熔盐塔式光热电站是什么?

[图片] 在新闻上看到18大以来的重大科技成果,其中有全球第三座、亚洲第一座可实现24小时连续发电的熔盐塔式光热电站在甘肃敦煌并网发电。谁能科普一下这…
关注者
32
被浏览
29,425

5 个回答

維基搬運工


聚光太陽能熱發電(或稱聚焦型太陽能熱發電,英语:Concentrated solar power,縮寫:CSP)是一個集熱式的太陽能發電廠發電系統。它使用反射鏡透鏡,利用光學原理將大面積的陽光匯聚到一個相對細小的集光區中,令太陽能集中,在發電機上的集光區受太陽光照射而溫度上升,由光熱轉換原理令太陽能換化為熱能,熱能通過熱機(通常是蒸汽渦輪發動機)做功驅動發電機,從而產生的電力

CSP已被廣泛的商業化,並且從2007年至2010年年底,CSP市場已經出現了約740 MW的發電能力的增加。在2010年,超過一半的發電能力(約478 MW)已被安裝,使其全球總發電能力達到1095 MW。西班牙在2010年增加了400 MW,以總的632 MW領先了全球,而美國截至同一年年底增加了78 MW,達到了總發電能力爲509 MW,其中包括兩個化石燃料-CSP混合的發電廠。[1]中東也提升他們的安裝基於CSP項目的計劃,並作為該計劃的一部分,世界上最大的CSP項目Shams-I已被馬斯達爾(MASDAR)安裝在阿布扎比[2]

CSP不會受到雲層干擾,其供電時間為用電高峰,許多CSP可以使用熔鹽儲熱,因此在沒有日照後數小時仍會發電,儲熱量也不需太高,在深夜及凌晨可以停止發電,但此時用電量較低(使用基載電力就可滿足),這樣的CSP就已經很實用,在非高峰時間,CSP的發電量可以依需求調節(可以在短時間內停止發電、此時聚集的熱量會完全儲存於熔鹽內),彈性甚至比天然氣發電還要高。

CSP預計將以快速的步伐繼續增長。截至2011年4月,在西班牙建設另外946MW的容量,使新容量總計為1,789MW,預計到2013年底前投入營運。在美國有進一步的1.5GW的拋物線槽式和發電塔式發電廠正在建設中,并還有簽訂了至少6.2GW的合同。在北非和中東地區,以及印度和中國也存在顯著的興趣。全球市場一直被拋物線槽式發電廠佔據著,佔了90%的CSP發電廠。[1]

CSP不要与聚光光伏(CPV)混為一談。聚光光伏(CPV)是通過光生伏打效應(photovoltaic effect)把聚光的太陽光直接轉換為電能。


目前的技術

聚光太阳能热发电(CSP)被用來產生電力(有時也稱為太陽能熱能發電,通常通過水蒸氣產生)。聚光太陽能技術系統的使用有跟踪系統的鏡子透鏡,把大面積的陽光聚焦到一個小面積。然後將集中的的光用作常規發電廠太陽能熱能發電)的熱源。CSP系統中使用的太陽能聚光器也經常被用來提供工業過程的加熱或冷卻,例如太陽能空調

聚光技術存在四個常見的形式,即拋物線槽型,斯特林碟型,聚光線性菲涅爾反射鏡型,和太陽能發電塔型。[3]雖然簡單,這些太陽能集光器距离理論上的集光最大值还很遠。[4][5]

拋物線槽型


拋物線槽型發電廠,位于加州

主条目:拋物線槽型

拋物線槽型的聚光镜是由把反射光集中到焦線的一個接收器的拋物線反射鏡組成。接收器是在拋物面反射鏡的中間正上方的一個管子,並且管子中充滿了的工作流體。反射鏡通過沿單軸在白天跟踪太陽。在流經接收器时,工作流體(例如,熔鹽[6])被加熱到150-350℃(423~623 K(302~662 °F)),然後將其用作發電系統用的熱源。[7]拋物線槽型系統是最發達的CSP技術。在加利福尼亞州太陽能發電系統(SEGS)廠,世界上第一個商業的拋物線槽型發電廠,Acciona公司在內華達州博爾德市附近的內華達太陽能一廠,和安达索尔太阳能电站,歐洲第一個商業拋物線槽型發電廠都是代表,还有在西班牙阿爾梅利亞的SSPS-DCS的測試設備Plataforma太陽能[8]

