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Nouvelle énergie verte - la technologie solaire thermique

绿色新能源——太阳能热发电技术

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2010年01月26日 作者:匿名 来源:《中国电源博览》104期 编辑:杨宇
  碟式太阳能发电系统在国外市场前景广阔,北非、北美州西南部及印度阳光资源特别丰富;我国的西藏和新疆阳光资源也特别丰富,且地广人稀,大部分农牧民没有用上电,适宜发展碟式太阳热发电技术。碟式太阳热发电未来形成产业化大规模应用,电站投资可降到20000元/kW,电价0.3元/kwhr,不但可与光伏发电竞争,而且可以与常规大电厂竞争。利用我国西部地区丰富的阳光资源,在西藏和新疆等地发展洁净的太阳能技术对提高边远地区居民的生活水平具有重大意义,同时也顺应了国家西部大开发计划的战略需求。
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紧凑型线性菲涅尔反射镜
  紧凑型线性菲涅尔反射镜(GLFR)技术是在1993年悉尼大学发明。它与槽式太阳能系统有相类似,典型的线性Fresnel系统使用镜面阵列将阳光引到固定的直线接收器上。
CLFR是下一代线性Fresnel系统,它克服了传统方案由于镜子阴影造成的系统性能下降。假设在几个接收器的范围内,每个独立的镜面反射器都具有将反射的阳光引导到至少两个其他接收器上的能力。那么,这样就允许阵列密集的排列而不会产生阴影和阻碍阳光,见图7,它同时也允许接收器的管道更低。
  降低反射空间的大小和塔高将不仅会影响蒸汽管道的热损耗,而且还会影响地基、塔和蒸汽管道的构造成本。CLFR还包括其他的优点:
  1、热交换回圈装置与反射区域隔离并且悬空固定,这样就省去了槽式和碟式系统中价格相对昂贵的可弯曲高压管道和高压旋转链结部件。
  2、热交换过程流动的是水,这里采用被动式直接气化以避免出现泵气损失(pumping losse),并避免使用昂贵的流量控制器。蒸汽可以直接输送到蒸汽锅炉或者经过热交换器。
  3、采用全玻璃真空管道可以获得非常低的热辐射,并且成本相对低廉。
  4、它的故障率比其他类型太阳能聚集方式要低,这是因为它所使用的接近平坦的反射器、容易清洁,而且单端真空管道可以在不破坏热交换过程的前提下进行。

图8 太阳能烟囱的横截面结构。在围绕太阳能烟囱底部的温室里,阳光给气体加热并形成气流从烟囱流出。温室内的水管用于保持热量,EnviroMission的设计还主张在塔内安装水平和垂直方向的旋转涡轮装置。(来源:C.Pietschiny)
  Ausra公司将依赖一种与以往不同的聚集太阳能技术来实现这个目标,该技术就是利用菲涅尔透镜发明的紧凑型线性菲涅尔反射镜,该设备重量较轻,能覆盖更大面积,而且比形状精确的抛物面镜更持久耐用。据Ausra公司有关负责人说:“即使往透镜表面扔块石头,石头也会反弹起来,因而可以在弗罗里达的飓风区建造这样的太阳能发电设备。”这种菲涅尔太阳能热发电技术的另一特点是完全不需要石油,它在50个大气压的高压下将水加热到约280℃左右,然后利用产生的水蒸气去带动涡轮,发电量完全取决于太阳的光照强度和反射镜的数量。
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绿色新能源——太阳能热发电技术
2010年01月26日 作者:匿名 来源:《中国电源博览》104期 编辑:杨宇
  太阳能烟囱
  太阳能烟囱也被称为太阳能对流塔,它进行发电的过程是在非常高的封流塔(convection tower)利用阳光对气体进行加热进而驱动风力涡轮机。空气在烟囱底部的类似于温室的环境中被加热。涡轮可以安装在底部的四周。太阳能烟囱的电力容量取决于阳光采集区的面积和烟囱的高度。采集区的面积越大,烟囱内流通的气体就越多。烟囱越高,烟囱顶部与底部的气压差、烟囱内部与外部的气压差就越大。当采集区直径为7km,烟囱高位1000m时理论上可以产生200MW的电力。目前没有太阳能烟囱在运作。德国政府1982年在西班牙建立的原型高为195m,直径为10m(见图9),它能得到50kW的最大电力输出。这个发电站直到1989年才退役。另一个由Enviro Mission公司与建的太阳能烟囱高位400m,输出电力50MW。
  建筑师Christian Pietschiny提出奇异的构想以获得广泛的支持,并且在太阳能烟囱上获得更好的经济效益,这有可能使它成为世界上最大的艺术品。Pietschiny的太阳能烟囱代表了美学、生态学和经济学的公众表达方式,它有可能吸引人们的注意,包括投资方以及并不关注电力产生的旅行者的兴趣,图10绘画出这种构想。
  其他STE系统和实现方案
  下面将概括的叙述相关的问题和要点,并且列举新颖的技术,它们可能实现更低成本、更优异性能,并且让SET技术得到更加广泛的采纳。
  (1)对冷却水的要求:湿度与干冷却
  太阳热电系统的设计对冷却水的要求不高。采用槽式或者塔式的蒸汽发电站利用干冷却技术从一定程度上增加了电力成本。在Rankinc蒸汽发电站,原水(primary water)主要是在蒸汽回圈的冷凝物补给过程中使用,它对冷凝物和洗涤镜(washing mirror)进行冷却。在过去,抛物面发电站就已经使用湿冷却塔来进行冷却处理的步骤。使用这种湿冷却的方法,冷却塔要消耗大约90%的未净化水。而蒸汽回圈补给的方法消耗8%的为净化水;洗涤镜的方法消耗2%。防预玻璃的开发用于进一步降低洗涤镜的要求。相对之下,干冷却省去了90%的水消耗,这种方法从两方面影响电力基准成本(LCOE);由于使用更高的蒸汽冷凝压力,从而降低了性能;与湿冷却塔相比,干冷却塔的构造成本更高。对传统的化石燃料(fossil fuel)与太阳加热发电模组的研究已经表明,它们在使用了干冷却之后成本增加了10%左右。

