清洁能源概论3太阳能热利用.pptx

1太阳能的热利用太阳能的热利用Solar Thermal Technology2背景之一背景之一国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中华人民共和国国务院3l十个重点领域十个重点领域第一是第一是能源能源l五大优先主题五大优先主题节能节能;煤煤;油气油气;新能源新能源;电网电网l可再生能源低成本规模化开发利用可再生能源低成本规模化开发利用 l重点研究开发大型风力发电设备；l沿海与陆地风电场和西部风能资源密集区建设技术与装备；l高性价比太阳光伏电池及利用技术；高性价比太阳光伏电池及利用技术；l太阳能热发电技术；太阳能热发电技术；l太阳能建筑一体化技术（光热及光伏）；太阳能建筑一体化技术（光热及光伏）；l生物质能和地热能等开发利用技术。4背景之二背景之二可再生能源中长期发展规划（2007年9月）中华人民共和国国家发展和改革委员会5重点发展领域：重点发展领域：l太阳能太阳能1、太阳能发电太阳能发电 户用光伏发电系统；建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施；较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电电站。2、太阳能热利用太阳能热利用 太阳能一体化建筑；太阳能集中供热水工程；太阳能采暖和制冷示范工程。水电水电、生物质能、生物质能、风电、风电、太阳能、其它可再生能源、太阳能、其它可再生能源6l太阳并不是一个一定温度的黑体，而是许多层不太阳并不是一个一定温度的黑体，而是许多层不同波长发射和吸收的辐射体。但在应用太阳能系同波长发射和吸收的辐射体。但在应用太阳能系统时，通常把它看成是温度为统时，通常把它看成是温度为6000 K6000 K6000 K6000 K的的黑色辐射黑色辐射黑色辐射黑色辐射体体体体。太阳黑体辐射太阳黑体辐射7 Represents the entire electromagnetic radiation(visible light,infrared,ultraviolet,x-rays,and radio waves)8到达地球的太阳辐射能到达地球的太阳辐射能l地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不大，到地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不大，到达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎是一个常量，用达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎是一个常量，用太太太太阳常数阳常数阳常数阳常数来表示。来表示。l太阳常数的数值是指在平均日地距离时，地球大气层上界太阳常数的数值是指在平均日地距离时，地球大气层上界垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接受到的太垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接受到的太阳能。近年来测得的太阳常数值阳能。近年来测得的太阳常数值AM0=1350W/m2，日地日地日地日地距离距离距离距离的变化造成的影响不超过的变化造成的影响不超过3.4%。lAM0，太空常用，太空常用，1350W/m2 lAM1.5，地面常用，地面常用，844W/m2 9 太阳辐射穿过地球大气层时的衰减太阳辐射穿过地球大气层时的衰减l太阳光谱中的太阳光谱中的x x射线射线射线射线及其它波长更短的辐射，因在电离层及其它波长更短的辐射，因在电离层被氮、氧及其它大气分子强烈吸收而不能穿越大气到达被氮、氧及其它大气分子强烈吸收而不能穿越大气到达地表地表l大部分大部分紫外线紫外线紫外线紫外线被臭氧吸收被臭氧吸收l l可见光可见光可见光可见光能量减弱，主要是地球大气强烈散射引起的能量减弱，主要是地球大气强烈散射引起的l l红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱能量减弱，主要是由于水汽对太阳辐射选择性能量减弱，主要是由于水汽对太阳辐射选择性吸收的结果吸收的结果l l波长超过波长超过波长超过波长超过2500 2500 m m的辐射的辐射的辐射的辐射，在大气上界本来就很低，加，在大气上界本来就很低，加上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能到达地面的能量就上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能到达地面的能量就更小更小 因此，到达地面的太阳能，只考虑因此，到达地面的太阳能，只考虑290290 mm25002500 mm的辐的辐射就行了。