《塔式太阳能热发电站关键控制技术》郭铁铮著，刘德有著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《塔式太阳能热发电站关键控制技术》

【作　者】郭铁铮著，刘德有著

【页 数】 173

【出版社】 南京:河海大学出版社 , 2022.03

【ISBN号】978-7-5630-7485-3

【价 格】69.00

【参考文献】 郭铁铮著，刘德有著. 塔式太阳能热发电站关键控制技术. 南京:河海大学出版社, 2022.03.

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《塔式太阳能热发电站关键控制技术》内容提要：

本书以塔式太阳能热发电站为研究对象，旨在对热发电系统中的若干关键控制问题及相关方向展开研究和探讨，全书内容共分六章。第一章概述了三种太阳能热发电系统的基本概念、发展现状和特点，重点介绍了塔式太阳能热发电的研究现状及趋势。第二章考虑太阳辐射能存在的密度低、间歇性、空间分布不断变化等特点，分析目前定日镜的常见跟踪控制方式，研究提高定目镜跟踪精度的方法，提出新型的定日镜结构和日光定位方式，开发高精度的定日镜系统。第三章详细介绍定日镜场的监控网络结构和通信规约，分析和研究镜场能量计算方法及吸热器接收面能流密度分布计算方法；提出镜场的调度和优化任务，研究镜场调度问题的理论模型并设计相应算法，实现了吸热器能流密度的均化分布。第四章针对水蒸气吸热器受到太阳辐射能间歇性和不确定性影响，提出吸热器的主要控制任务，研究水蒸气吸热器的控制方法及系统实现。第五章分析塔式太阳能电站的热力系统和运行模式，提出电站集中控制总体方案；分析电站的故障诊断策略和故障处理方法，研制故障诊断专家系统。本书拟通过以上内容的研究，为塔式太阳能电站的自动控制、安全和稳定运行提供依据和借鉴。

《塔式太阳能热发电站关键控制技术》内容试读

第一章

绪论

1.1太阳能热发电背景及意义

1.1.1意义

能源是人类赖以生存的五大要素之一，是国民经济和社会发展的重要战略物资。经济、能源与环境的协调发展，是实现经济社会可持续发展的重要前提。但随着经济的不断发展，人类对能源的需求量越来越大，从17世纪至2021年12月，全球人口数量从5亿猛增到75亿，煤炭等能源的消耗也与日俱增。目前，全球能源供给主要还是来自石油、煤炭等传统能源，但这些资源储量有限，总有一天会枯竭。

能源危机与环境污染的双重压力促使各国能源生产与消费模式向清洁能源方向转型，光热发电技术近年来在我国以及全球迎来高速发展，未来将在电力系统中发挥重要作用。光热发电技术的研究起源于20世纪末期，2007年西班牙建设了世界第一座商业化运营的太阳能光热电站，此后光热电站发展不断加速，

截至2015年底，全世界累计已投运光热电站超过5GW,进入设计及建设阶段

的光热电站超过1GW。根据世界能源署预计，2025年全世界光热装机容量将

达到22GW。2050年全世界光热发电量可能占全球总发电量的11.3%。我国

太阳能资源十分丰富，西部及西北部地区的沙漠以及沙地是建设光热电站的理想站址。根据中国可再生能源学会预计，光热发电技术有希望成为我国主要可

再生能源发电技术之一，2030年容量可能达到30GW,2050年可能达到

180GW。

太阳能光热发电作为新兴的发电技术，技术优势主要体现在以下方面：

(1)相比常规煤电机组，光热发电是可再生能源，几乎不产生碳排放；(2)相比风电和光伏发电，光热发电拥有与常规煤电机组相媲美的调节特性，能够实现“以可再生能源消纳可再生能源”的作用；(3)光热电站的储热系统既可通过电站集热系统充热、储热，也可通过电加热系统将网上的峰值电力转化为热能存储发

002

塔式太阳能热发电站关键控制技术

电。这样的工作方式非常有利于电力系统的动态平衡，也能很好地参与电力市场交易。

根据世界能源署的统计，目前光热电站的造价高于目前主流发电形式的造价，导致光热电站投资在没有政府补贴的环境下缺乏热情。随着光热发电技术的不断成熟以及规模效应的驱动，再加上国际环境对清洁能源的大力支持与发展、中国“双碳”目标的提出与达成，预测未来5年内太阳能光热电站的造价将大幅度下降，在2025年，将低至与峰荷、调峰电源水平相当，2050年将与基荷电源相当。根据全球对光热发电的发展规划、光热发电的技术优势以及不断更具竞争力的成本水平，光热发电将成为支撑未来实现高比例可再生能源发展、实现“双碳”目标的重要技术。

