太阳能光热能电综合利用技术精品文稿.ppt

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1、太阳能光热能电综合利用技术第1页，本讲稿共32页太 阳 能太阳能（太阳能（Solar）是太阳内部连续不断的核聚变反应）是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，是各种可再生能源中最重要的基本过程产生的能量，是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达射到地面上的辐射能高达1.051018 千瓦时，相当于千瓦时，相当于1.3106 亿吨标准煤，大约为全世界目前一年耗能的一亿吨标准煤，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持万多倍。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持

2、61010 年，可以说它是年，可以说它是“取之不尽，用之不竭取之不尽，用之不竭”的能源。的能源。地球上的地球上的风能风能、水能水能、海洋温差能海洋温差能、波浪能波浪能和生物和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳质能以及部分潮汐能都是来源于太阳 第2页，本讲稿共32页太 阳 能 的 利 用太阳能的利用主要通过太阳能的利用主要通过 光光热热热热 光光光光电电 光光化学化学 光光生物质生物质生物质生物质 等几种转换方式实现等几种转换方式实现 第3页，本讲稿共32页太阳能发电太阳能发电 光热发电光热发电太阳能光热转换太阳能光热转换 现代的太阳能科技可以将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸现代的太阳能科

3、技可以将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。集热式太阳能汽和电力。集热式太阳能(Solar Thermal)。原理是将镜子反射的太。原理是将镜子反射的太阳光，聚焦在一条叫接收器的玻璃管上，而该中空的玻璃管可以阳光，聚焦在一条叫接收器的玻璃管上，而该中空的玻璃管可以让油流过。从镜子反映的太阳光会令管子内的油升温，产生蒸气，让油流过。从镜子反映的太阳光会令管子内的油升温，产生蒸气，再由蒸气推动轮机发电再由蒸气推动轮机发电。第4页，本讲稿共32页太阳能发电 光伏发电太阳能光电转换太阳能光电转换太太阳阳能能光光电电转转换换光光电电转转换换又又称称太太阳阳能能光光伏伏。就就是是利利用用太太阳阳电

4、电池池直直接接将将太太阳阳光光能能转转化化为为电电能能，而而太太阳阳能能电电池池通通常常是是利利用用半半导导体体器器件件的的光光伏效应原理进行光电转换，因此太阳能发电又称为光伏发电。伏效应原理进行光电转换，因此太阳能发电又称为光伏发电。第5页，本讲稿共32页世 界 能 源 结 构 预 测第6页，本讲稿共32页光 伏 发 电 技 术 比 较第7页，本讲稿共32页太阳能发电目前困境1 1，受气候影响很大，如：阴晴、风沙等，受气候影响很大，如：阴晴、风沙等2 2，夜晚不能发电，夜晚不能发电3 3，发电不稳定，以至于电网不允许上网，发电不稳定，以至于电网不允许上网4 4，各种蓄能方法均不成熟，各种蓄能

5、方法均不成熟 因此，被称为垃圾电因此，被称为垃圾电第8页，本讲稿共32页中国太阳能领域研发和创新能力薄弱 技术层面，光伏应用中存在系统效率低、可靠性低，受自然条件限制大，光伏系统专用蓄电池的研发成本高等问题。光伏产业尚未建立起全面的研发和创新体系，也缺乏一些高新制造产业的支撑，因此我国的太阳电池关键生产设备基本依赖进口。这种现状导致我国光伏产业被打上“代工车间”的烙印。另外，光伏生产技术更新换代较快，光伏技术已经在朝着全产业链优化、自动化的方向发展，而我国目前主要靠进口生产线、并且各产业链单兵作战。第9页，本讲稿共32页进入光伏发电领域的主要障碍进入光伏发电领域的主要障碍技术壁垒：光伏设备的设

6、计制造十分复杂，涵盖半导体技术壁垒：光伏设备的设计制造十分复杂，涵盖半导体物理学、热学、自动控制学和机械设计学等多门学科物理学、热学、自动控制学和机械设计学等多门学科人才壁垒：二十一世纪以来，光伏产业发展很快，光伏设备人才壁垒：二十一世纪以来，光伏产业发展很快，光伏设备行业为了更好地支持光伏产业的发展，需要不断的开发新设行业为了更好地支持光伏产业的发展，需要不断的开发新设备、扩大生产规模，这意味着对专业人才有很大的需求。目备、扩大生产规模，这意味着对专业人才有很大的需求。目前，行业内有经验的技术及服务人员数量较少，进入本行业前，行业内有经验的技术及服务人员数量较少，进入本行业面临着人才缺乏的障