射就行了。10Resource Characteristics 地面附近太阳辐射光谱图地面附近太阳辐射光谱图11Solar resource 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布 12太阳能热利用的分类太阳能热利用的分类l l高温高温太阳利用系统(350以上)High temperature for electric power generation l l中温中温太阳能利用系统(80350)Heating for industrial processes and“active”building solar heating(human comfort)l l低温低温太阳能利用系统(80以下)Low temperature for water heating and passive building solar heating(human comport)13l太阳能热发电技术l太阳能供暖技术l太阳能热水系统l太阳能制冷技术l其它太阳能的热利用技术太阳能热利用的分类太阳能热利用的分类141 太阳能热发电技术太阳能热发电技术1.1 1.1 太阳能热发电的类型和特点太阳能热发电的类型和特点l l太阳能热动力发电太阳能热动力发电太阳能热动力发电太阳能热动力发电，利用反射镜或集热器将阳光聚集，利用反射镜或集热器将阳光聚集起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推动起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推动涡轮发电机发电；涡轮发电机发电；l利用利用热能直接转换为电能热能直接转换为电能热能直接转换为电能热能直接转换为电能的装置，将聚集的太阳光和的装置，将聚集的太阳光和热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体发热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体发电等。电等。l目前太阳能热发电技术主要为目前太阳能热发电技术主要为热动力发电系统热动力发电系统热动力发电系统热动力发电系统。太阳能热发电系统工作原理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，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。能热发电系统工作原理。火力发电系统工作原理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。通常所说的电等方式。通常所说的火力发电，主要是指火力发电，主要是指汽轮机发电汽轮机发电，也就是利用燃料在锅炉中燃烧，也就是利用燃料在锅炉中燃烧得到的热能将得到的热能将水加热成为蒸汽水加热成为蒸汽，蒸汽冲动，蒸汽冲动汽汽轮机轮机，汽轮机带动发电机发出电汽轮机带动发电机发出电。火力发电。火力发电系统由系统由锅炉、汽轮机、发电机锅炉、汽轮机、发电机等主要设备和等主要设备和许多附属设备组成，如图许多附属设备组成，如图10-110-1所示。所示。(1)(1)蒸汽的能量蒸汽的能量 在一定压力下将水加热至沸腾，只要有一部分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。这时的温度称不变，直到全部水都蒸发为水蒸气。这时的温度称为为饱和温度饱和温度，压力称为，压力称为饱和压力饱和压力，饱和温度下的蒸，饱和温度下的蒸汽称为汽称为饱和蒸汽饱和蒸汽。混合着一些水分的饱和蒸汽称为混合着一些水分的饱和蒸汽称为湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽，不含水分的饱和蒸汽称为不含水分的饱和蒸汽称为干饱和蒸汽干饱和蒸汽。保持压力不。保持压力不变，继续加热饱和蒸汽，变，继续加热饱和蒸汽，当温度超过饱和温度后，当温度超过饱和温度后，就成了就成了 过热蒸汽。过热蒸汽。