图9 在西班牙原型太阳能烟囱 (来源:EnviroMission)
  (2)太阳能燃气涡轮系统
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绿色新能源——太阳能热发电技术
2010年01月26日 作者:匿名 来源:《中国电源博览》104期 编辑:杨宇
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  太阳能燃气涡轮系统比其他太阳能混合发电站具备几点优势。太阳能燃气涡轮系统使用中心接收器太阳塔产生的热量对燃气涡轮里的压缩空气进行加热到1000℃。以再生或者组合回圈(combined-cycle)的模式使用燃气涡轮系统可以获得超过50%的转换效率。在2004的SolarPACES研讨会上,P.Schwarzbozl的研究报告指出他们能使用软体工具仿真出1MW、5MW和15MW的太阳能涡轮混合系统的原型。这个研究小组还在研究通过自动化和远端控制来降低O&M成本的可能性,并且描绘出市场导入的蓝图:前期先以小型的组合产生电力的形式进入市场,然后使用MW级的组合周期发电站进行大规模发电。

图10 太阳能烟囱构想图 (来源:C.Pietschiny)
  (3)大型太阳塔发电站的低温方案
  紧凑型菲涅尔反射器(CLFR)能在270℃时生成饱和蒸气给热交换器的水(feed water)进行加热。在对采用这种技术的阵列进行改造以后,它可以被视为一个带有高温涡轮锅炉来使用;然而,低温工作虽然效率低,但是可以避免高温工作带来的问题,比如热量损耗、需要耐高温的材料和元器件。此外,低温设计适合于所有目前有抛物面技术占领的市场。来自于悉尼大学、新南威尔士大学和Solar Heat and Power有限公司的研究人员证实了使用核工业的低温涡轮机与地下热能存储组成的系统具有良好的成本效益以及更多的优势。这个系统理论上可以达到240MWe,热能储存系统为12小时。热能储存系统的原理大致是在地下深处用高压储存热水。尽管这项研究并没有进行严格的财务分析,但他们早期的研究结果表明这种能产生太阳热电的发电站的成本为$1,784/kWe,这低于基于抛物面和中心接收器的发电站成本,而且与现存的使用煤炭进行发电的电力成本相比,它也具有可比性。
  (4)双接收器概念的太阳塔
  德国航太中心(DLR)热力技术研究所的技术人员已经建立了双接收器概念的模型,这种模型有助于提升中心接收器的性能。双接收器设计将开放的可以测定面积的空气加热器与管状的蒸发器进行合并以得到更高的热量效率、更低的接收器温度、以及更低的寄生功耗,见图11。实际上,通过聚焦阳光将空气和水同时进行加热,以此产生用于发电的热气和水蒸气。研究人员声称,与其他空气加热系统相比,他们的方案能将发电站的全年发电量提高27%。另外,双接收器的设计能以更少的阳光反射器尺寸和更低的接收器温度来提供成本效益。这种方案最为突出的问题是它增加了系统的复杂程度,因为它需要两个独立的接收子系统,而且它们都具有不同的工作过程,这样就需要熟的启动和控制程式。目前的工作是详细的评估这种概念的效益,并且将它的尺寸发展为100兆瓦电力的发电站。而在未来,研究的重心将会放在能量的储存和控制特性上。
  世界各地太阳能发展状况
  下面将概括叙述世界各地的太阳能热电专案以及发展动向。
  1、西班牙
  (1)Abengoa公司的PS10和PS20太阳能塔
  由Abengoa和Solucar Energia公司开发的PS10是一个在西班牙Seville附近的太阳能热电中心接收发电站。它提供11MW的发电量,采用其自行开发的玻璃金属日光反射装置和饱和蒸汽接收器,后者能产生40bar、250℃(480°F)的蒸汽。发电站使用624个日光反射装置将阳光聚焦在100m的塔上,由于其带有15MWh的饱和蒸汽热能存储系统,支援在50%负载下运作50分钟。年发电量估计为23GWh,总投资成本约为三千三百万美元。
  Solucar公司还在开发更多面积与PS10相同的发电站PS20、AZ20、AZ50。其中,PS20和AZ20预计为一个20MWe的饱和蒸汽发电站,包括7MWe的抛物面装置和13MWe的能量塔发电站。AZ50则为50MWe直接产生包含蒸汽发电站。
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烟囱效应原理&在散热设计中的应用

