太阳能发电厂。方案、说明

太阳能发电厂。无线电电子电气工程百科全书

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一周内到达地球表面的太阳能总量超过了世界上所有石油、天然气、煤炭和铀储量的能量。太阳能热能以多种方式储存。现代技术包括抛物面聚光器、太阳能抛物面镜和太阳能发电塔。它们可以与化石燃料燃烧装置结合使用，在某些情况下还可以用于储热。这种混合和储热的主要优点是这种技术可以提供电力生产的调度（即，可以在需要的时候进行发电）。混合动力和储热可以增加发电的经济价值并降低其平均成本。

太阳能抛物面聚光器

太阳能发电厂

这些装置使用抛物面镜（托盘）将阳光集中在含有传热流体的接收管上。这种液体被加热到近 400°C 并泵送通过一系列热交换器；这会产生过热蒸汽，驱动传统的涡轮发电机发电。为了减少热损失，接收管可以被沿圆柱体焦线放置的透明玻璃管包围。通常，此类装置包括单轴或双轴太阳能跟踪系统。在极少数情况下，它们是静止的。

Luz International 于 80 世纪 1984 年代在南加州沙漠建成，其中九个系统构成了当今世界上最大的太阳能热电厂。这些发电厂向南加州公共电网供电。早在 13,8 年，Luz International 在南加州德吉特安装了 343 兆瓦太阳能发电系统 I（或 SEGS I）。在接收管中，油被加热到6°C的温度并产生蒸汽来发电。 “SEGS I”设计可提供 30 小时的热量存储。它使用天然气烤箱，在没有太阳辐射的情况下使用。该公司建造了类似的发电厂“SEGS II - VII”，容量为 1990 MW。 80年，“SEGS VIII和IX”在哈珀湖建成，每台容量为XNUMX兆瓦。

太阳能发电厂

对该技术的估计表明，它比塔式和碟式太阳能发电厂更昂贵（见下文），主要是由于太阳辐射的集中度较低，因此温度较低，因此效率较低。然而，随着更多的操作经验、改进的技术和降低的操作成本，抛物线聚光器可能是近期最便宜和最可靠的技术。

太阳能板式

太阳能发电厂

这种类型的太阳能发电厂是一堆抛物面镜（形状类似于卫星天线），将太阳能聚焦到位于每个天线焦点的接收器上。接收器中的液体被加热到 1000 度，直接用于在连接到接收器的小型发动机和发电机中发电。

斯特林和布雷顿发动机目前正在开发中。美国有几个 7 kW 到 25 kW 的试点系统正在运行。高光学效率和低初始成本使反射镜/电机系统成为所有太阳能技术中效率最高的。斯特林发动机和抛物面镜系统保持着最有效地将太阳能转化为电能的世界纪录。 1984 年，加利福尼亚的 Rancho Mirage 实现了 29% 的实际效率。

太阳能发电厂

此外，由于采用模块化设计，这些系统代表了满足连接到公用电网的独立消费者（千瓦级）和混合动力（兆瓦级）电力需求的最佳选择。

该技术已在多个项目中成功实施。其中之一是美国乔治亚州的 STEP（太阳能总能源项目）项目。这是一个在 1982-1989 年工作的大型抛物面镜系统。在雪兰多。它由 114 面镜子组成，每面直径 7 米。该系统为同一针织厂生产用于发电的高压蒸汽、用于针织行业的中压蒸汽和用于空调系统的低压蒸汽。

其他公司也对共享抛物面镜和斯特林发动机感兴趣。例如，斯特林技术公司、斯特林热电机公司和底特律柴油机公司与科学应用国际公司一起组建了一家价值36万美元的合资企业，开发基于斯特林发动机的25千瓦系统。

带有中央接收器的太阳能塔

太阳能发电厂

这些系统使用定日镜反射器的旋转场。他们将阳光聚焦到塔顶的中央接收器上，该接收器吸收热能并驱动涡轮发电机。计算机控制的双轴跟踪系统对定日镜进行定位，使反射的太阳光线保持静止并始终落在接收器上。在接收器中循环的液体以蒸汽的形式将热量传递到蓄热器。蒸汽驱动涡轮机发电或直接用于工业过程。接收器温度范围为 538 至 1482°C。

第一个塔式发电厂位于南加州巴斯托附近，名为“太阳能一号”，成功演示了该技术在发电中的应用。该公司于 1980 世纪 10 年代中期运营。它使用容量为1992兆瓦的水-蒸汽系统。 65 年，美国能源公司组成的财团决定升级 Solar One，以展示熔盐接收器和蓄热系统。得益于热存储，塔式发电厂已成为一种独特的太阳能技术，允许以高达 288% 的负载率进行电力调度。在这样的系统中，熔盐从 565°C 的“冷”罐中泵出，并通过接收器，在接收器中加热到 3°C，然后返回“热”罐。现在热盐可以根据需要用来发电。在此类装置的现代模型中，热量可储存 13 至 XNUMX 小时。

太阳能发电厂

Solar Two 是位于加利福尼亚州的一座 10 兆瓦发电塔，是大型工业发电厂的原型。 1996年3月首次供电，标志着熔盐技术为期550年的测试、评估和试点发电示范期的开始。太阳能热量储存在温度为 30°C 的熔盐中，因此该电站可以在任何天气条件下昼夜发电。 “太阳能二号”项目的成功完成将促进此类塔的工业化建设，容量范围为200至XNUMX兆瓦。

规格比较

塔式和抛物柱形聚光器可作为容量为 30-200 MW 的大型并网发电厂的一部分以最佳方式工作，而盘式系统由模块组成，既可以独立安装，也可以组合使用总容量几兆瓦。抛物槽是迄今为止最先进的太阳能技术，很可能在不久的将来得到应用。塔式发电厂由于其高效的储热能力，在不久的将来也可以成为太阳能发电厂。

“托盘”的模块化特性允许它们用于较小的安装。塔和“盘子”可以以比抛物面聚光器更低的成本实现更高的效率值，以将太阳能转化为电能。然而，尚不清楚这些技术是否能够实现所需的资本成本降低。抛物线集中器现在是一项经过验证的技术，正在等待完善的机会。塔式发电厂需要使用廉价的定日镜来证明熔盐技术的效率和运行可靠性。对于提升式系统，有必要制造至少一个商用发动机并开发一种廉价的浓缩器。

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