7、碍。面临着人才缺乏的障碍。第10页，本讲稿共32页光伏发电单位投资总成本目前光伏发电单位投资总成本为目前光伏发电单位投资总成本为1.90 1.90 万元万元/kw/kw，其中太阳，其中太阳能光伏电池组件能光伏电池组件1.09 1.09 万元万元/kw/kw，占总投资成本的，占总投资成本的60%60%左右。左右。装机容量 1kw 投资（人民币，万元/kw）比例 前期费用、工程设计等 0.20 10.5%太阳能光伏电池组件 1.09 57.3%并网逆变器 0.20 10.5%配电测量及电缆等 0.10 5.3%设备运输 0.08 4.2%安装调试&入网检验 0.23 12.1%合计 1.90数据来

8、源：中国光伏发展报告第11页，本讲稿共32页注意：白天有电，晚上呢？即使只在白天发电，即使是垃圾电，即使政府给与大力即使只在白天发电，即使是垃圾电，即使政府给与大力支持，还是进展缓慢，为什么？支持，还是进展缓慢，为什么？没有调峰谷的蓄能技术没有调峰谷的蓄能技术所以有太阳能发电公司，几十亿投入很大一部分建了火力所以有太阳能发电公司，几十亿投入很大一部分建了火力发电厂调峰，有趣吗发电厂调峰，有趣吗？第12页，本讲稿共32页光热发电逐渐走在前列主要方式：主要方式：碟碟 式式 发发 电电 槽槽 式式 发发 电电 塔塔 式式 发发 电电第13页，本讲稿共32页核 心 技 术-储能中国科学院电工所研究员、

9、中国太阳能光热发电权威专家、中国科学院电工所研究员、中国太阳能光热发电权威专家、中国太阳能光热产业技术创新联盟理事长王志峰博士，在中国太阳能光热产业技术创新联盟理事长王志峰博士，在一次发言中强调：太阳能热发电关键技术在储能，没有储一次发言中强调：太阳能热发电关键技术在储能，没有储能就谈不上热发电，这是实现太阳能光热发电全天候运转能就谈不上热发电，这是实现太阳能光热发电全天候运转的技术保障的技术保障 。第14页，本讲稿共32页国国 家家 政政 策策 今年今年6 6月月1 1日，国家发展和改革委员会颁日，国家发展和改革委员会颁布的布的产业结构调整指导目录产业结构调整指导目录(2011(2011年本

10、年本)正式实正式实施，在指导目录鼓励类新增的施，在指导目录鼓励类新增的新能源新能源门类中，太门类中，太阳能光热发电被放在突出位置。阳能光热发电被放在突出位置。第15页，本讲稿共32页发明的通过太阳能集热装置高效率地集热，应用适合螺杆膨胀发明的通过太阳能集热装置高效率地集热，应用适合螺杆膨胀动力机工作温度的相变材料蓄热，再将所蓄能量均衡的输送给动力机工作温度的相变材料蓄热，再将所蓄能量均衡的输送给螺杆膨胀动力发电机发电；这种高效率、无峰谷、全天候的太螺杆膨胀动力发电机发电；这种高效率、无峰谷、全天候的太阳能发电方式，除了可以广泛应用于广大地区的日常发电，还阳能发电方式，除了可以广泛应用于广大地区

11、的日常发电，还能解决海岛、边防、偏远村镇、应急救援、野外工作等更多用能解决海岛、边防、偏远村镇、应急救援、野外工作等更多用电问题。电问题。太阳能光热稳衡发电系统第16页，本讲稿共32页由三部分组成：由三部分组成：太阳能集热装置太阳能集热装置-成熟技术成熟技术相变蓄能材料相变蓄能材料-创新发明创新发明低热源双工质螺杆膨胀发电机低热源双工质螺杆膨胀发电机-成熟技术成熟技术太阳能光热稳衡发电技术第17页，本讲稿共32页核 心 技 术-蓄能无论太阳光强弱，将其能量全部储蓄于应用了相变材料的无论太阳光强弱，将其能量全部储蓄于应用了相变材料的蓄能装置中。蓄能装置中。无论何时发电都由恒温的蓄能装置提供热源。

