光热发电的技术进展

槽式太阳能热发电技术及其进展2014年8月主要内容1.太阳能热发电技术概述2.槽式热发电技术3.槽式技术的核心部件—高温集热管4.槽式热发电的工程技术5.线性菲涅尔技术及工程一、太阳能热发电技术概述1.最大优势:稳定连续的电力输出特有的光---热---电的转换模式中,热能具有良好的存储性能,所以使的系统电力输出具备了平稳的特性.而且理论上可以24小时连续发电.具有更好的并网特性,这是光伏,风电所无法达到了.一、太阳能热发电技术概述2.占地面积决定输出功率---面积大太阳能是能流密度很低的能源.大气层之外的太阳能辐照强度为1366W/M2.地面太阳能,受到大气层影响,发生了许多变化----太阳角度,云层,空气晴朗度,散射等等地面阳光总辐照:大约5-25MJ/d.m250MW的太阳能电站占地面积:约200万M2,折合为3000亩土地一、太阳能热发电技术概述3.聚光才可以获得高温聚光系统只对直射光有效聚光比决定最高温度温度和效率---受到热损的影响,温度低对光热转换效率有利,但温度越高,汽轮机效率越高一、太阳能热发电技术概述4.大面积的镜场光学系统工程---对日跟踪,反射,聚光风载荷---对效率和系统均有影响清洗---必须保持高反射率一、太阳能热发电技术概述5.四种主要的CSP形式槽式塔式线形菲涅尔碟式槽式发电技术塔式发电技术碟式发电技术线性菲涅尔技术一、太阳能热发电技术概述8一、太阳能热发电技术概述6.一切新技术的基本特点:成本从高到低难度由难到易形式从百花齐放到相对稳定二、槽式热发电技术二、槽式热发电技术聚光集热原理二、槽式热发电技术槽式技术的核心部件(光场部分)高温集热管反射镜支架系统对日跟踪驱动装置二、槽式热发电技术槽式技术的发展方向提高聚焦比---更宽的槽(中国西北?)提高热介质温度---熔融盐代替导热油?简化钢结构---容易运输组装且精度好实现二、槽式热发电技术ISCC联合循环的巨大优势ISCC是最高效地利用太阳能的方式常规能源和太阳能互换或补充方式工作IRANYAZDISCC---联合循环电站IRANYAZDISCC基本信息：工程名称YazdISCC地点雅兹德,伊朗维度/经度31.929°N，54.02°E电气连接230千伏变电站太阳能光场：光场大小104,640m2集热器数量128年法向入射量（DNI）1,851kWh/m2y太阳热电效率35.2%电站容量：额定功率474MW（2×157MWGT+160MWST）SolarpowerInstalled17MW电站效率57.6%发电总量3,316GWh/年（35GWh/yearsolarelectricity）IRANYAZDISCC传统电力474MW燃气轮机2×157MW蒸汽轮机160MW太阳能部分17MW三.槽式热发电的核心部件---高温集热管高温集热管产品型号参数长度4060mm（室温环境下）工作温度400℃有效长度比96.5%金属内管吸收率:95.5%(AM=1.5)发射率Emissivity：≤9%（400℃）外径/壁厚OD/TH:70/2~3mm材料:SS304/321/316玻璃外管外径/壁厚:125/3mm透射率：≧96.5%(具有抗反射涂层)工作压力40bar(绝对)热损＜250W/m(400℃)214W/m(400℃)＜169W/m(350℃)(DLR结果)141W/m(350℃)＜109W/m(300℃)109W/m(300℃)集热管技术参数19P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热20产品测试—集热管测试列表1.整管检测测试单位测试内容北京东方计量测试研究所集热管外观、几何尺寸、可利用率国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心集热管整管强度试验，用质量为（7.5±5%）g直径为（25±5%）mm的冰雹，以（23±5%）m/s的速度撞击样品的11个位置。其中5个撞击点分别选取玻璃-玻璃封接点，玻璃-金属封接点，抽真空口旁，另外6个撞击点均匀分布在吸热管整管背面DLR吸热管整管热损北京天瑞星光热技术有限公司吸热管相对DLR-70的光学效率P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热21产品测试—集热管测试列表2.封接段测试测试单位测试内容中国空间技术研究院理化检测中心封接机械强度，实验仪器为万能材料试验机5567，实验速率为1mm/min国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心封接段耐冷热冲击，试验加热时间为20分钟，试验温差为180℃（将玻璃金属封接于加热炉内加热到200℃，取出后迅速放入20℃水中），试验样品浸没时间为1分钟。国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心封接段冷热循环，将玻璃金属封接试样放置于冷热循环箱内，先放入上部180℃高温箱，过一定时间后，迅速将样品置于-50℃低温箱内，然后过一定时间后，再置入高温箱内，高低温保持时间为20分钟，试验循环次数为10次。P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热22产品测试—集热管测试列表3.玻璃外管及其涂层检测测试单位测试内容国家轻工业玻璃产品质量监督检测中心玻璃外管成分及线膨胀系数国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管透射比，测试设备S-45Lambda950紫外可见分光光度计国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管冷凝试验国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管湿冷试验P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热23产品测试—神舟集热管测试列表3.