斯特林碟型


抛物面太阳能碟把太阳光线聚光到斯特林发动机的加热元件。整个装置可作为一个太阳跟踪器

主条目:斯特林碟型

聚光太阳能热发电(CSP)-斯特林已知具有在所有太陽能技術中最高的效率(30%左右,相對於太陽能光伏PV的約15%),以及被預測為能生產高規模化生產的所有的可再生能源中最便宜的能量和在炎熱地區,半沙漠等。蝶式系統利用大型抛物线曲面聚光反射鏡(形状与卫星电视碟相似),將入射陽光聚集在焦點處,在那裡一個接收器捕捉熱量並將其轉換成有用的形式。通常是碟與斯特林發動機被耦合在一個斯特林碟形系統,但有時蒸汽機也被使用。[9]這些產生旋轉動能,可使用發電機轉換為電能。[10]

聚光線性菲涅爾反射鏡型

主条目:聚光線性菲涅爾反射鏡

菲涅耳反射器是由許多薄的平面鏡條把太陽光集中到管子上,其中管子通過被泵送的工作流體。平面鏡允許在相同的空間中有比一個拋物面反射器量更多的反射面,從而捕獲更多的可用的太陽光,並且它們比拋物面反射器便宜得多。菲涅耳反射器可以用于各種大小的聚光太阳能热发电。[11][12]

太陽能發電塔型

主条目:太陽能發電塔

塔式太陽能熱發電是採用大量的定向反射鏡(定日鏡)將太陽光聚集到一個裝在塔頂的中央熱交換器(接受器)上,接受器一般可以收集100MW的輻射功率,產生1100°C的高溫。

在西班牙的PS10太陽能發電塔,是世界上第一個商業化電力公用事業規模的太陽能發電塔。


在世界各地的部署

CSP發電廠的商業部署從1984年在美國興建太陽能發電系統(SEGS)開始,直到1990年最後SEGS廠完成。從1991年到2006年,沒有CSP發電廠在世界任何地方被建造。

在2013年,全球的装机量增长了36%,或近0.9 GW至3.4GW。西班牙和美国仍是全球领先者,同时安装CSP的国家数量在不断增加。对于具有高太阳辐射的发展中国家和地区存在显着趋势。自2004年全球CSP安装容量增加了近十倍,并在过去五年中以平均每年50%速度增长。[14]:51

CSP也越来越多地与更便宜的光伏太阳能发电竞争,并采用聚光光伏(CPV),这是一种快速增长的技术,就像CSP最适合高太阳能日照的地区一样[15][16]。此外,近来已经提出了一种新型的太阳能CPV / CSP混合系统[17]


成本

截至2009年9月9日,建设聚光太阳能热发电站(CSP)的成本一般约为每瓦2.50到4美元,[21]而燃料(太阳辐射)是免费的。因此,一个250百萬瓦(MW)的聚光太阳能热发电站(CSP)将耗资6亿-10亿美元兴建。可以算出至0.12至0.18美元/千瓦时(kWh)。[21]新的CSP发电站可能会与化石燃料相比在经济上具有竞争力。彭博新能源财经太阳能分析师纳撒尼尔·布拉德(Nathaniel Bullard)的计算,在正在建设中的南加州的一个项目伊万帕太阳能发电设施的电费成本,会低于从光伏发电并且会大约相同于从天然气发电。[22]但是,在2011年11月,谷歌宣布他们将不会再在CSP项目的投资,因为太阳能光伏价格快速下滑。谷歌已经花费1.68亿美元在BrightSource公司。[23][24]国际可再生能源机构(IRENA)于2012年6月已出版一系列研究,题为:《可再生能源成本分析》。CSP的研究表明CSP电站有建设和运营两个成本。成本有望下降,但也有因为安装不足而不足以明确地建立学习曲线。截至2012年3月,有1.9吉瓦(GW)的CSP被安装,其中1.8吉瓦(GW)是抛物线槽型集光器的。[25]

在2017年智利拍卖会上,SolarReserve以24小时CSP电力出价没有补贴的63美元/MWh(¢6.3/kWh),与其他类型的液化天然气(LNG)燃气轮机竞争[26]