1.1.2相关政策

目前，太阳能发电也已成为我国能源战略调整的重要方向，我国相继颁布了促进太阳能发电产业快速发展的若干文件和政策。

2005年11月，国家发展和改革委员会印发了《可再生能源产业发展指导目录》，其中明确列出用于为电网供电或为电网不能覆盖地区的居民供电的太阳能热发电技术（包括塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统、盘式太阳能热发电系统和点聚焦太阳能光热直接发电系统)，用以指导相关部门制定支持政策和措施，引导相关研究机构和企业的技术研发、项目示范和投资建设方向。

2006年，国家发展和改革委员会出台了《中华人民共和国可再生能源法》，通过鼓励利用可再生能源改善中国目前的能源结构，保障能源持续稳定供应，防止快速增长的能源需求带来环境污染和生态破坏。确立了一些重大法律制度，如可再生能源总量目标制度，可再生能源并网发电审批和全额收购制度，可再生能源专项资金、税收和信贷等。

2006年2月，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020)》,太阳能热发电技术作为纲要中明确的重要内容，是我国太阳能利用及产业发展的重要方向之一。太阳能热发电技术作为优先发展方向，若干项目相继获得国家项目资金支持，如：2006年“太阳能热发电技术及系统示范”列入国家“863”重点项目；2009年“高效规模化太阳能热发电技术的基础研究”获得国家科技部“973”项目立项。

2007年，国务院审议通过了《可再生能源中长期发展规划》，提出当前和今后一段时间要加快推进太阳能发电、风力发电、生物质发电的产业化发展，逐步提高优质清洁可再生能源在能源结构中的比例。

2011年6月，《产业结构调整指导目录(2011年本)》开始正式施行。在指导目录鼓励类新增的新能源门类中，太阳能热发电被放在突出位置。

第一章绪论003

2012年9月，国家能源局印发《太阳能发电“十二五”规划》，明确太阳能发电的发展目标、开发利用布局和建设重点。按照规划，到2015年底，太阳能发电装机容量达到2100万kW以上，年发电量250亿kW·h。该规划还要求，在“十二五”发展的基础上，继续推进太阳能发电产业规模化发展，到2020年太阳能发电总装机容量达到5000万kW,使我国太阳能发电产业达到国际先进水平。

2013年2月，国家发展和改革委员会同国务院有关部门对《产业结构调整指导目录(2011年本)》有关条目进行了调整，形成了《产业结构调整指导目录(2011年本)》（修正版）。在第一类鼓励类的新能源门类中，太阳能热发电集热系统、太阳能光伏发电系统集成技术开发应用被列在第一条。

2016年9月，国家能源局正式发布《关于建设太阳能热发电示范项目的通

知》，共20个项日入选中国首批光热发电示范项日名单，总装机约1.35GW,包

括9个塔式电站、7个槽式电站和4个菲涅尔电站。国家发展和改革委员会核定我国的太阳能热发电标杆上网电价为1.15元/(kW·h)。

以上政策的颁布和实施，为我国太阳能热发电技术的发展和进一步推广提供了良好的环境。

1.2太阳能热发电概述

聚光型太阳能热发电技术是利用聚光集热装置将太阳辐射能转化为工质的热能，进而推动热力发电系统发电。目前常见的聚光型太阳能热发电系统主要有碟式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统和塔式太阳能热发电系统这

三大基本类型

1.2.1碟式太阳能热发电系统

碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚焦在焦点上，放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质，驱动发电机组发电；或在焦点处直接放置太阳能斯特林(Stirling)发电装置发电。由于单个抛物面反射镜不可能做得很大，因此这种太阳能热发电装置的单个功率都比较小，一般单机功率约为10一25kW,聚光镜直径约10~15m。该种系统具有寿命长、效率高、灵活性强等特点，可以单台供电或多台并联使用，非常适合边远地区和山区发电。图1-1为碟式太阳能热发电装置。

004塔式太阳能热发电站关键控制技术

(a)单台碟式系统

(b)多套并列的碟式发电站

图1-1碟式太阳能热发电装置

碟式太阳能热发电系统一般由三个部分组成：旋转抛物面反射镜、接收器和跟踪系统。旋转抛物面反射镜由几十块镜面组合而成，镜面采用镀银玻璃，用钢结构环作支撑体。接收器通过支撑杆安装在碟式反射镜的焦点上。整个系统通过双轴跟踪装置，控制镜架的高度角和方位角传动机构实现实时跟踪。现有碟式系统主要采用了两种动力发电方式，一种是有机工质兰金循环动力机发电，另

一种是气体工质布雷顿循环斯特林发电机发电。碟式/斯特林发电系统技术上更为先进，可实现冷、热、电三联供电，噪音小、无污染、维护方便，而且光学效率高，启动损失小，效率可达29%。