玻璃外管及其涂层检测测试单位测试内容国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管湿热试验国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管耐紫外国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管耐磨试验国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管盐雾国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管耐酸性国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心玻璃外管涂层附着力P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热24产品测试—神舟集热管测试列表4.金属内管及其涂层检测测试单位测试内容国家钢铁材料测试中心剖管金属拉伸国家钢铁材料测试中心压扁试验国家钢铁材料测试中心不锈钢管晶间腐蚀，磨光的晶间腐蚀试样在微沸的硫酸铜水溶液中连续腐蚀16小时后，弯曲180度国家钢铁材料测试中心不锈钢管成分国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心吸收膜吸收率，测试设备S-45Lambda950紫外可见分光光度计国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心金属内管涂层附着力国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）吸收膜发射率，测试仪器法向辐射率测量仪P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热25产品测试—神舟集热管测试列表5.可伐检测测试单位测试内容国家钢铁材料测试中心可伐抗拉强度国家钢铁材料测试中心可伐成分国家钢铁材料测试中心可伐平均线膨胀系数P=0.56282218×T+2.5135E-08×T4P=0.13862615×T+6.1909E-09×T4热26产品测试—神舟集热管DLR测试曲线方程产品测试—神舟集热管涂层热稳定性能测试27序号退火温度（℃）退火时间（h）吸收率发射率1--0.9620.06235020.9610.08340020.9540.1450020.9590.14560020.9590.17神舟第二代集热管所选择的涂层在真空中加热到600℃时吸收率相对较稳定，发射率变化在可预计的范围内，涂层的热稳定性能良好。产品测试—神舟集热管匹配封接件冷热冲击测试28冷热冲击终止温度185℃200℃217℃240℃250℃水温4℃4℃4.5℃6.8℃4.7℃测试样品Φ125Φ125Φ125Φ125Φ125测试样品数量30支30支30支30支30支测试结果样品完好样品完好样品完好十五支样品完好，十五支出现环形炸纹。炸纹位置：玻璃体十支样品完好，十二支出现微炸纹，八支出现大炸纹。炸纹位置：玻璃体测试结论产品的抗冷热冲击性能可以稳定在温差200℃，可以满足产品需求：出现炸纹部分都在玻璃体上，封接处完好，达到产品设计要求。*航天环境可靠性试验与检测中心，第二代集热管29•测试条件*本实验用热损测试系统将成品集热管分别在400℃、450℃、500℃、550℃等不同高温下保温720小时，其中升温速率为50℃/小时•测试结果：产品测试—神舟集热管工作寿命测试：不同高温下保持720小时热损试验测试温度（℃）烤消镜面尺寸（mm×mm）吸收率发射率说明400120×800.9550.065450120×800.9530.0651000h500110×800.9500.0691000h550106×760.9500.0701000h*航天环境可靠性试验与检测中心，第二代集热管30神舟集热管专利技术在应用中的效能分析—提高CSP发电的经济性1）更高的发电量耐高温，长寿命太阳能选择吸收涂层玻璃管专用太阳光增透涂层更高集热管可利用率更低的热量损失2）更长的使用寿命光学效率热损吸热管的破损率31神舟集热管专利技术在应用中的效能分析—提高CSP发电的经济性1）更高的发电量耐高温，长寿命太阳能选择吸收涂层中国航天在卫星专用热控涂层的技术储备避免了传统涂层在高温工作环境下，金属原子在涂层内的迁移、聚集以及层-层之间的金属扩散实现更高的吸收率，更低的发射率吸收率1：96.3%发射率2：0.035@80℃；0.089@400℃玻璃管专用太阳光增透涂层使用溶胶-凝胶方法，采取独特工艺配方，在玻璃管内外壁涂镀了优异的太阳光增透涂层将原玻璃管的太阳全光谱透射率从91.7%有效提升至97.2%1:本测试项目交由国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心进行测试2:本测试由第三方测试中心国家太阳能热水器质量监督检测中心测试32神舟集热管专利技术在应用中的效能分析—提高CSP发电的经济性1）更高的发电量更高的集热管可利用率对于整根吸热管，其可利用率并不是100%，但是增加吸热管的可利用率就可以提高吸热管的吸热效率，相当于增加产能，因此吸热管可利用率的提高显得尤其重要常温时吸热管可利用率由第三方实际测得值为96.842%1温度膨胀量吸热管可利用率25℃096.842%100℃5.296.901%200℃12.2896.906%300℃19.8996.912%400℃27.9296.918%1:测试项目交由北京东方计量测试研究所进行测试，测试结果合格，且与计算结果符合良好；100℃~400℃为计算值更低的热量损失我公司于2012年送DLR进行测试当工作温度为350摄氏度时，天瑞星集热管与对照样管的热损相差72W/m。以192个回路的50MW光热电站计算，天瑞星集热管节约热能近8.1MW(72W/m*4.06*3*12*4*192)相当于节约电能3.24MW，占总发电量的6.5%温度天瑞星TRX70-125（w/m)市场样品管（w/m)250℃5888300℃92140350℃141213400℃21432033神舟集热管专利技术在应用中的效能分析—提高CSP发电的经济性2）更长的使用寿命吸热管工作20年后，集热效率衰减为初始的80%，则认定为吸热管的寿命期限。决定吸热管寿命的指标有热损、光学效率和吸热管的破损率。因此，要分析吸热管的寿命，主要从分析以上三个因素入手