未来

国际绿色和平组织,欧洲太阳能热电协会,和国际能源署的SolarPACES组织的一项研究调查了聚光太阳能发电的潜力和未来。研究发现,到2050年聚光太阳能热发电量可能占到世界能源需求的25%。投资额将从20亿欧元增加到当时的925亿欧元[27]。西班牙是聚光太阳能发电技术的领导者,有50多个政府批准的项目。此外,它出口其技术,进一步增加该技术在全球能源的份额。专家预测,非洲,墨西哥和美国西南部地区的增幅最大,因为CSP这项技术在高太阳辐射地区的表现最好。这表明基于硝酸盐,...)的储热系统将使CSP工厂越来越有利可图。该研究考察了这项技术的三个不同后果:CSP技术无增长,西班牙和美国的投资持续增长,和最后的CSP的没有任何障碍的真正增长潜力。第三部分的结果如下表所示:

年度年度投资额积累的容量 2015年€210亿4,755 MW 2050年€1740亿1,500,000 MW

最后,这项研究确认了CSP的技术如何改进,以及如何在2050年之前大幅度降价。预计从目前的0.23-0.15美元/kwh的范围下降到0.14-0.10美元/kwh[27]

继续浏览内容
知乎
发现更大的世界
打开
浏览器
继续

最近腾讯新闻节目组《看得见的未来》实拍了敦煌熔盐塔式发电机,来了解一下(完整版可以直接搜索节目)

https://www.zhihu.com/video/1096376836031885312

敦煌,这里全年日照时数超过3000多个小时,炽热的阳光肆意倾泄在这片广茂的戈壁上。首航节能的王文博负责建造了敦煌100MW熔盐塔式光热电站,捕获的太阳能量。

目前行业主流的光热发电技术按照聚光器类型和接收器类型分为 4 类:槽式、塔式、碟式和菲涅尔式。在光热电站开发中,熔盐作为一种性能较好的传热、储热工作介质,已成为当前光热电站实现长时间稳定发电的重要保障。

当下熔盐塔式光热发电技术已比较成熟,国际上已进入大规模商业化应用阶段。而我国光热发电电站的建设处于起步期,但是在技术上与国外相比已无明显差距,部分环节已经具备技术优势,太阳能热发电的关键和主要装备也基本实现国产化。

按照光热产业联盟 2015 年的调研数据显示,国内光热发电的装备国产化率已经达到 90%以上。

首航节能自 2010 年起开展光热发电业务,陆续在北京、上海、天津建立光热发电业务研发设计、系统集成、生产制造中心,构建了从研发设计、核心装备制造、电站总包到后期运行维护的全产业链布局。

首航节能在敦煌建成了国内首个百兆瓦机光热发电站,也是目前全球聚光规模最大,可24小时连续发电的熔盐塔式光热电站。

戈壁滩上,高260米的集热塔,被12000面镜子包裹其中,每面镜子的采光面积115平方米,总采光面积达到140万平方米。

王文博介绍,“塔里存储着3万吨的熔盐,熔盐是液态的盐,是一种可以高温传热,蓄热的介质。我们通过一个化盐系统把它变成210度,形成液态,然后进入整个熔盐系统。用它来吸热,换热和产生蒸汽。”

“12000面镜子的面积如果加起来,能达到860公里,1万多面镜子就像1万多个机器人,通过集中控制,变成是个机器人集群。因为里面有像机器人的那些,控制软件、控制仪器,控制系统,执行机构和通信系统。”王文博解释。

太阳升起,镜子就开始条调整角度,将阳光反射并聚焦在塔顶的集热器上,一天之内太阳的角度不同变化,镜子就不停的自动调整角度,它们能够随着太阳的移位时刻保持着最佳的反射角度,聚焦精度可达到0.03度至0.05度。

聚集的阳光可以形成超过1000摄氏度的高温,集热塔将热量传递到塔下3万吨熔盐中,用水冷却的熔盐的过程中产生大量蒸汽,推动汽轮机产生电力。“用这种盐来储存热能来发电,成本非常低的。”王文博说。

“所有的镜子如果满负荷运转,一天可以发4度亿电。敦煌到了夏至这种天气,日照时间最长的时间,一天应该能有200多万的这么一个收益。”王文博介绍。

集热器将熔盐加热到超过500度,进入熔盐罐中储存热能,夜晚或阴天的时候,使用熔盐储热的优势就凸现出来了。罐中上万吨的熔盐,依旧可以持续放热,在没有太阳的时候持续发电。

继续浏览内容
知乎
发现更大的世界
打开
浏览器
继续
为什么?