12、无论何时发电都由恒温的蓄能装置提供热源。当然恒流、无峰谷、并且直接输出交直流电直接使用或并网当然恒流、无峰谷、并且直接输出交直流电直接使用或并网第18页，本讲稿共32页蓄 能 技 术 得 以 实 现蓄能技术的最大障碍是蓄能的流失蓄能技术的最大障碍是蓄能的流失蓄能技术的最大障碍是蓄能的流失蓄能技术的最大障碍是蓄能的流失隔热领域，最好的商品化隔热材料隔热率也要将隔热领域，最好的商品化隔热材料隔热率也要将隔热领域，最好的商品化隔热材料隔热率也要将隔热领域，最好的商品化隔热材料隔热率也要将0.4W/K.M0.4W/K.M我们拥有独立知识产权的，具有世界领先水平的，我们拥有独立知识产权的，具有世界领先水

13、平的，我们拥有独立知识产权的，具有世界领先水平的，我们拥有独立知识产权的，具有世界领先水平的，气凝胶气凝胶气凝胶气凝胶GJGJ干燥制备技术，生产了导热率干燥制备技术，生产了导热率干燥制备技术，生产了导热率干燥制备技术，生产了导热率0.014-0.014-0.0018W/K.M0.0018W/K.M的世界终极隔热材料，使蓄能损失降到极的世界终极隔热材料，使蓄能损失降到极的世界终极隔热材料，使蓄能损失降到极的世界终极隔热材料，使蓄能损失降到极低水平。低水平。低水平。低水平。蓄能技术得以实现，得益于全新隔热材料的研发成功蓄能技术得以实现，得益于全新隔热材料的研发成功蓄能技术得以实现，得益于全新隔热材

14、料的研发成功蓄能技术得以实现，得益于全新隔热材料的研发成功太阳能光热稳衡发电技术第19页，本讲稿共32页蓄 能 保 温 计 算 示 例蓄能温度蓄能温度120120,蓄能箱表面积蓄能箱表面积10平方米平方米保温层厚度保温层厚度20CM，环境温度，环境温度20 根据付里叶定律计算如下：根据付里叶定律计算如下：，采用原最佳保温材料如苯板时采用原最佳保温材料如苯板时Q=-A At/d=-0.05*10*100/0.2=-250wd=-0.05*10*100/0.2=-250w一天一天损失率失率=250*3600*24/180*2000=5.4%=250*3600*24/180*2000=5.4%采用气

15、凝胶保温采用气凝胶保温Q=-A At/d=-0.015*10*100/0.2=-75wd=-0.015*10*100/0.2=-75w一天一天损失率失率=75*3600*24/180*2000=1.6%=75*3600*24/180*2000=1.6%第20页，本讲稿共32页核 心 技 术-储能创新思维，双工质驱动螺杆膨胀动力机的成功，使蓄能创新思维，双工质驱动螺杆膨胀动力机的成功，使蓄能材料的温度变得更低。材料的温度变得更低。需要温度达到需要温度达到300-500 300-500 热损失巨大热损失巨大q=-A At/d=-0.013*10*300/0.2d=-0.013*10*300/0.2

16、 =-225W =-225W可可见即使采用气凝胶即使采用气凝胶损失也要达失也要达5%5%以上以上采用采用=0.05=0.05w/k.mw/k.m的保温材料则的保温材料则q=-A At/d=-0.05*10*300/0.2=-750Wd=-0.05*10*300/0.2=-750W采用原保温材料采用原保温材料损失要达失要达15%15%以上以上第21页，本讲稿共32页核 心 技 术-储能突破性地解决了无机盐水合物相变材料相分离的问突破性地解决了无机盐水合物相变材料相分离的问题；研发出世界最高水平：题；研发出世界最高水平：.极稳定无机盐水合物相变材料 发现了相变材料过冷过热的原因，发现了无机盐水发现

17、了相变材料过冷过热的原因，发现了无机盐水合物激发式吸热的现象，发现了无机盐水合物亚稳合物激发式吸热的现象，发现了无机盐水合物亚稳态在吸放热时的作用；发现了无机盐水合物浓溶液态在吸放热时的作用；发现了无机盐水合物浓溶液特殊的存在的方法。特殊的存在的方法。研发出终级隔热材料，大大减少散热研发出终级隔热材料，大大减少散热第22页，本讲稿共32页发 电 装 置第23页，本讲稿共32页核 心 技 术-储能低温工质螺杆发电机低温工质螺杆发电机太阳能集热系统太阳能集热系统相变蓄能系统相变蓄能系统太太阳阳能能集集热热系系统统低低 温温 工工 质质 螺螺 杆杆 发发 电电 机机相相变变蓄蓄能能系系统统 低温工质

