太阳能热电厂。 太阳能聚光器。 无线电电子电气工程百科全书

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此类发电厂使用透镜和反射镜集中太阳能。 由于这些热量可以被储存，这些电站可以在任何天气条件下，无论白天还是晚上，根据需要发电。

带有点或线焦点的大镜子将太阳光线集中到水变成蒸汽的程度，同时释放足够的能量来转动涡轮机。 卢兹公司在加利福尼亚沙漠中安装了大面积的此类镜子。 他们生产 354 兆瓦的电力。 这些系统可以将太阳能转化为电能，效率约为15%。

除太阳能池外，所有描述的技术都使用聚光器来实现高温，从而将太阳光从较大的表面反射到较小的接收器表面。 通常，这样的系统由集中器、接收器、冷却剂、存储系统和能量传输系统组成。

太阳能热能可以通过多种方式储存。 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。

抛物线（托盘）系统

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。

该技术的估计表明，它比塔式和碟式太阳能发电厂更昂贵，主要是因为太阳辐射集中度较低，因此温度较低，效率也较低。 然而，随着更多的操作经验、改进的技术和降低的运营成本，抛物面聚光器可能是在不久的将来最便宜和最可靠的技术。

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 XNUMX 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 30 MW。 1990年，“SEGS VIII和IX”在哈珀湖建成，每台容量为80兆瓦。 由于诸多立法和政治困难，Luz International 及其附属公司于 25 年 1991 月 240 日申请破产。 现在，“SEGS I - IX”站由其他公司根据与“南加州爱迪生”的旧合同运营。 建设“SEGS X、XI、XII”的计划不得不放弃，这意味着额外损失 XNUMX MW 的计划产能。

太阳能板式

这种类型的太阳能发电厂是一堆抛物面碟形镜子（形状类似于卫星天线），将太阳能聚焦到位于每个碟形天线焦点的接收器上。 接收器中的液体被加热至1000°C，直接用于连接到接收器的小型发动机和发电机发电。

此外，由于采用模块化设计，此类系统是满足连接到公用电网的独立消费者（千瓦范围）和混合动力（兆瓦范围）电力需求的最佳选择。 该技术已在多个项目中成功实施。 其中之一是美国佐治亚州的STEP（太阳能总能源项目）项目。 这是一个大型抛物面镜系统，运行于 1982 年至 1989 年。 在谢南多厄。 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以及用于空调系统的低压蒸汽。 1989年XNUMX月，电力公司因主汽轮机损坏且缺乏修电站资金而关闭了该电站。

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。

桑迪亚国家实验室和康明斯发电公司的合资企业目前正在尝试将 7,5kW 系统商业化。 康明斯希望到 10 年每年销售 000 台。其他公司也有兴趣同时使用抛物面镜和斯特林发动机。 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2004万美元的合资企业，开发基于斯特林发动机的36千瓦系统。

带有中央接收器的太阳能塔

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。 接收器的温度达到 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 MWe 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，熔盐从温度为 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。

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

该表总结了三种太阳能热发电方案的主要特征。 塔式和抛物柱形聚光器最适合作为容量为 30-200 MW 的大型并网发电厂的一部分，而盘式系统由模块组成，既可以独立安装，也可以与总容量达数兆瓦。 槽式抛物面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。

太阳能热电厂的特点

(p) = 预测； (d) = 事实

主要光热技术比较

太阳能热电厂的一些经济和设计问题

热太阳能发电厂的发电成本取决于许多因素。 其中包括资本成本、运营成本和维护成本、系统性能。 但需要注意的是，该技术的成本和最终发电成本会受到与该技术不直接相关的外部因素的显着影响。 例如，抛物面聚光器和小型独立塔可能非常昂贵。 为了降低其成本并使其与现代化石燃料发电厂竞争，有必要逐步增加其容量并建设太阳能中心，其中多个能源设施位于同一地点。 此外，随着这些技术取代传统燃料，税收监管可能对其竞争力产生重大影响。

成本与价值

通过储热和混合，热太阳能发电厂可以成为可持续且灵活的电力来源。 它非常可靠，能够在需要时发电。 因此，受控电力对公用事业公司具有很高的价值，因为它可以抵消建设和运营新发电厂的需求。 这意味着虽然太阳能热电厂的成本可能高于传统电厂，但其价值可能更高。

太阳能发电厂的优势

与燃烧化石燃料的传统发电厂相比，太阳能热发电厂创造的技术高薪就业岗位多出两倍半。 加州能源委员会进行的一项研究表明，即使有现有的税收抵免，太阳能热电厂也必须缴纳比同等容量的联合循环电厂多约 1,7 倍的联邦和地方税。 如果为这些发电厂缴纳相同的税，它们生产的电力成本将大致相同。

潜力

如果地球上仅 1% 的沙漠用于生产清洁的太阳能热电，其发电量将超过当今世界各地燃烧化石燃料产生的发电量。

发现

基于太阳光聚集的太阳能热发电技术正处于不同的发展阶段。 抛物面聚光器如今已在工业规模上使用：在莫哈韦沙漠（加利福尼亚州），安装容量为 354 MW。 太阳能塔正处于示范项目阶段。 一个容量为 10 兆瓦的名为“Solar Two”的试点项目正在巴斯托（美国）进行测试。 盘式系统正处于示范项目阶段。 多个项目正在设计开发中。 一座 25 千瓦的原型站正在戈尔登（美国）运行。 太阳能热电厂具有许多特点，使其成为不断扩大的全球可再生能源市场中非常有吸引力的技术。

在苏联统治下的乌克兰，上世纪80年代，在克里米亚自治共和国列宁斯基区谢尔基诺市附近建造了一座容量为5兆瓦的实验性太阳能发电厂。 在改革时期，当国家对太阳能发电厂的财政支持消失时，太阳能发电厂无法收回自己的运营成本。 太阳能发电厂被停止并被掠夺。 2005年，根据乌克兰燃料和能源部的决定，该太阳能发电厂最终被拆除。

过去几十年来，太阳能热发电厂取得了长足的进步。 持续的开发工作应该使这些系统与化石燃料相比更具竞争力，提高其可靠性，并在面对不断增长的电力需求时提供可靠的替代方案。

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