量为总容量为100kw上海齐耀动力技术有限公上海齐耀动力技术有限公司研制的司研制的50kW燃气式斯特燃气式斯特林发电机林发电机；西安航空动力；西安航空动力公司完成公司完成25kW太阳能斯特太阳能斯特林发电样机林发电样机新能源及分布式发电技术 以下几点是碟式太阳能发电发展需要考虑的： 1、扩大生产规模。与塔式、槽式太阳能热发电系统相比，碟式系统可通过标准化规模化生产大大降低成
37、本。 2、在接收器上采用热管技术。新能源及分布式发电技术 接收器是太阳能热发电的核心，目前国际上多采用空腔式接收器，光热转换率达90%以上。 在太阳能热发电中利用热管的高效传热性能、优良的均温性能，可以解决高温太阳能接收器的热点问题，提高接收器和发电系统的效率和安全性能。新能源及分布式发电技术 采用热管技术，使碟式斯特林发电系统接收器集吸热、蓄热、发电三位一体，提高了系统效率，降低了系统成本。 热管技术的应用拓展了热管技术的应用领域、决了太阳能高温热发电中的难题。 目前，太阳能热发电技术得到了较大发展，在去几十年中世界各地兴建了许多这种类型的实验与示范电站，表2.3给出了三种太阳能热电站的发展
38、状态以及优缺点。新能源及分布式发电技术表2.3三种太阳能热电站的比较塔式塔式槽式槽式碟式碟式发展状态提供高温过程热，联网发电运行。处于实验示范阶段，最大容量为10MW中温热，联网发电运行。商业化阶段，最大容量为80MW，总容量为354MW。提供高温过程热，分散独立运行。处于实验示范阶段，独立系统容量小于50kW优点从长远来看前景很好，效率高。可以通过蓄热或互补降低成本。具有商业化运行的经验，互补方式已得到验证。高的转化效率，可以模块化或者复合运行。缺点聚光场与吸热场优化配合问题还需要研究。真空管的寿命还没有得到大规模的验证。定日镜更换成本高。没有商业化的与碟式聚光器配合的Stirling机。新
39、能源及分布式发电技术 太阳能发电有热发电和光伏发电两种。 光伏发电：将太阳光辐射能通过光伏效应直接转换为电能。 1839年，法国科学家贝克勒尔(A.E.Becqurel)首先发现了“光生伏打效应”。 第一个实用单晶硅光伏电池(SolarCell)直到一个多世纪后的1954年才在美国贝尔实验室研制成功。新能源及分布式发电技术 太阳能光伏发电产业是全球发展最快的新兴产业之一，最近10年，太阳能电池产量年平均增长率为37%，最近五年的年平均增长率为45%。 按世界各主要国家可再生能源发展计划推算，2010年-2040年，光伏产业的复合增长率将高达25%，可预见的高速增长将持续40年以上。新能源及分布
40、式发电技术 70年代出现第一批商用光伏发电产品。 美国在1998年启动“百万光伏屋顶计划” 。 同时期，日本每年投资110亿日元于光伏发电。 德国已实施“10万光伏屋顶计划” 。 荷兰则建立1MW光伏发电系统。 欧盟计划实施“百万光伏屋顶”项目，一半建在欧州。 国际提出“百万kW光伏发电系统规划”。新能源及分布式发电技术 光伏发电增长最快的三个国家德国、日本和美国，增长率依次为30%、29%和21%。 日本人均占有额5W高于德国人均3.4W。2004年，德国建设5MW光伏发电，可为1800户供电。 美国计划在2020年以前安装3GW光伏发电容量(增加15%)累计达15GW。届时全世界光伏发电总
41、装机容量将为70GW。新能源及分布式发电技术 我国1990年以前光伏电池的生产能力还只有4.5MW/年。2004年达100MW，实际产量为42MW。 受国际市场的拉动，我国近几年光伏产业发展迅速，出现了一批新兴的光伏产业群体，无锡尚德已成跻身世界排名前十位的光伏公司。 1995年，25kW离网式光伏电站在我国西藏双湖县建成。新能源及分布式发电技术 1995年在山东一个海岛上建成30kW混合式光伏与风力发电系统，年发电量约56MW。 2004年，我国深圳园林花卉博览园建成1MW并网光伏电站。 全国光伏发电装机容量累计为65MW。预计我国15年内光伏发电装机容量的发展为： 2004年：65MW；
42、2010年：500MW； 2020年：1000MW。新能源及分布式发电技术 1839年，法国科学家贝克勒尔意外地发现光年，法国科学家贝克勒尔意外地发现光生伏打效应。生伏打效应。 1954年第一个实用单晶硅光伏年第一个实用单晶硅光伏电池直到电池直到一个一个多世纪后的才在美国贝尔实验室研制成多世纪后的才在美国贝尔实验室研制成。 20世纪世纪70年代中后期年代中后期开始，光开始，光伏电池技术不伏电池技术不断断完善，成本完善，成本不断不断降低，带动降低，带动了光伏产业的了光伏产业的蓬勃发展蓬勃发展。 太阳能电池是太阳能光电转换的最核心的器太阳能电池是太阳能光电转换的最核心的器件。目前占生产、市场和应用
43、主导地位的是件。目前占生产、市场和应用主导地位的是晶体硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池。新能源及分布式发电技术1 1. .硅的晶体结构硅的晶体结构 硅是最常见和应用最广的半导体材料，硅的原子硅是最常见和应用最广的半导体材料，硅的原子序数为序数为1414，它的原子核外有，它的原子核外有1414个电子，这些电子围绕个电子，这些电子围绕着原子核做层状的轨道分布运动，第一层着原子核做层状的轨道分布运动，第一层2 2个电子，个电子，第二层第二层8 8个电子，还剩个电子，还剩4 4个电子排在最外层，称为价电个电子排在最外层，称为价电子。子。 硅原子结构 硅晶体和所有的晶体都一样是由原子硅晶体和所有的晶体都一
