[00098602]塔式太阳能模块电站定日镜

技术简介： 　　塔式太阳能利用系统，具有宽泛的温场与能场匹配设定、聚光比大、聚焦温度高、能流密度大、热工转换效率高、应用范围广等等优长特点，可进行大规模：光热发电、聚光光伏发电、水制氢、海水淡化、金属冶炼、单晶生长等，众多太阳能用途开发。尤其是大规模太阳能发电与太阳能制氢技术开发，是解决未来能源利用的发展趋势及根本出路。因此，塔式太阳能利用系统，是一种极具价值潜力的太阳能多元化利用平台。 六十多年来，曾先后有许多发达国家，开展过塔式太阳能发电技术研究。然而，由于该项技术利用，客观变数多，矛盾冲突大，攻关难度高。风雨起落，一路坎坷走来。目前，只剩下美、西、以等少数国家进入最后冲刺。纵观发展受阻困原因，主要归结为两点：一是跟踪成本过高，这是由于远距离跟踪，精度要求极高，必须达到齿轮无间隙传动。由此所引起的苛刻制作，是推高跟踪成本的因果来由。二是发电规模太小，发电扩容受到极大限制。由于塔式发电规模取决于定日镜场规模。而当定日镜场规模扩大到一定程度之后，其整体效率呈现锐减下降趋势。目前，塔式太阳能发电系统，因运行效率低，规模效益差，导致发电成本居高不下。离市场化要求，仍有较大的距离。我国开展此项研究起步较晚，现处于试验性探索阶段。在“十一五”期间，国家863计划设立重点研究太阳能塔式热发电关键技术。高效规模化太阳能热发电的基础研究，已列为国家重点基础研究发展计划（973计划）。 　　为了摆脱塔式发电规模，受定日镜场发展空间的极大限制。而打破原有格局，通过引入储能调控元素，将采能与发电进行分离。利用移动储能模块，所具有光—热—热双重转换功能。可将光热转换与热电转换进行分置处理。目的达到，跳出定日镜场约束。以空间，换取时间。从而实现超大规模太阳能分散采集和集中统一发电的目标。具体形式是：由众多移动储能模块，纵横穿梭于塔式采光单元模块阵列，与蒸汽涡轮发电机组之间。担负起太阳能的光热转换—储热加载—热源运送—蒸汽发生，这四个关键环节的过程处理。由此，形成多塔集群式太阳能储能发电运作模式。尤其是移动储能模块运用，不仅在光热转换过程中，能起到储热加载缓冲。而且，还能使光—热—电，原本属于强非线性复杂相干的过程转换，变得：简单、平稳、高效。即大大简化了光—热—电转换流程。同时，还为新型塔式太阳能发电系统的模块化开放设计，铺平了道路。通过整体性优化组合和各系统各自独立的模块化功能强化设计，重新建立起各系统优长互补关系。最终实现塔式太阳能发电，从采能—储能—发电三位一体的高效结合。目标锁定集成超大规模高效储能平稳可控连续发电。太阳能开发利用，是现代高科技手段应用创新。需要精心筹划系统工程，合理制订太阳能开发利用技术路线。只有大幅提升整体效率及规模效益，才能从容叩开商业化市场大门。 组建超大规模太阳能模块电站，主要基于四方面布局设想：1.整合资源，集中优势，全力打造塔式聚光单元模块效率效益最大化。以定日镜小型化轻型设计为关键切入，进行镜场规模与储能模块容量，以及定日镜配型与塔身高度等多边互动设计。并且实施黄金采光地段截取与菱形模块无限扩展相契合，创建高效及密集分布塔式聚光单元模块阵列。2.移动模块储能，利用高温高导相变储能技术，可实现高密度大容量储能模块开发。采取在模块内直接储热释热，与以往从塔顶接收器到地面冷热固定储罐等，加起来一整套复杂工质循环系统相比。可实现管道零距离输送，无腐蚀侵害，无凝固忧患；吸热端构造简化，储热释热转换效率高，储能密度大，使用寿命长，制造成本低；个体维护，不影响整体运行。高密度大容量储能模块技术开发，将打开太阳能利用崭新空间。3.利用大容量高效发电机组与移动储能模块的运行结合，可进行大规模集约化电力生产运行管理。