18、螺杆发电机低温工质螺杆发电机太阳能光热发电系统太阳能光热发电系统第24页，本讲稿共32页100KW发电机经济指标序号序号 技术指标技术指标 参数参数1.装机功率装机功率(KW)1502.额定功率额定功率(KW)1503.净发电功率（净发电功率（KW）1004.年净发电量（万度）年净发电量（万度）875.年节约标煤量（吨）年节约标煤量（吨）3506.年减少年减少CO2排放量（吨）排放量（吨）9007.年发电效益（万元）年发电效益（万元）60第25页，本讲稿共32页成本分析 目前目前,全世界范围内真正能够全世界范围内真正能够2424小时均衡发电的小时均衡发电的 太阳能发电技术未见报道太阳能发电技术

19、未见报道;因此所配套相关系统因此所配套相关系统 试验样机价格和批量生产价格无可比性试验样机价格和批量生产价格无可比性,初步估算初步估算,系统名称系统名称 试验价格试验价格 (元元)批量价格批量价格 集热系统集热系统 (KW)9000 (KW)9000 30003000 蓄能系统蓄能系统 (KW(KW）4000 25004000 2500 螺杆机发电机螺杆机发电机 15000 600015000 6000 1KW1KW全系统全系统 30000 1050030000 10500 注意：注意：1 1万元万元/千瓦。这个价格是保证千瓦。这个价格是保证2424小时稳小时稳 定电压输出的，定电压输出的，系

20、统不需要其他调峰、不会成系统不需要其他调峰、不会成 为垃圾、随时在不用电时，不消耗储能。为垃圾、随时在不用电时，不消耗储能。第26页，本讲稿共32页世 界 先 进 水 平 1 1，成本低于世界水平，成本低于世界水平，成本低于世界水平，成本低于世界水平 2 2 2 2，24242424小时连续均衡发电小时连续均衡发电小时连续均衡发电小时连续均衡发电3 3，运行成本极低，运行成本极低，运行成本极低，运行成本极低 4 4，太阳能利用率领先水平，太阳能利用率领先水平，太阳能利用率领先水平，太阳能利用率领先水平5 5，自主知识产权，自主知识产权，自主知识产权，自主知识产权 6 6，适用于阴天，雾天，适用

21、于阴天，雾天，适用于阴天，雾天，适用于阴天，雾天 7 7，共享蓄能用于生活用水及取暖，共享蓄能用于生活用水及取暖，共享蓄能用于生活用水及取暖，共享蓄能用于生活用水及取暖 8 8，综合成本低于各种太阳能发电技术，综合成本低于各种太阳能发电技术，综合成本低于各种太阳能发电技术，综合成本低于各种太阳能发电技术第27页，本讲稿共32页热能+热电综合应用系统 应用路线应用路线应用路线应用路线 ：1 1，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统2 2，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统 热电系统热电系统热电系统热电系统 ：3 3，螺

22、杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统4 4，螺杆动力机，螺杆动力机，螺杆动力机，螺杆动力机/发电机发电机发电机发电机 发电发电发电发电上网？自用上网？自用上网？自用上网？自用 热能系统热能系统热能系统热能系统 ：3.13.1，小区供暖系统，小区供暖系统，小区供暖系统，小区供暖系统/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统4.1 4.1 小区供热小区供热小区供热小区供热取暖？生取暖？生取暖？生取暖？生 活热水？活热水？活热水？活热水？第28页，本讲稿共32页

23、热电系统热电系统热电系统热电系统 ：3 3，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统热能+热电综合应用系统1 1，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统2 2，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统螺杆机驱动介质螺杆机驱动介质螺杆机驱动介质螺杆机驱动介质/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统小区供暖系统小区供暖系统小区供暖系统小区供暖系统/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热

24、交换系变蓄能热交换系 统统统统小区供暖管网系统小区供暖管网系统小区供暖管网系统小区供暖管网系统螺杆机螺杆机螺杆机螺杆机/发电机发电机发电机发电机第29页，本讲稿共32页 热水+热能+热电综合应用系统应用路线应用路线应用路线应用路线 ：1 1，太阳能光热集热系统太阳能光热集热系统2 2，相变材料，相变材料，相变材料，相变材料蓄能蓄能蓄能蓄能系统系统系统系统-关关关关 键技术稳定循环键技术稳定循环键技术稳定循环键技术稳定循环50005000次以次以次以次以 上，无相分离，无过冷上，无相分离，无过冷上，无相分离，无过冷上，无相分离，无过冷 热电系统热电系统热电系统热电系统 ：3 3，螺杆机驱动介质，