发表于 2010-11-24
  烟囱效应造电:澳大利亚千米“太阳塔”工程。   澳大利亚EnviroMission公司正在准备建造一个规模庞大的太阳能风力发电站,即“太阳塔”工程。该发电装置位于澳大利亚新南威尔士州(New South Wales)温特乌斯郡(Wentworth)的波朗格(Buronga)。   这座高达1000米的“太阳塔”发电容量达到200MW,足够20万户家庭使用,相当于澳大利亚Tasmania州首府Hobart全市或者墨尔本主要郊区Geelong全市的用电量。   “太阳塔”投入运行之后,每年可以减少至少90万吨温室气体CO2的产生,生命周期分析为2.5年(名词解释:生命周期分析主要是针对产品进行的,是对某种产品从原料采掘到生产、到产品直至其最终处置的过程,考察其对环境的影响)。   澳大利亚“太阳塔”工程共分为六个阶段进行:设计优化(已完成)、商业可行性预测和探讨(已完成)、可行性最终讨论(正在进行)、设计和施工方案的最终审定、施工和调试、投入商业运作。EnviroMission目前还处于第三阶段运作,主要包括项目协作和筹集资金。
技术原理
  “太阳塔”技术原理如下:太阳对“太阳塔”底部圆盘状集热器中的空气加热,由于“烟囱效应”,集热区域的空气被太阳辐射加热后便向塔底部流去,在塔内集中并形成一股向上流动的强大空气流,热气流沿着“太阳塔”这根“烟囱”继续向上升,推动塔内特别设计的一组32台每台发电容量为6.25MW的涡轮,产生电力。塔底入口处空气温度为70℃,空气流速为15m/s,塔顶空气出口温度为20℃。到了晚上,白天积聚在热能存储单元中的热能,此时开始释放出来,继续推动涡轮旋转,因而“太阳塔”可以一年365天、一天24小时不间断地工作。
中试样机
  为了确保澳大利亚“太阳塔”发电的成功,德国的设计者和建造工程公司Schlaich Bergermann and Partner联同西班牙zheng fu ,在西班牙的Manzanares建造了一个小型的样板装置进行中试。中试样机在1982至1989间的7年运行中产生了50KW的电能。中试的研究结果验证了这种风道式太阳能发电的构想是可行的,过程中取得的数据为下一步扩大规模的设计提供了依据。
设计者
  “太阳塔”之设计出自于德国著名建筑工程师J?rg Schlaich教授的手笔。J?rg Schlaich教授是建造慕尼黑奥运场的德国公司Schlaich Bergermann and Partner的始创合伙人之一,这德国公司曾建造香港的汀九桥(Ting Kau Bridge)及加拿大蒙特利尔奥运场。