在热能发电过程中，是将在热能发电过程中，是将煤粉末煤粉末燃烧产生的热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，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，以以焓来表征蒸汽或水持有的热能，以O O时时1kg1kg水所水所持有的热量作为比较的基准，单位为持有的热量作为比较的基准，单位为kJkJkgkg。显然，一定容积的蒸汽随着温度的增加，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，热力学定律，热能与机械能可互相转换，设两者的交换值为设两者的交换值为Q(J)，则，则 QAU+W 式中，式中，W为膨胀功率；为膨胀功率；AU为蒸汽内为蒸汽内能的变化量。火力发电中利用蒸汽来交能的变化量。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换电能正是高温高压蒸汽所产生的W。(2)2)火力发电的原理火力发电的原理 图图10-210-2表示蒸汽做功的过程。燃料燃烧产生的热表示蒸汽做功的过程。燃料燃烧产生的热能将能将锅炉中的水加热产生锅炉中的水加热产生湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽通，湿饱和蒸汽通过过输汽管输汽管时继续加热成为时继续加热成为干饱和蒸汽干饱和蒸汽，再经过过热器，再经过过热器进一步加热成为进一步加热成为过热蒸汽过热蒸汽.高温高压高温高压的的过热蒸汽过热蒸汽通过汽轮机通过汽轮机喷嘴喷嘴后，后，压力和温度降低压力和温度降低，体积膨胀，流速增高，热能，体积膨胀，流速增高，热能转变为动能转变为动能，推动汽轮机转动，由汽轮机带动发电，推动汽轮机转动，由汽轮机带动发电机旋转发电。汽轮机排出的低温低压蒸汽送进凝汽器机旋转发电。汽轮机排出的低温低压蒸汽送进凝汽器凝结成水，再送入锅炉循环使用。凝结成水，再送入锅炉循环使用。火力发电过程中，燃料的热能要经过锅炉、火力发电过程中，燃料的热能要经过锅炉、汽轮机和发电机才能转变为电能，在锅炉和汽轮机等汽轮机和发电机才能转变为电能，在锅炉和汽轮机等处都有能量损失，其处都有能量损失，其热效率只有热效率只有3030-40-40左右左右。(3)3)火力发电过程的热流程火力发电过程的热流程 提高火力发电效率的关键，是提高火力发电效率的关键，是采取措施更加有效地利用热能采取措施更加有效地利用热能。下。下面通过热循环来考察火力发电过程面通过热循环来考察火力发电过程中热能的演变。蒸汽火电厂的热循中热能的演变。蒸汽火电厂的热循环包括朗肯循环、回热循环和再热环包括朗肯循环、回热循环和再热循环。循环。朗肯循环。朗肯循环。是现代蒸汽动力装置的基本热力循是现代蒸汽动力装置的基本热力循环。因系由苏格兰工程学教授朗肯对卡诺循环进行环。因系由苏格兰工程学教授朗肯对卡诺循环进行改进而成，故称之为朗肯循环。如图改进而成，故称之为朗肯循环。如图10103(a)3(a)所示，所示，火电厂的燃料燃烧产生热量，将送进锅炉的水火电厂的燃料燃烧产生热量，将送进锅炉的水(给给水水)加热成为蒸汽。为有效地利用锅炉的燃烧热，加热成为蒸汽。为有效地利用锅炉的燃烧热，锅炉内设有过热器，把蒸汽进一步加热为过热蒸汽。锅炉内设有过热器，把蒸汽进一步加热为过热蒸汽。过热蒸汽进入汽轮机后膨胀做功，将一部分热能转过热蒸汽进入汽轮机后膨胀做功，将一部分热能转换为推动汽轮机旋转的动能，成为低温低压蒸汽从换为推动汽轮机旋转的动能，成为低温低压蒸汽从汽轮机排出汽轮机排出(排汽排汽)进入凝汽器，经冷却后又凝结成进入凝汽器，经冷却后又凝结成水。整个热循环为给水水。整个热循环为给水+蒸汽蒸汽+排汽一凝水一给水。排汽一凝水一给水。图图10103(b)3(b)是表示这一过程的热循环图。是表示这一过程的热循环图。回热循环。回热循环。是现代蒸汽动力装置普遍采用的一种热力循是现代蒸汽动力装置普遍采用的一种热力循环，是在朗肯循环基础上对吸热过程加以改进而环，是在朗肯循环基础上对吸热过程加以改进而成。在朗肯循环中，汽轮机排汽所含的蒸发热在成。在朗肯循环中，汽轮机排汽所含的蒸发热在凝汽器中丢失，这部分热量很大。如图凝汽器中丢失，这部分热量很大。如图10104 4所所示，为提高热效率，在汽轮机内膨胀的过程中抽示，为提高热效率，在汽轮机内膨胀的过程中抽出一部分蒸汽，用来加热锅炉的给水，这个热循出一部分蒸汽，用来加热锅炉的给水，这个热循环就称之为回热循环。它不仅减少了凝水器中丢环就称之为回热循环。它不仅减少了凝水器中丢失的热量，并且还提高了通过汽轮机的过热蒸汽失的热量，并且还提高了通过汽轮机的过热蒸汽的温度及压力，从而使整个系统的热效率提高。