25、螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统4 4，螺杆动力机，螺杆动力机，螺杆动力机，螺杆动力机/发电机发电机发电机发电机 发电，上网？发电，上网？发电，上网？发电，上网？自用？自用？自用？自用？热能系统热能系统热能系统热能系统 ：3.113.11，小区供暖系统，小区供暖系统，小区供暖系统，小区供暖系统/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统4.11 4.11 小区供热小区供热小区供热小区供热取暖？取暖？取暖？取暖？热水系统热水系统热水系统热水系统 ：3.13.1，分户或小区

26、热水，分户或小区热水，分户或小区热水，分户或小区热水/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统4.1 4.1 分户或小区分户或小区分户或小区分户或小区生生生生 活热水？活热水？活热水？活热水？第30页，本讲稿共32页 热电系统热电系统热电系统热电系统 ：3 3，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质，螺杆机驱动介质/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统1 1，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统，太阳能光热集热系统2 2，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系统，相变材料蓄能系

27、统 螺杆机驱动介质螺杆机驱动介质螺杆机驱动介质螺杆机驱动介质/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统小区供暖系统小区供暖系统小区供暖系统小区供暖系统/相相相相 变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系变蓄能热交换系 统统统统小区供暖管网系统小区供暖管网系统小区供暖管网系统小区供暖管网系统螺杆机螺杆机螺杆机螺杆机/发电机发电机发电机发电机小区生活小区生活小区生活小区生活热水热水热水热水热水热水+热能热能+热电综合应用系统热电综合应用系统相变材料蓄能系统，老技术，新突破，世界范围内的难题，持续相变材料蓄能系统，老技术，新突破，世界范围内的难题，持续相变材料蓄

28、能系统，老技术，新突破，世界范围内的难题，持续相变材料蓄能系统，老技术，新突破，世界范围内的难题，持续2020年尚未破解。年尚未破解。年尚未破解。年尚未破解。20122012年年年年6 6月，加朗传奇公司登上这一世界科技高峰，解决了无机盐水合物相分离和过冷两大难题。月，加朗传奇公司登上这一世界科技高峰，解决了无机盐水合物相分离和过冷两大难题。月，加朗传奇公司登上这一世界科技高峰，解决了无机盐水合物相分离和过冷两大难题。月，加朗传奇公司登上这一世界科技高峰，解决了无机盐水合物相分离和过冷两大难题。热交换系热交换系热交换系热交换系 统统统统1 1，太阳能集热系统，太阳能集热系统，太阳能集热系统，太

29、阳能集热系统第31页，本讲稿共32页已经完成和正在研发项目还有：已经完成和正在研发项目还有：1，太阳能光热发电项目，太阳能光热发电项目，自主知识产权，纯粹太阳能发电，自主知识产权，纯粹太阳能发电，24小时均衡发电小时均衡发电（专利）（专利）2，隧道式胶粘过滤系统，隧道式胶粘过滤系统，独创专利技术，消灭尘肺，造福人类独创专利技术，消灭尘肺，造福人类 （专利）（专利）3，专业消防装备，专业消防装备，灭火弹，恒温指挥所，快速伐树装置，全国森林火险报警检测系统灭火弹，恒温指挥所，快速伐树装置，全国森林火险报警检测系统4，矿山紧急避险系统，矿山紧急避险系统，通讯、定位、避险通讯、定位、避险 （专利）（专

30、利）5，矿井突水隔断系统，矿井突水隔断系统，全新理念。救生，护井全新理念。救生，护井6，矿井热害防治技术，矿井热害防治技术，提供安全工作环境，为深度开采提供安全、健康保证，提供安全工作环境，为深度开采提供安全、健康保证7，低值褐煤提值技术，低值褐煤提值技术，全新理念，低成本高回报，特别适合火电厂使用。全新理念，低成本高回报，特别适合火电厂使用。8，二氧化碳气体爆破技术，二氧化碳气体爆破技术，专利产品，替代炸药，安全合理，世界领先专利产品，替代炸药，安全合理，世界领先 （专利）（专利）煤炭超细粉碎高效生产技术、未来无害独创汽车驱动技术、近超导常温电力输送技术、相变暖气技术、相变材料制造技术、无源风机、移动式全区域饮用水制造技术，电容式电池按需放电技术，巨型扇叶片防摆稳定技术，隐形涂料技术，机械式大容量蓄能技术，主动式控湿技术,可燃冰固态开采技术（专利），宇航航空过载超重控制技术 非朗肯循环活力发电节能技术提供疑难问题咨询提供疑难问题咨询第32页，本讲稿共32页