太阳能热发电系统-2012

太阳能热发电系统

思考题 1.简述太阳能气流发电的工作原理. 2.常规的火力发电的工作过程. 3.火力发电为何要用过热蒸汽? 4.常规的火力发电要解决的主要问题是什么? 5.你认为太阳能热发电的难点是什么? 6.太阳能气流发电与太阳能热发电相比,各有 何优缺点?

目前可见到的发电类型 火力发电(煤发电、油发电)最常见的，应用最广泛的，耗能最多的型式

水力发电 三峡、丰满电站 (纪念邮票)要有自然资源、地域优势，人工建站，百年大计

三峡几十年筹划，高峡出平湖，百万移民，鱼鸟迁 居，同时解决发电、航运、灌溉三大问题

核电站(秦山、大亚湾) 太阳能发电(光-热发电、光-伏发电) 潮汐能发电(要有自然资源、地域优势) 风力发电

太阳能热发电系统通过水或其他工质和装置将太阳辐射能 转换为电能的发电方式，称为太阳能发电。 太阳能发电目前主要有两种基本途径： 一种是先将太阳辐射能转换为热能，然后再 按照某种发电方式将热能转换为电能，即太 阳能热发电； 另一种是通过光电器件直接将太阳辐 射能转换为电能，即太阳能光伏效应发电。 这里先介绍一种少见的太阳能气流发电

太阳能气流发电1978年，前联邦德国史兰赫博士的一个奇 妙构思，在德国政府支持下，一个新奇的电站 建成了，并获得试验成功。它为人类利用大阳 能发电开辟了一条新的途径。史兰赫独辟蹊径 的设计思想受到了人们的高度赞扬，在当代科 学界传为美谈。 太阳能气流电站的中央，竖立着一个大 “烟囱”。它是用波纹薄钢板卷制而成，其直 径达10.3米，高200米，重约20万千克。在 “烟囱”的周围，是巨大的环形曲面半透明塑 料大棚。

太阳能气流发电大棚的中央部分高8米，边缘高2米，周长252米。 这个庞然大物是在金属骨架上装半透明塑料板制成 的。在“烟囱’’底部安装有气轮发电机。 当大棚内的空气经太阳曝晒以后，其温度比棚外 空气约高20℃。由于空气具有热升冷降的特点，再 加上大“烟囱”向外排风的作用，就使热空气通过 “烟囱”快速地排出，因而底部进风口抽力很大， 流速很快，从而使设在“烟囱”底部的气轮发电机 发电。 这座电站，白天可发电10万千瓦，夜间虽没阳 光，但棚内空气温度高，仍可发电40千瓦。它的发 电成本与核电站相近，相当低廉。

太阳能气流发电气流电站的试验成功，鼓舞了史兰赫，并 积累了经验。于是，他又提出了建造大规 模太阳能气流电站的计划。 这个未来的气流电站，将要建在阳光充足、 地面开阔的沙漠地区。它的发电能力预计 为100

万千瓦，“烟囱”高1000米以上，塑 料大棚的直径则达10千米，并且使用寿命 长达20年。太阳光透过半透明的塑料大棚， 将其中的空气加热到20—50 ℃,使热空气 以每秒20—60米的速度从“烟囱”排出。

太阳能气流发电更为可贵的是，塑料大棚也可以利用起来作 暖房，种植蔬菜和栽培早熟的农作物。 史兰赫将太阳能气流电站的设想变成现实， 标志着人类利用太阳能的技术得到进一步的提 高，并为利用和改造沙漠创造了良好的条件。 但沙漠地域建高塔有较大难度，如地基问题。

澳大利亚太阳能发电塔澳大利亚计划建造一座高1 000 m的太阳能发电高 塔，2005年交付使用。 该塔的主体部分是一个高达1 000 m的管道，底 部塔身宽1 30 m,塔身周围是7X106平方米的温室， 该发电塔的工作原理是：地面空气受到太阳光的照 射变热后，被吸入塔管内，热空气沿着管道上升， 带动管道内的涡轮发电机发电。 这座发电塔计划建在澳大利亚新威尔十州和维多利 亚州交界处，建成后可以解决20万户居民的用电问 题。澳大利亚工业部为此项目投资3.8亿美元。

本章将对太阳能热发电系统的工作原理、 系统组成、基本类型及发展现状与未来展望 等内容加以介绍。 太阳能热发电技术可分为两大类型：一 类是利用太阳能直接发电，如利用半导体材 料或金属材料的温差发电，真空器件中的热 电子和热离子发电，碱金属的热电转换，以 及磁流体发电等。其特点是发电装置本体无 活动部件。 但它们目前的功率均很小，有的仍处于原 理性试验阶段，刚进入商业化应用，我们下 一节介绍。

另一类是太阳能热动力发电，利用太 阳集热器将太阳能收集起来，加热水或其 他工质，使之产生蒸气，驱动热力发动机， 再带动发电机发电；也就是说，先把热能 转换成机械能，然后再把机械能转换为电 能。 这种类型已达到实际应用的水平，美 国等国家已建成具有一定规模的实用电站， 下面的介绍即为这种类型的太阳能热发电 系统。

5.1 太阳能热发电系统工作原理太阳能热发电系统与火力发电系统 的工作原理基本上是相同的，其根本区 别在于热源不同，前者以太阳能为热源， 后者则以煤炭、石油和天然气等化石燃 料为热源。因此，下面首先对火力发电 系统工作原理加以简介，然后介绍太阳 能热发电系统工作原理。 .

5.1.1 火力发电系统工作原理所谓火力发电，就是将从煤炭、石油和天 然气等燃料所得到的热能变换成机械能，再 带动发电机转动产生电能的发电方式。火力 发电有汽轮机发电、内燃机发电和燃气轮发 电等方式。通常所说的火力发电，主要是指 汽轮

机发电，也就是利用燃料在锅炉中燃烧 得到的热能将水加热成为蒸汽，蒸汽冲动汽 轮机，汽轮机带动发电机发出电。火力发电 系统由锅炉、汽轮机、发电机等主要设备和 许多附属设备组成，如图10-1所示。

(1)蒸汽的能量在一定压力下将水加热至沸腾，只要有一部分 水还未蒸发成蒸汽，水和蒸汽就都保持一定的温度 不变，直到全部水都蒸发为水蒸气。这时的温度称 为饱和温度，压力称为饱和压力，饱和温度下的蒸 汽称为饱和蒸汽。 混合着一些水分的饱和蒸汽称为湿饱和蒸汽， 不含水分的饱和蒸汽称为干饱和蒸汽。保持压力不 变，继续加热饱和蒸汽，当温度超过饱和温度后， 就成了 过热蒸汽。 在热能发电过程中，是将煤粉末燃烧产生的热 量被水吸收，成为水或蒸汽的热能。在热力学中， 以焓来表征蒸汽或水持有的热能，以O℃时1kg水所 持有的热量作为比较的基准，单位为kJ/kg。

显然，一定容积的蒸汽随着温度的增加， 对其容器的膨胀压力会愈来愈大。根据 热力学定律，热能与机械能可互相转换， 设两者的交换值为Q(J),则 Q=AU+W 式中，W为膨胀功率；AU为蒸汽内 能的变化量。火力发电中利用蒸汽来交 换电能正是高温高压蒸汽所产生的W。