太阳能热发电技术

第1篇太阳能时代和太阳能热发电



1能源和能源危机002



1.1能源的发展002



1.1.1火的应用002



1.1.2煤炭时代003



1.1.3油气开发003



1.2石油能源的危机004



1.2.1石油的重要性004



1.2.2石油的紧缺005



1.3能源消费对环境的破坏006



1.3.1地球环境的演变006



1.3.2人类对地球环境的依存007



1.3.3大气温室效应增强可能导致的后果010



1.3.4臭氧层破坏010



1.3.5酸雨011



1.3.6热污染012



1.3.7生物多样性锐减013



1.3.8大气污染引起的健康危害014



1.3.9能源开发和运输过程所致的环境效应014



1.3.10能源使用的“误区”――现代高能农业016



1.3.11废弃物泛滥成灾017



1.3.12水资源短缺017



1.3.13太多的人口――68亿人的地球019



1.4能源危机与中国发展019



1.4.1中国人口019



1.4.2水资源020



1.4.3土地退化021



1.4.4中国酸雨状况021



1.4.5无处可扔的城市022



1.4.6物种减少023



1.4.7可持续发展重大阻力023



1.5中国采用新能源的紧迫性026



2重归太阳能028



2.1太阳能的基本知识028



2.1.1太阳辐照028



2.1.2日地关系031



2.2生物质能032



2.2.1生物质能状况032



2.2.2制约生物质能应用的因素033



2.3风能034



2.3.1风能状况034



2.3.2制约风能应用的因素035



2.4水能036



2.4.1水能状况036



2.4.2制约水能应用的因素036



2.5海洋能037



2.5.1海洋能状况037



2.5.2制约海洋能应用的因素038



2.6地热能038



2.6.1地热能状况038



2.6.2制约地热能应用的因素039



2.7天然气水合物040



2.7.1天然气水合物简介041



2.7.2制约天然气水合物应用的因素041



2.8核能043



2.8.1核能状况043



2.8.2制约核能应用的因素044



2.8.3轻核聚变046



2.9生态灾难047



2.9.1三峡工程的生态影响049



2.9.2汶川地震发生的可能原因049



2.10重归太阳能050



2.10.1美国太阳能计划052



2.10.2太阳能聚热发电技术053



3太阳能热利用：太阳能热利用在未来能源中的地位054



3.1太阳能热利用简史054



3.2我国太阳能资源058



3.3太阳能热利用技术060



3.3.1太阳能温室的结构类型060



3.3.2太阳灶概述062



3.4太阳能干燥概述065



3.5太阳能海水淡化066



3.6太阳能建筑理念068



3.7太阳能空调的意义069



3.8太阳能热水器070



3.9太阳能光伏发电和太阳能热发电技术比较071



3.10我国对太阳能热发电技术的发展规划074



3.11太阳能热发电在未来能源结构中的地位075



第2篇太阳能热发电专有技术



4聚光与聚光器080



4.1聚光080



4.1.1聚光概念080



4.1.2聚光作用081



4.1.3聚光反射材料082



4.1.4聚光集热温度084



4.1.5太阳能热发电常用的聚光集热技术085



4.2聚光器087



4.2.1聚光器的演化087



4.2.2几类反射镜088



4.2.3CPC聚光器089



4.2.4聚光器种类091



4.2.5透射式聚光器091



4.2.6聚光器的现状093



4.2.7定日镜093



4.2.8槽式反射镜095



4.2.9面聚光式聚光器100



4.2.10线聚光式聚光器101



4.2.11聚光集热器的发展方向102



5日照跟踪技术104



5.1日照跟踪技术的意义104



5.2太阳能自动跟踪装置106



5.2.1对控制系统的要求106



5.2.2太阳位置的计算106



5.2.3太阳跟踪装置107



5.2.4跟踪控制模式110



5.2.5开环、闭环、混合控制方式112



5.2.6影响聚光跟踪的因素115



5.3跟踪装置部分部件116



5.3.1传感器116



5.3.2光电传感器阵列布置116



5.3.3步进电机118



5.3.4减速器119



5.3.5谐波齿轮减速器119



5.3.6跟踪系统在工作过程中的损耗119



5.4别具一格的跟踪方式121



6接收器（太阳锅炉）122



6.1接收器的概念122



6.2太阳光谱选择性吸收薄膜123



6.2.1太阳光谱选择性吸收薄膜的发展历史123