的温度及压力，从而使整个系统的热效率提高。再热循环。再热循环。过热蒸汽在汽轮机高压缸中膨胀至某一中间过热蒸汽在汽轮机高压缸中膨胀至某一中间压力后全部返回锅炉再度加热，然后引入汽轮机压力后全部返回锅炉再度加热，然后引入汽轮机中低压缸继续做功的一种水汽循环。在图中低压缸继续做功的一种水汽循环。在图10105 5所示的热循环过程中，汽轮机分为高压和低压两所示的热循环过程中，汽轮机分为高压和低压两级，高压级的排汽全部引出后送到锅炉的再热器级，高压级的排汽全部引出后送到锅炉的再热器中再加热，然后再送到低压级继续做功。通过再中再加热，然后再送到低压级继续做功。通过再热循环可以最大限度地利用蒸汽的热能通常用热循环可以最大限度地利用蒸汽的热能通常用于于l0l0万千瓦以上的汽轮发电机组。万千瓦以上的汽轮发电机组。(4)(4)火力发电系统的能量转换过程火力发电系统的能量转换过程 图图l0-6l0-6归纳了火力发电系统能量转换的归纳了火力发电系统能量转换的全过程，即煤炭、石油和天然气等燃料包含全过程，即煤炭、石油和天然气等燃料包含的的化学能化学能在燃烧即氧化反应过程中以热量的在燃烧即氧化反应过程中以热量的形式释放出来，热量加热锅炉中的水和蒸汽，形式释放出来，热量加热锅炉中的水和蒸汽，成为蒸汽所包含的成为蒸汽所包含的热能热能 高温高压高温高压的的过热蒸汽过热蒸汽在汽轮机中在汽轮机中膨胀做膨胀做功功，转化为，转化为高速气流高速气流，推动汽轮机旋转，热，推动汽轮机旋转，热能转换为能转换为机械能机械能（过热蒸汽才有高速气流效果）（过热蒸汽才有高速气流效果）最后，由汽轮机带动发电机旋转发电，最后，由汽轮机带动发电机旋转发电，输出输出电能电能。这就是火力发电系统发电的整个。这就是火力发电系统发电的整个能量转换过程。能量转换过程。太阳能热发电系统基本工作原理太阳能热发电系统基本工作原理 在介绍了火力发电系统工作原理之后，再阐在介绍了火力发电系统工作原理之后，再阐述太阳能热发电系统的工作原理，就简单容易述太阳能热发电系统的工作原理，就简单容易了所谓太阳能热发电，就是利用聚光集热器了所谓太阳能热发电，就是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将某种工质加热到数百摄把太阳能聚集起来，将某种工质加热到数百摄氏度的高温，然后经过氏度的高温，然后经过热交换器产生高温高压热交换器产生高温高压的过热蒸汽，驱动汽轮机并带动发电机发电。的过热蒸汽，驱动汽轮机并带动发电机发电。从汽轮机出来的蒸汽，其压力和温度均已大为从汽轮机出来的蒸汽，其压力和温度均已大为降低，经过冷凝器冷凝结成液体后，被重新泵降低，经过冷凝器冷凝结成液体后，被重新泵回热交换器，又开始新的循环。由于整个发电回热交换器，又开始新的循环。由于整个发电系统的热源来自于太阳能，因而称之为太阳能系统的热源来自于太阳能，因而称之为太阳能热发电系统热发电系统321.1 1.1 太阳能热发电的类型和特点太阳能热发电的类型和特点l太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效益，就必须提高益，就必须提高热机效率热机效率热机效率热机效率和和规模大型化规模大型化规模大型化规模大型化。l太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热能转变为功则受到限制。能转变为功则受到限制。热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律和和卡诺定律卡诺定律卡诺定律卡诺定律阐述了热转换为功的条件和最大转换效率，提高热机阐述了热转换为功的条件和最大转换效率，提高热机效率的主要途径是效率的主要途径是提高热源温度提高热源温度提高热源温度提高热源温度。331.2 太阳能热发电系统太阳能热发电系统l l塔式电站塔式电站塔式电站塔式电站l l碟式电站碟式电站碟式电站碟式电站l l槽式电站槽式电站槽式电站槽式电站l l太阳能烟囱发电系统太阳能烟囱发电系统太阳能烟囱发电系统太阳能烟囱发电系统34Power tower in Barstow,California 35Power tower in Barstow,California 36(1)(1)塔式电站塔式电站 Power Towers 塔式电站用一个塔式电站用一个中心吸收器取代火力发电站的锅炉中心吸收器取代火力发电站的锅炉中心吸收器取代火力发电站的锅炉中心吸收器取代火力发电站的锅炉。吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质(如水如水)加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮发电机组发电。发电机组发电。塔式电站的塔式电站的聚光倍数高聚光倍数高(1000(10003000)3000)，其介质工作温，其介质工作温度通常大于度通常大于350350，因此通常被称为，因此通常被称为高温太阳能热发电高温太阳能热发电。塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。但塔式电站但塔式电站建设费用高建设费用高，其中反射镜的费用占，其中反射镜的费用占50%50%以以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到20%20%。37 目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到10104 4kWkW，太阳能辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔顶的中，太阳能辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔顶的中心吸收器上。计算机控制心吸收器上。计算机控制每块反射镜都能独立的根据太每块反射镜都能独立的根据太每块反射镜都能独立的根据太每块反射镜都能独立的根据太阳的位置来调整各自的方位和倾角阳的位置来调整各自的方位和倾角阳的位置来调整各自的方位和倾角阳的位置来调整各自的方位和倾角，这保障了每块反射，这保障了每块反射镜都能随时把太阳能反射到吸收器上，但这无疑镜都能随时把太阳能反射到吸收器上，但这无疑增加了增加了增加了增加了成本成本成本成本。塔式电站的塔式电站的致命缺点致命缺点致命缺点致命缺点是太阳能电站是太阳能电站规模越大，反射规模越大，反射规模越大，反射规模越大，反射镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升。例如，。例如，一个计划中的一个计划中的1MW1MW的塔式电站，要用的塔式电站，要用2.932.93万块反射镜，万块反射镜，单镜面积为单镜面积为30m30m2 2。这些反射镜布置在。这些反射镜布置在3km3km2 2的场地上，塔的场地上，塔的高度为的高度为305m305m。38100m2定日镜定日镜heliostat3940Current heliostat prices$125 to$159 m-2 北京八达岭塔式太阳能发电站北京八达岭塔式太阳能发电站前期造价高点不要紧，前期造价高点不要紧，关键是技术要掌握关键是技术要掌握(2010年并网，年发电量可达年并网，年发电量可达270万万kWh)42(2)碟式电站碟式电站 Dish technology 采用碟状采用碟状(也称盘状也称盘状)抛物镜作集热器抛物镜作集热器。Small scale distributed applications 43Because they work best under direct sunlight,parabolic dishes must be steered throughout the day in the direction of the sun.Shading and land use considerations 蝶式太阳能热发电系统蝶式太阳能热发电系统1.工作原理45碟式电站缺点系统复杂系统复杂l抛物镜抛物镜 如建立一个如建立一个100MW的碟状抛物镜集热器分散布置的太阳的碟状抛物镜集热器分散布置的太阳能电站，约需要能电站，约需要12万个直径为万个直径为6m的抛物镜的抛物镜。l高温接收器高温接收器l管路及绝热材料管路及绝热材料l跟踪控制系统跟踪控制系统46(3)槽式电站槽式电站 Parabolic Troughs l槽式电站与碟式电站相似，它把槽式电站与碟式电站相似，它把聚焦器分散布置聚焦器分散布置聚焦器分散布置聚焦器分散布置，使，使载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸汽，再汇集至汽轮机。汽，再汇集至汽轮机。l如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传递给汽轮机回路中的工质。递给汽轮机回路中的工质。