1.2.2槽式太阳能热发电系统

槽式太阳能热发电系统是将多个槽型抛物面聚光器经串、并联排列，利用聚光器将太阳能聚焦到吸热管处，对管内传热工质进行加热，并在换热器内产生蒸气，驱动汽轮机组发电的线聚焦系统。其工作原理图如图1-2所示。

在20世纪70年代末和80年代初，西班牙、日本、美国等国都做了很多研究开发工作。1981年国际能源机构在西班牙南部的阿尔梅里亚建设了2座额定功率各为500kW的太阳能热发电系统，其中的SSPS-DOS即为槽式系统，该系统使用了164台槽式抛物面镜，其中东西型80台，南北型84台，集热总面积5362m,用油作集热介质和蓄热介质，蓄热容量为0.75MW·h,汽轮机进口蒸气温度为285℃、压力为25×10Pa。日本于1981年在四国香川县仁尾町海

边建设了一座装机容量为1MW的平面镜-曲面镜混合聚光槽式系统。并于

1981年9月投人运行试验，1984年停止运行。美国鲁兹(LUZ)公司在1985年

至1991年短短的7年间共建造9座槽式太阳热发电站(SEGS I一SEGS IX),

总装机容量达到354MWe,投资12亿美元。在这之后，建成并成功运行的典型

第一章绪论1005

太阳能镜场

电网

天然气再热器

太阳能再热器

汽轮机

吸热管

发电机

过热器

天然气

蒸气发生器

锅炉

过

天然气

凝器

预热器

泵

泵

图1-2槽式太阳能热发电系统工作原理图

槽式电站有：由欧盟资助的DISS电站、西班牙的Andasol--1和Andasol-2电

站，以及美国在内达华州建造的SOLAER-ONE电站。

1.2.3塔式太阳能热发电系统

塔式太阳能热发电系统也称作中心吸热器式太阳能热发电系统，是一种大型的太阳能发电系统。这种系统是将吸热器（单侧受光或四周受光）置于接收塔的顶部，定日镜阵列根据吸热器类型，排列在接收塔的四周或一侧。定日镜阵列自动跟踪太阳，将太阳光精确聚焦到吸热器窗口。太阳辐射能加热吸热器内工作介质产生高温工质，驱动汽轮机组或者燃气轮机组发电。另外，电站可配有蓄热部分，以备没有太阳光时使用。塔式太阳能热发电的总效率约为15%~19%。研究表明，塔式太阳能热发电站具有规模大、热损耗小、聚光比大、温度高等特点，其技术可行性和经济可行性均优于碟式系统和槽式系统，是太阳能热发电系统中发电成本最低的一种。

塔式太阳能热发电系统主要由聚光系统（集热系统）、吸热系统、储能蓄热系统（可选）、发电系统、辅助能源系统（可选）和控制系统等子系统组成。图1-3为美国Solar Two塔式太阳能热发电系统工作原理示意图。

1.2.4太阳能热发电系统性能比较

三种聚光型太阳能热发电系统各有各的特点，从聚光方式看，塔式和碟式采用点聚焦方式，可用于高温系统，槽式采用线聚焦方式，适用于中温系统；从发电成本看，碟式系统发电成本与电站装机规模关系不大，可用于分布式供电系统，塔式和槽式系统的发电成本与电站装机规模密切相关（如80MWe电站的发电

006塔式太阳能热发电站关键控制技术

吸热器

三气

上升

阀门

热盐罐

蒸气发生器泵及盐池

N

管

汽轮机发电机

T过热器

定日镜场

蒸发器

预热器

冷盐罐

冷凝系统

吸热器及熔盐

混合泵

集热系统

吸热系统

储热系统

蒸气发生系统

发电系统

图1-3 Solar Two塔式太阳能热发电系统工作原理图

图片来源：Reilly H E,Kolb G J.An evaluation of molten-salt power towers including results of the

Solar Two project[R].SAND 2001-3674,Albuquerque,NM:Sandia National Laboratories,2001.

成本低于10MWe电站的50%)，所以适用于大型太阳能热发电站。表1-1为

三种聚光型太阳能发电方式性能比较。

表1-1三种太阳能热发电方式的技术性能比较

塔式

槽式

碟式

并网电站；中低温热

单机应用或小型独

应用

并网电站；高温热利用：

最大已建电站392MW

利用：

立电站；

最大已建电站280MW

最大已建单机25kW

运行温度可达500℃(商业化运行温度为

较高热电转化率；

400℃)；

高转化率峰值

运行温度可达1000℃

商业化年均效率在

可达30%：

优点

(565℃已在10MW电

14%左右；

可采用模块化形式；

站应用)：

投资及运行费用合理；

可用于混合发电；

可高温储热；

可用模块化形式：

具有试验模型的运

可用于混合发电

土地利用率高；材料要

行经验

求低；

可用于混合发电；可储能

···试读结束···