6.2.2光谱选择性吸收薄膜基本原理124



6.2.3选择性吸收涂层的概念和组成125



6.2.4选择性吸收涂层的基本构造126



6.3选择性吸收涂层的分类和性能126



6.3.1选择性吸收涂层的分类126



6.3.2中高温选择性吸收涂层的性能127



6.4有关平板接收器130



6.4.1平板型太阳能集热器概述130



6.4.2索绪尔热箱131



6.4.3吸热板和真空集热管132



6.4.4真空管用硼硅玻璃3.3138



6.5直通式金属-玻璃真空集热管139



6.5.1真空集热管的特性139



6.5.2集热管的制造工艺及发展方向141



6.6热管式真空管集热器142



6.6.1热管的工作原理142



6.6.2中高温热管的制造工艺144



6.7中高温接收器145



6.7.1中高温接收器概述145



6.7.2接收器系统146



6.7.3管状集热接收器148



6.7.4圆柱接收器150



6.7.5直接照射太阳能接收器150



6.7.6管式和多孔体结构154



7太阳能热储存技术157



7.1热储存的意义157



7.1.1储热的作用与类型157



7.1.2储热与太阳能热发电站的设计161



7.2储热材料分类163



7.3显热储热材料163



7.3.1显热储热材料的性能要求164



7.3.2气体显热储热材料164



7.3.3液体显热储热材料165



7.3.4固体显热储热材料167



7.3.5两种介质储热168



7.4相变储热材料171



7.4.1相变储热材料性能171



7.4.2几类相变储热材料171



7.4.3无机盐相变材料172



7.4.4金属与合金相变储热材料174



7.5太阳能化学反应储存175



7.5.1太阳能化学反应储存概述175



7.5.2几类具有潜力的化学储热反应176



7.6太阳能热制氢178



7.6.1太阳能热制氢的意义178



7.6.2直接加热法制氢179



7.6.3热化学法制氢180



7.7跨季节储热太阳能集中供热系统（CSHPSS）181



7.7.1CSHPSS原理181



7.7.2太阳能热的地下储存182



7.8储热系统183



7.8.1储热装置技术183



7.8.2对储热容器的要求184



7.8.3储热装置的发展185



7.8.4储热罐186



7.8.5单罐储热和双罐储热187



7.8.6储热罐示例191



7.9热交换193



7.10热传输195



第3篇各类太阳能热发电技术



8塔式太阳能热发电198



8.1塔式太阳能热发电技术概述198



8.1.1历史与现状198



8.1.2塔式太阳能热电站系统199



8.1.3塔式太阳能热发电站的特点200



8.2塔和塔式电站工作原理201



8.2.1塔功能概述201



8.2.2太阳能接收器202



8.2.3塔式太阳能热发电站的储热202



8.2.4塔顶接收器热过程的应用203



8.2.5塔式电站工作原理204



8.3跟踪系统207



8.3.1跟踪方法207



8.3.2跟踪控制系统210



8.3.3定日镜误差214



8.3.4塔式太阳能技术的未来与定日镜的发展215



8.4定日镜场216



8.4.1定日镜场的设计要求216



8.4.2设计思考217



8.4.3有关系数219



8.4.4镜场设计220



8.4.5系统性能的综合分析221



8.4.6定日镜场布置图223



8.5塔式太阳能热发电系统的运行和控制224



8.5.1概述224



8.5.2定日镜运行控制225



8.5.3跟踪控制系统基本情况226



8.5.4电站监控系统227



8.5.5流量控制示例228



8.6国内塔式电站的研制进展228



8.6.170kW塔式太阳能热发电系统228



8.6.2基本原理与总体思路229



8.6.3亚洲首座兆瓦级太阳能塔式热发电项目――北京延庆塔式电站234



8.7新型反射塔底式接收器235



9碟式/斯特林太阳能热发电237



9.1碟式太阳能热发电简介237



9.2装置与系统239



9.3碟式发电系统的旋转抛物面聚光器242



9.3.1旋转抛物面的聚光242



9.3.2聚光装置结构242



9.3.3碟式太阳能聚光器跟踪系统244



9.4接收器245



9.4.1接收器类型246



9.4.2热管式真空集热管在碟式太阳能热发电系统中的应用246



9.5太阳能斯特林发动机250



9.5.1斯特林发动机概述250



9.5.2斯特林热机工作原理252



9.5.3斯特林热机在太阳能发电中的应用254



9.5.4斯特林发动机的有关技术和部件256



9.6太阳坑259



9.7空间站太阳能热发电260