47槽式聚光器槽式聚光器Parabolic trough concentrator48槽式电站集热器示意图槽式电站集热器示意图One-axis tracking parabolic trough with axis oriented east-west49Collectors in southern CA5051l塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为点点点点聚焦聚焦聚焦聚焦，聚光倍数高达，聚光倍数高达500500以上。以上。l但塔式电站的但塔式电站的跟踪代价高跟踪代价高，碟式电站的，碟式电站的能量集中代价能量集中代价大大，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。需时日。l槽式电站是槽式电站是线聚焦线聚焦线聚焦线聚焦，聚光倍数小于，聚光倍数小于100100。但槽式电站。但槽式电站跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代价相对小，经济效益相对提高，所以目前价相对小，经济效益相对提高，所以目前槽式电站发槽式电站发槽式电站发槽式电站发展迅速展迅速展迅速展迅速。塔式、槽式和碟式三种电站技术比较：塔式、槽式和碟式三种电站技术比较：太阳能热电（太阳能热电（CSP）三种方式：碟式效率最高）三种方式：碟式效率最高53(4)烟囱发电烟囱发电 Solar thermal chimney l太阳能烟囱发电系统由太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚太阳能集热棚太阳能集热棚太阳能集热棚、太阳能烟囱太阳能烟囱太阳能烟囱太阳能烟囱和和涡轮机发电机组涡轮机发电机组涡轮机发电机组涡轮机发电机组3 3个基本部分所构成个基本部分所构成l太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学的太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学的J.Schlaich J.Schlaich 教授于教授于1978 1978 年提出年提出54太阳能热风发电技术原理简图太阳能热风发电技术原理简图 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，其直径达直径达10.3米，高米，高200米米，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。环形曲面半透明塑料大棚。太阳能气流发电太阳能气流发电 大棚的中央部分高大棚的中央部分高8米，边缘高米，边缘高2米，周长米，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“烟囱烟囱底部安装有气轮发电机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、阳光充足、地面开阔的沙漠地区地面开阔的沙漠地区。它的发电能力预计为100万千瓦万千瓦，“烟囱”高高1000米米以上，塑料大棚的直径则达直径则达10千米千米，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2050，使热空气以每秒热空气以每秒2060米米的速度的速度从“烟囱”排出。58l太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上。集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系地上。集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统；集热棚中间离地面一定距离处安装烟囱，在烟囱底部统；集热棚中间离地面一定距离处安装烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳能辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层透过覆盖层的太阳能辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层之间的空气使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着之间的空气使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气空气循环流动循环流动。