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1、2006年節(jié)能與可再生能源發(fā)電技術(shù)研討會論文集碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)趙陽1,李蘭欣2,余(1.兩錦供電公司,遼寧錦州121000;英2,趙碧光2,朱春22.中國電力科學(xué)研究院,北京100085)摘要:碟式斯特林太陽能發(fā)電系統(tǒng)由碟式太陽能收集器、斯特林發(fā)動機(jī)、發(fā)電站自動控制系統(tǒng)3部分組成。由于斯特林發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、噪聲低、壽命長等優(yōu)點(diǎn),碟式斯特林太陽能熱發(fā)電單位投資及發(fā)電成本較太陽能光伏發(fā)電低,既可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行也可以并網(wǎng)運(yùn)行;適用于大規(guī)模開發(fā)利用太陽能,適合我國國情,具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:太陽能熱發(fā)電;碟
2、狀拋物面鏡;斯特林發(fā)動機(jī)0引言當(dāng)前,我國能源和環(huán)境面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。能源潛在危機(jī)和生態(tài)環(huán)境的惡化使世界各國都在積極開發(fā)包括太陽能在內(nèi)的可再生能源。目前,太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面獲得了長足發(fā)展;開發(fā)工作的主流是太陽能向熱能和電能的有效轉(zhuǎn)換,太陽能發(fā)電主要有太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電2種形式。發(fā)達(dá)國家的實(shí)驗(yàn)研究證明,太陽能熱發(fā)電能適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的有效途徑。太陽能熱發(fā)電,先是利用聚光集熱器把太陽能聚集起來轉(zhuǎn)換成熱能,再把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,最后把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)一般由聚光系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)
3、、蓄熱儲能系統(tǒng)以及動力機(jī)——發(fā)電系統(tǒng)組成。當(dāng)前,太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)類型主要有塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代以來,美國、前蘇聯(lián)、法國、德國、日本、西班牙等國家相繼建設(shè)了不同型式的太陽能熱發(fā)電示范工程,促進(jìn)了太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作早在20世紀(jì)70年代末就開始了,一些高校和科研院所對太陽能熱發(fā)電技術(shù)做了一些基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)研究,建造了幾套僅用于模擬的太陽能熱發(fā)電試驗(yàn)裝置。我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)步伐一直進(jìn)展緩慢,至今尚未建設(shè)一座具有一定規(guī)模的太陽能熱發(fā)電站。當(dāng)
4、前,由于人們對能源及環(huán)境問題的關(guān)注,太陽能熱發(fā)電將迎來新的發(fā)展機(jī)遇。從國際太陽能利用技術(shù)的發(fā)展趨勢來看,太陽能熱發(fā)電技術(shù)是可再生能源發(fā)電技術(shù)的一個新焦點(diǎn),碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)將有新的突破和發(fā)展。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),具有建設(shè)投資少、建設(shè)周期短、容量可大可小,既可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行供電,也可以并網(wǎng)運(yùn)行,非常適合我國國情,具有廣闊的應(yīng)用前景。在碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中,采用先進(jìn)的斯特林外燃機(jī)作為動力機(jī)——發(fā)電機(jī)組,構(gòu)成碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),在我國具有非常好的商業(yè)化前景。本文將對碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)作簡要介紹。1系統(tǒng)組成
5、碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由3部分組成:(1)碟式太陽能收集器;(2)斯特林發(fā)動機(jī);(3)發(fā)電站自動控制系統(tǒng)。1.1碟式太陽能收集器碟式太陽能收集器的主體是碟狀拋物面聚焦型反射鏡。由于碟狀拋物面鏡是一種點(diǎn)聚焦集熱器,其聚光比高達(dá)數(shù)百到數(shù)千,可以產(chǎn)生非常高的溫度。碟狀拋物面鏡直徑一般在lO---20m之間,聚光比約1000~4000。拋物面盤采用背面鍍銀玻璃或正面貼有反光薄膜的鋁材制成。整個盤面由若干2006年節(jié)能與可再生能源發(fā)電技術(shù)研討會論文集面板組成,用高強(qiáng)度粘接劑或螺釘固定在托盤上,形成1個堅固連續(xù)的薄殼結(jié)構(gòu),通過裝在盤內(nèi)圓的中心支撐
6、與基座相連,基座可作仰角傳動和方位傳動;仰角傳動和方位傳動均各由直流伺服電機(jī)和減速齒輪組成,齒輪箱的輸出軸與中心支撐相連,分別驅(qū)動反射鏡的仰角和方位。伺服電機(jī)由脈寬調(diào)制電源供電,并由微機(jī)進(jìn)行控制,可以實(shí)現(xiàn)緩沖啟動、正反向運(yùn)行及電制動作用。1.2斯特林發(fā)動機(jī)1.2.1基本工作原理斯特林外燃機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動機(jī)。新型外燃機(jī)使用氫氣作為工質(zhì),在4個封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔,另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮,流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?,膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒,通過加熱器傳給工質(zhì),工質(zhì)不直
7、接參與燃燒,也不更換。外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問題,因此實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。外燃機(jī)可以燃燒各種可燃?xì)怏w,如:天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等,也可以燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料,還可以燃燒木材以及利用太陽能等。只要熱腔達(dá)到700。C,設(shè)備即可做功運(yùn)行,環(huán)境溫度越低,發(fā)電效率越高。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是出力和效率不受海拔高度影響,非常適合高海拔地區(qū)使用。目前有3種型號可供選擇,“熱電聯(lián)產(chǎn)”型、“太陽能一外燃混合發(fā)電”型、“余熱利用”型,以及車用型和流動現(xiàn)場電源。熱電聯(lián)產(chǎn)型將燃料燃燒發(fā)電后的余熱用于供熱。1臺25
8、kW的外燃機(jī),可以供熱44kW,完全可以滿足1000"--l500建筑平方米或1個連級單位的基本能源供應(yīng)。STM設(shè)備可以單臺獨(dú)立使用,也可多臺連用,根據(jù)需要進(jìn)行組合配置,適應(yīng)不同規(guī)模的能源需求