44、样是由原子( (或离子、或离子、分子分子) )在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列叫做晶体的晶格。一块晶体如果从头有规则的排列叫做晶体的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一个方向重复排列，即长程有序，就称其到尾都按一个方向重复排列，即长程有序，就称其为单晶体。为单晶体。硅的晶体结构2.能级和能带能级和能带 上图所示为单原子的电子能级及其对应的能带，字母E 表示能量，脚标表示电子轨道层数，括号中的数字表示该轨道上的电子数。每层电子轨道都有一个对应的能级能级。由很多条能量相差很小的电子能级形成一个能带。新能源及分布式发电技术3 3. .禁带、价带
45、和导带禁带、价带和导带 根据量子理论，晶体中的电子不存在两个能带中间的能量状态，即电子只能在各能带内运动，在能带之间的区域没有电子态，这个区域叫做“禁带禁带”。 全被电子填满的能带称为“满带”，最高的满带容纳价电子，称为“价带价带”。 有的能带只有部分能级上有电子，一部分能级是空的。这种部分填充的能带，在外电场的作用下，可以产生电流。而没有被电子填满、处于最高满带上的一个能带称为“导带导带”。 金属（a）、半导体（b）、绝缘体（c）的能带如上图所示。价电子要从价带越过禁带跳跃到导带里去参与导电运动，必须从外界获得大于或等于Eg 的附加能量，Eg称为“禁带宽度禁带宽度”或“带隙带隙”。金属、半导
46、体、绝缘体的能带(a)金属；(b)半导体；(c)绝缘体新能源及分布式发电技术4. 4. 电子和空穴电子和空穴具有一个断键的硅晶体 晶格完整且不含杂质的半导体称为本征半导体。 半导体在热力学零度时,电子填满价带,导带是空的。此时的半导体和绝缘体的情况相同,不能导电。当温度高于热力学零度时,电子如果从价带跃迁到导带后,在价带中留下一个空位,称为空穴空穴。具有一个断键的硅晶体如图所示。 半导体的本征导电能力很小,它是由电子和空穴传导电流,而在金属中仅有自由电子传导电流。新能源及分布式发电技术5 5. .掺杂半导体掺杂半导体 例如,在纯净的硅中掺入少量的五价元素磷,这些磷原子在晶格中取代硅原子,并用它
47、的四个价电子与相邻的硅原子进行共价结合。 在掺有五价元素(即施主型杂质)的半导体中,电子的数目远远大于空穴的数目,这样的半导体叫做电子型或n型半导体。 在含有三价元素(即受主型杂质)的半导体中,空穴的数目远远超过电子的数目,这样的半导体叫做空穴型或p型半导体。 单位体积(1cm3)中电子或空穴的数目叫做“载流子浓度”,它决定着半导体电导率的大小。 n n型型半导体中,电子是“多子”,空穴是“少子”;p p型型半导体中则相反,空穴是“多子”,电子是“少子”。n型和p型硅晶体结构新能源及分布式发电技术6 6. .载流子的产生与复合载流子的产生与复合 载流子产生：由于晶格的热振动,电子不断从价带被“
48、激发”到导带,形成一对电子和空穴(即电子-空穴对)。 载流子复合：不存在电场时,由于电子和空穴在晶格中的运动是无规则的,在运动中,电子和空穴常常碰在一起,即电子跳到空穴的位置上,把空穴填补掉,这时电子-空穴对就随之消失。7 7. .载流子的输运载流子的输运 半导体中载流子在外加电场的作用下,按照一定方向的运动称为漂移运动。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 新能源及分布式发电技术 一般太阳能电池最常用的半导体材料的带隙在1-2eV之间，而在1.4eV左右可获得最高的光电转化效率。 半导体材料分为：直接带隙半导体材料：光吸收系数大(吸收
49、同样多的太阳光，半导体材料的厚度较小)。间接带隙的半导体材料：光吸收系数小，厚度要求比直接带隙要厚的多。 晶体硅材料是间接带隙材料，带隙的宽度(1.12eV)与1.4eV有较大的差值。 新能源及分布式发电技术 太阳能电池的原理是基于半导体的光生伏特效应，将太阳光辐射直接转换为电能。 当p型硅和n型硅相接，将在晶体中p型和n型硅之间形成界面，即pn结。附近电子和空穴的相互扩散，从而在结区形成一个由n区指向p区的内建电场。 新能源及分布式发电技术6 6. .载流子的产生与复合载流子的产生与复合 载流子产生：由于晶格的热振动,电子不断从价带被“激发”到导带,形成一对电子和空穴(即电子-空穴对)。 载
50、流子复合：不存在电场时,由于电子和空穴在晶格中的运动是无规则的,在运动中,电子和空穴常常碰在一起,即电子跳到空穴的位置上,把空穴填补掉,这时电子-空穴对就随之消失。7 7. .载流子的输运载流子的输运 半导体中载流子在外加电场的作用下,按照一定方向的运动称为漂移运动。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 8.太阳能电池原理太阳能电池原理(1) p-n结工作原理结工作原理 如图(a)所示,在交界处n区中电子浓度高,要向p区扩散,在n区一侧就形成一个正电荷的区域;同样,p区中空穴浓度高,要向n区扩散,p区一侧就形成一个负电荷的区域。这个n区