l由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电带动发电机发电。太阳能热风发电技术原理太阳能热风发电技术原理 59太阳能热风发电技术优点：太阳能热风发电技术优点：l太阳能几乎是取之不尽，用之不竭的清洁能源，太阳太阳能几乎是取之不尽，用之不竭的清洁能源，太阳能热风发电对环境无污染；能热风发电对环境无污染；l太阳能热风电厂通过设置蓄热系统，可实现全天候运太阳能热风电厂通过设置蓄热系统，可实现全天候运行；行；l太阳能热风电厂设备简单，透平发电机组是唯一的运太阳能热风电厂设备简单，透平发电机组是唯一的运动部件，维护费用低；动部件，维护费用低；l不需冷却水、不产生二氧化碳气体，对缓解全球变暖不需冷却水、不产生二氧化碳气体，对缓解全球变暖有积极作用。有积极作用。602 太阳能供暖技术太阳能供暖技术l太阳能采暖技术太阳能采暖技术直接利用太阳辐射能供暖直接利用太阳辐射能供暖直接利用太阳辐射能供暖直接利用太阳辐射能供暖，也称太阳，也称太阳房房(Solar House)。l现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新式太阳房现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新式太阳房具有具有太阳能收集器太阳能收集器太阳能收集器太阳能收集器、热储存器热储存器热储存器热储存器、辅助能源系统辅助能源系统辅助能源系统辅助能源系统和和室内室内室内室内暖房风扇系统暖房风扇系统暖房风扇系统暖房风扇系统，可以节能，可以节能757590%90%。l太阳房具有良好的环境效益和经济效益，与建筑设计太阳房具有良好的环境效益和经济效益，与建筑设计有机结合，日益成为太阳能利用的重要领域。有机结合，日益成为太阳能利用的重要领域。612.1 被动式太阳房被动式太阳房 Passive Solar HouselThe simplest and most economical approachlNo fans,pumps,or active circulation of heat62Plastic Green House63Glass Green House6465（1）利用温室效应的被动式太阳房）利用温室效应的被动式太阳房l集热墙，排气孔集热墙，排气孔,通风孔通风孔l l当太阳照射到集热墙时当太阳照射到集热墙时当太阳照射到集热墙时当太阳照射到集热墙时，墙内的空气在被加热后会由于冷，墙内的空气在被加热后会由于冷热空气密度不同而产生对流。由于热的空气上升，会源源热空气密度不同而产生对流。由于热的空气上升，会源源不断进入室内，而室内底层的冷空气则被集热墙吸收，形不断进入室内，而室内底层的冷空气则被集热墙吸收，形成循环对流后，室内的温度慢慢升高。成循环对流后，室内的温度慢慢升高。l l当没有阳光时当没有阳光时当没有阳光时当没有阳光时，关闭集热墙的通风孔，房屋的四壁和顶蓬，关闭集热墙的通风孔，房屋的四壁和顶蓬的保温性得到保障，室温可以保持。的保温性得到保障，室温可以保持。l l当天气炎热时当天气炎热时当天气炎热时当天气炎热时，将集热墙上部通向室内的通风孔关闭，再，将集热墙上部通向室内的通风孔关闭，再打开顶部的排气孔，如有地下室还可引入冷空气。这种集打开顶部的排气孔，如有地下室还可引入冷空气。这种集热墙将起抽风作用，使室内的空气加速运动，达到降温的热墙将起抽风作用，使室内的空气加速运动，达到降温的目的。目的。66带集热墙式的被动式太阳房带集热墙式的被动式太阳房67被动式太阳房技术关键：被动式太阳房技术关键：l三层玻璃 被动式太阳房试图接收尽可能多的阳光，房子大多向南，被动式太阳房试图接收尽可能多的阳光，房子大多向南，窗户面积也尽可能地大，三层隔离窗的设计，是为了使室窗户面积也尽可能地大，三层隔离窗的设计，是为了使室内产生的热量不会向外流失。内产生的热量不会向外流失。l隔热装置 被动式房屋只有依靠高标准的隔热装置，才能储存各种热被动式房屋只有依靠高标准的隔热装置，才能储存各种热量，成为出色的节能高手。量，成为出色的节能高手。l通风设备 被动式太阳房的核心是自动通风系统。从废气中抽取热量，被动式太阳房的核心是自动通风系统。从废气中抽取热量，再使用这个热量为吸入的新鲜空气加热。再使用这个热量为吸入的新鲜空气加热。68带热收集器式的被动式太阳房带热收集器式的被动式太阳房69(2)自然式被动太阳房自然式被动太阳房l这种太阳房南面墙采用这种太阳房南面墙采用大面积的落地窗，背面大面积的落地窗，背面则是较封闭的实墙。冬则是较封闭的实墙。冬天阳光通过落地窗直接天阳光通过落地窗直接进入宅内，提供热能。