9.7.1空间站太阳能热发电的优势260



9.7.2空间太阳能热发电系统的热机循环262



9.7.3空间电站系统部件技术发展263



10槽式太阳能热发电/线性菲涅尔式太阳能热发电267



10.1槽式和线性菲涅尔式电站简介267



10.1.1槽式技术和线性菲涅尔式技术发展历程267



10.1.2槽式聚光集热器的集热效率269



10.2槽式太阳能热发电系统中的聚光集热器270



10.2.1集热管270



10.2.2聚光器273



10.2.3跟踪机构276



10.3聚光集热器阵列277



10.3.1槽式电站原理277



10.3.2镜场设计278



10.4聚光器集热工质279



10.4.1可以选用的集热工质279



10.4.2DSG技术282



10.5槽式电站的储热289



10.5.1两种储热系统289



10.5.2双罐储热运行模式290



10.5.3储热形式及储热介质选择291



10.5.4储热系统设备293



10.6线性菲涅尔反射式太阳能热电站295



10.6.1聚光系统295



10.6.2镜场布置298



10.6.3发展及应用前景301



10.7塔式技术与槽式技术比较302



10.7.1两种技术的优缺点302



10.7.2两种技术的效率和环境影响303



10.7.3对我国槽式和塔式发电技术的一些思考304



11太阳能热气流发电/太阳能半导体温差发电307



11.1概述307



11.1.1太阳烟囱发电技术的发展过程307



11.1.2太阳烟囱发电技术的优点307



11.2太阳烟囱发电原理和进展309



11.2.1原理309



11.2.2太阳烟囱技术310



11.2.3进展313



11.3太阳烟囱发电新技术313



11.3.1强热发电技术314



11.3.2浮动烟囱太阳能热风发电314



11.3.3斜坡太阳烟囱发电314



11.3.4太阳烟囱发电技术在建筑中的应用314



11.4太阳烟囱发电展望316



11.4.1太阳烟囱的生态环境优势316



11.4.2太阳烟囱与超高建筑317



11.4.3太阳烟囱与天篷式建筑318



11.5其他太阳能热发电技术简介319



11.5.1碱金属热电转换320



11.5.2磁流体发电320



11.5.3热离子发电322



11.5.4半导体温差发电323



12太阳池热发电和海水温差发电328



12.1太阳池热发电技术简史328



12.2太阳池热电站系统329



12.2.1电站系统组成329



12.2.2太阳池工作原理330



12.3太阳池系统稳定运行的影响因素331



12.4太阳池储热能力和效率332



12.5太阳池的维护333



12.6太阳池热发电技术的展望334



12.7海水温差发电技术概述335



12.8海水温差发电技术原理336



12.8.1循环方式336



12.8.2设备338



12.8.3主要技术338



12.8.4组合利用340



12.8.5海水温差能与海洋波浪能结合的技术340



12.9海水温差发电技术特点341



12.10海水温差技术应用前景342



12.11太阳能热水力发电343



12.12太阳能热土壤温差发电343



12.12.1太阳能土壤源热泵系统（SESHPS）343



12.12.2有机朗肯循环344



第4篇太阳能热发电技术的发展趋势



13太阳能热发电技术的集成整合及未来348



13.1当前太阳能热发电技术的特点及现状和面临的问题348



13.1.1太阳能热发电技术的特点及类型与技术的比较348



13.1.2单纯太阳能热发电技术现状及面临的问题349



13.1.3降低太阳能热发电成本的途径351



13.2聚焦太阳能热发电（CSP）技术的发展354



13.2.1发展趋势354



13.2.2当前发展目标355



13.2.3中国太阳能热发电技术的发展目标357



13.3太阳能互补发电系统359



13.3.1太阳能互补发电系统的概念359



13.3.2互补系统的形式360



13.3.3太阳能燃气蒸汽整体联合循环系统361



13.4太阳能热的应用363



13.4.1太阳热动力水泵、海水淡化363



13.4.2太阳能热与火力发电耦合365



13.4.3一种太阳能加热站集中供暖系统369



13.4.4线性菲涅尔式太阳能热联合循环发电370



13.5太阳能热化学复合系统370



13.5.1太阳能天然气重整发电370



13.5.2太阳能双工质联合循环发电373



13.5.3太阳能与其他几类能源的集成375



13.6太空太阳能发电377



13.6.1太阳塔、太阳碟与太阳盘377



13.6.2月球太阳能电站378



13.6.3地球太阳能电力网络379



参考文献381