本主题由 william_gu 于 2010-11-24 10:06 分类

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美国欲建太阳能塔发电高千米 供20万户使用
2008/07/04 14:49 来源:YNET.com 北青网 中国经济网

http://fzwb.ynet.com/article.jsp?oid=41390188


http://fzwb.ynet.com/article.jsp?oid=41390188&pageno=2

http://fzwb.ynet.com/article.jsp?oid=41390188&pageno=3


太阳塔

“太阳塔”与埃菲尔铁塔等建筑高度比较

据美国生活科学网报道,在美国西南部未来有可能出现一座“太阳能塔”,这是一种最新的能源生产概念,看上去它就像一个巨大的烟囱,但并不释放有害浓烟气体,而是通过太阳能加热空气,并转换成为电能,可以20万户居民使用。

太阳能塔高达1000米

  类似的太阳能装置设计的提出已有20多年,原型基础设计叫做“太阳能收集器”,用于加热地球表面附近的空气,将加热的空气引导进入高中枢塔,位于塔底部的涡轮通过上升气流制造出电能。


澳大利亚能源任务有限公司的吉姆•福特说,“太阳能塔的设计结合了烟囱、旋转涡轮和温室,最终实现了电能生产。”

  由澳大利亚能源任务有限公司设计高达1千米的太阳能塔,美国政府很可能会接受这项设计理念,并计划在美国西南部建造。太阳能塔是升级版的太阳能烟囱,太阳能烟囱是一项历史悠久的技术,利用太阳能加热空气形成自然上升气流,进而制造电能。

  福特称,太阳能塔的物理设计非常类似于大气层旋涡发动机,一种人造旋涡烟囱装置加热空气进入空中,即使该涡旋将延伸超过一个固体结构,但太阳能塔的结构设计能够实现电能转换生成。

美国欲建太阳能塔发电高千米 供20万户使用
2008/07/04 14:49 来源:YNET.com 北青网 中国经济网

  20年前曾出现类似太阳能电站

  1982年,一个小型太阳能塔建造在西班牙曼沙那列士地区,这座塔高度为195米,被一个透明温室遮篷围绕着,该透明遮篷覆盖直径为244米。它起初是作为一个测试原型,最大输出电能仅50千瓦。这个小型太阳能塔采用便宜的材料建成,目的是利用最低的建造成本,但是1989年在一场暴风中这座太阳能塔最终被吹垮。福特告诉美国生活科学网说,“与之对比,澳大利亚能源任务公司设计的太阳能塔采用混凝土结构,可持续使用至少50年。”

  目前,能源任务公司不仅计划建造更坚固结实的太阳能塔,还计划将太阳能塔建的更高,这可以实现地面和塔顶部产生更大的温差,温差较大可提供烟囱结构更强大的抽吸能力。最理想的设计是太阳能塔的高度为800-1000米,其周围围绕一个直径1.5英里的温室遮篷。福特说,“这才是理想的太阳能塔结构,随着碳燃料的价格上涨,太阳能塔将更具商业化优势。”

美国欲建太阳能塔发电高千米 供20万户使用
2008/07/04 14:49 来源:YNET.com 北青网 中国经济网

  加热空气上升时速达55公里

  在一个阳光充足的日子里,太阳能塔顶部空气可达到20摄氏度,在地面温室遮篷的空气可达到70摄氏度,当热空气以34英里/小时(约55公里/小时)速度沿着太阳能塔上升时,32个旋转的涡轮将生产出最大200兆瓦特电能。尽管在这种工作状态下,太阳能塔转换太阳能为电能的效率仅不足太阳能电池板的十分之一。但是太阳能塔的优势是更易维持,成本更低。

  依据2005年产业报告,具有200兆瓦特电能生产能力的太阳能塔的建造需要10亿美元,这意味着每千瓦小时的成本仅20美分,这仅是当前太阳能电池板生产电能价格的三分之一。然而,太阳能塔必须建造得相当大,才能发挥电能生产效力。能源任务公司近期研制一个稍微小一些的太阳能塔设计方案,其最大输出电能为50兆瓦特,可适用于一些市场和领域。

  由于澳大利亚政府缺乏财政支持,能源任务公司目前与美国太阳能任务技术公司协商计划在美国境内建造太阳能塔,该公司现已评估美国4个地点的气候适合于建造太阳能塔。据了解,虽然太阳能塔在夜晚很少输出电能,但在夜间该装置仍处于工作状态。

  与煤、天然气和核发电等传统电能制造技术相比,太阳能塔是未来最理想的电能生产途径。毕竟太阳每天都会升起落下,人们能够持续利用这种资源。
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Solar Chimneys, Vortex, Energy Towers
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