进入宅内，提供热能。l这种太阳房的阳台根据这种太阳房的阳台根据太阳高度角设计，夏天太阳高度角设计，夏天阳光仅照到阳台而不进阳光仅照到阳台而不进室内，并且室内空气流室内，并且室内空气流通。通。自然被动式太阳房的结构示意图自然被动式太阳房的结构示意图70Solar path at 40 north latitude 7172冬季日照情况冬季日照情况太阳高度角低太阳高度角低73夏季日照情况夏季日照情况太阳高度角高太阳高度角高742.2 主动式太阳房主动式太阳房 Active Solar Housel主动式太阳房不是自然接受太阳能取暖，而是安装了主动式太阳房不是自然接受太阳能取暖，而是安装了一套系统来实现一套系统来实现热循环供暖热循环供暖热循环供暖热循环供暖。l它通常在建筑物上装设一套它通常在建筑物上装设一套集热、蓄热装置与辅助能集热、蓄热装置与辅助能集热、蓄热装置与辅助能集热、蓄热装置与辅助能源系统源系统源系统源系统，实现人类主动的利用太阳能。，实现人类主动的利用太阳能。l主动式太阳房本身就是一个集热器，通过建筑设计把主动式太阳房本身就是一个集热器，通过建筑设计把隔热材料、遮光材料和储能材料有机地用于建筑物，隔热材料、遮光材料和储能材料有机地用于建筑物，实现房屋实现房屋吸收和储存太阳能吸收和储存太阳能吸收和储存太阳能吸收和储存太阳能。75空气空气-集热器热交换示意图集热器热交换示意图气流强制循环示意图气流强制循环示意图Active Solar House76主动式太阳房的主动式太阳房的集热器外形集热器外形77主动式太阳房的太阳能加热管线主动式太阳房的太阳能加热管线78793 太阳能制冷技术太阳能制冷技术l太阳能制冷技术与常规能源驱动的制冷装置原则上相似，太阳能制冷技术与常规能源驱动的制冷装置原则上相似，但太阳能属于低品位和低密度能源，要求太阳能制冷系统但太阳能属于低品位和低密度能源，要求太阳能制冷系统有独特的性能。有独特的性能。l太阳能制冷系统从原理上看有两类：太阳能制冷系统从原理上看有两类：直接以太阳辐射热能为驱动能源直接以太阳辐射热能为驱动能源，主要有吸收式制冷、，主要有吸收式制冷、吸附式制冷和喷射式制冷等。吸附式制冷和喷射式制冷等。以太阳能产生的机械能为驱动能源以太阳能产生的机械能为驱动能源，主要有压缩式制冷、，主要有压缩式制冷、光电式制冷和热电制冷等。光电式制冷和热电制冷等。l目前常用的太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷系统、目前常用的太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷系统、太阳能喷射式制冷系统、太阳能吸附式制冷和太阳能驱动太阳能喷射式制冷系统、太阳能吸附式制冷和太阳能驱动压缩式制冷系统等。压缩式制冷系统等。804 太阳能热水系统太阳能热水系统l太阳能热水系统主要讨论太阳能热水器。太阳能热水系统主要讨论太阳能热水器。l太阳能热水器是目前太阳能热利用技术领域商业化程度最太阳能热水器是目前太阳能热利用技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术。高、推广应用最普遍的技术。l太阳能热水系统主要元件有三部分：集热器、蓄热器太阳能热水系统主要元件有三部分：集热器、蓄热器(储储能装置能装置)和循环管路及控制系统。和循环管路及控制系统。l按流体的流动方式可分为循环式、直流式和闷晒式系统；按流体的流动方式可分为循环式、直流式和闷晒式系统；按照形成水循环的动力，循环式又分为自然循环式和强制按照形成水循环的动力，循环式又分为自然循环式和强制循环式。循环式。815 其它太阳能的热利用技术其它太阳能的热利用技术l太阳能热利用技术处于发展和创新的阶段，新技术、新方太阳能热利用技术处于发展和创新的阶段，新技术、新方法和新产品不断推出。法和新产品不断推出。l目前主要有太阳灶、太阳池、目前主要有太阳灶、太阳池、太阳炉、太阳能干燥器太阳炉、太阳能干燥器太阳炉、太阳能干燥器太阳炉、太阳能干燥器和太和太阳能海水淡化系统等。阳能海水淡化系统等。82高温太阳炉结构示意图高温太阳炉结构示意图太阳能高温炉原理示意图太阳能高温炉原理示意图5.1 太阳炉太阳炉835.1 太阳炉太阳炉l太阳炉由平面反光镜、凹面反光镜、控制系统和炉体组成。平面反光镜将阳光反射到凹面反射镜上，经聚光后形成光斑和高温。l太阳炉经两级聚光后，加热炉温可达2500，用于生产高纯和超纯钛酸铝、锆酸钙、钇铝石榴石和二氧化锆等。l由于热源来自太阳，没有燃料杂质，具有升温和降温快的特点，所以太阳炉是理想的