目的达到降低消耗，约束成本，提升效率，实现太阳能模块电站规模效益最大化。4.电站庞大运行系统创建，相应采取：标准化、规范化、模块化、网格化、集成化、规模化等系统优化措施。并且融入：数字化、信息化、网络化、自动化、智能化等，在现代信息化等高科技条件下，实现模块电站高效安装调试及运行管理现代化。 多塔集群式布局设想，是通过在广袤的太阳能采集作业区，展开网格密集型分布。即由众多塔式聚光单元菱形模块阵列，无缝拼接成海量密集分布的塔式聚光单元网格，集成数百至上千兆瓦级别的大规模储热发电模块电站，其占地面积可达到几十平方公里。继由若干模块电站阵列，连片构成数万兆瓦级别的超大规模太阳能模块电站网格，占地规模可扩展到成千上万平方公里。其集成发电运作模式，是将每个塔式聚光单元模块，所转换出来的太阳热能，利用移动储能模块，集中汇拢到中心电站，通过控制储能模块与发电机组投放数量，即可达到并网调峰及连续发电的目的。为了提高发电效率及充分利用余热发电，可采用超临界蒸汽轮机与中低温发电形式并组，构成多级复合式发电。该模块电站运行设计，为多种能源交互式兼容发电。以太阳能储能模块集中控制发电为主。在无日照之时，辅以氢能、生物质能或天然气、煤等过渡燃料，维持长年不间断满负荷高效连续发电，发电效率可达到40%左右。太阳能光电转换率大约在29%以上。 该塔式太阳能模块电站创建，不仅填补国内空白，在国际上也尚属首例。其主体核心装备定日镜，在跟踪性能及加工制作上，已取得关键性的突破。并获得国家专利授权。该款定日镜，采用超大齿轮驱动。可设计出小型化轻型定日镜，具有：结构简单、组装速度快、跟踪精度高、制作成本低、抗风能力强等等优点。二维跟踪均可达到180°转角。反射镜可向下翻转，可避开：沙尘、风暴、雨雪、冰雹等灾害性气候来袭。尤其是定日镜小型化应用，更易于实现智能化除尘防护加载。这在大规模太阳能发电普及中，将是一个不可或缺的重要环节。其跟踪精度上行空间可达到10-3以上，而远距离跟踪所出现的间隙误差，可控制在一致两个百分点以下。该定日镜可在模具化生产条件下，实现高效制作。定日镜每平方米造价可控制在400-700元之间。寿命长达40年以上，四十年之后，只需做局部更新，则定日镜寿命，可再延长一倍。 　　技术的应用领域前景分析： 　　可在太阳能辐射强度一至四类地区，即占国土面积90%以上地区，兴建太阳能兼容电站。该太阳能采集模块，可兼备电能与氢能交互产出。为未来工业、农业、交通运输、国防、民用等，提供比化石能源更廉价的清洁能源。随着太阳能产业崛起，其多元化利用技术研发及产业制造，所拉动地区经济增长及就业岗位增加，将不计其数。太阳能行业是继房地产之后，对我国经济发展推动，将再造新一轮更大更持久的经济增长周期。对我国经济体变革及产业优化升级，将产生重大深远的影响。 　　经济收益分析： 　　一座总装机容量为300MW的太阳能模块电站，运行40年总投入达86.15亿元；若上网电价按现有0.50元/度计算，则40年发电总利润约为303.85∽545.65亿元，投资回收年限为8.8∽5.5年，总投资回报率达353∽633%；电站运行40年，每度电成本0.068∽0.11元/度；模块电站年发电量每亿度投资比例为4.4∽2.7亿元/亿度。到2040年之前，太阳能发电市场开发投入总量，估计可达到130万亿以上。我国太阳能资源开发投入总量，估计可达到500万亿元以上，总纯利润产出可在1750万亿到3150万亿以上。 　　厂房条件建议： 　　可在太阳能辐射等级较强地区，兴建太阳能电站，或在现有火力发电厂周边地区，寻找经济用地，兴建大规模塔式太阳能采集场，为电厂提供太阳能兼容发电。