太陽能輔助太陽能發(fā)電畢業(yè)設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計(論文)</p><p>　　題目：生物質(zhì)能輔助太陽能光伏光熱發(fā)電系統(tǒng)設計</p><p>　　生物質(zhì)能輔助太陽能光伏光熱發(fā)電系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　到目前為止，石油、天然氣和煤炭等化石能源仍然是世界經(jīng)濟的能源支柱，然而化石資源的有限

2、和對環(huán)境的危害性，已經(jīng)日益地威脅著人類社會的安全和發(fā)展。充足的能源、潔凈的環(huán)境是經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基礎條件。1996年聯(lián)合國環(huán)境署報告指出：“從現(xiàn)在到2020年，全球能源消耗將比現(xiàn)在增長50%到100%，由此造成溫室效應的氣體排放將會增加45%到90%，從而帶來災難性后果?！睘榱酥浦沟厍虻臏嘏?，為了人類盡快走出燃煤時代，構(gòu)建一個穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展的未來社會，各國都在不斷追求不排放CO2，不污染環(huán)境的清潔能源。</p><

3、p>　　太陽能和生物質(zhì)能聯(lián)合熱發(fā)電以太陽能和生物質(zhì)資源為主要能源，本身不額外排放 CO2，項目各項環(huán)保指標好，能夠達到綠色環(huán)保電廠的要求。無論哪種聯(lián)合形式，電站的綜合熱發(fā)電效率都比獨立的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)有大幅度的提高。太陽能和生物質(zhì)聯(lián)合熱發(fā)電技術(shù)為我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)自主創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)的快速發(fā)展提供了一個寶貴的機遇。本選題是針對生物質(zhì)能輔助太陽能光伏光熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和運行特性進行分析，繼而設計出可行的優(yōu)良的控制系統(tǒng)。<

4、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能；生物質(zhì)能；光伏發(fā)電；光熱發(fā)電</p><p>　　目前，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)利用主要集中歐洲，占世界安裝總量的81％。德國從2003年采取優(yōu)惠政策推動光伏發(fā)電的發(fā)展，使得民眾大量安裝光伏系統(tǒng)。光伏安裝容量在2010年達到7.4GW，占世界安裝總量的44.1％，是目前全球最大的太陽能發(fā)電市場。西班牙則發(fā)展迅速，2007年新增太陽能光伏發(fā)電裝機容量640MW，成為

5、全球新的第二大市場。</p><p>　　我國在國際市場和國內(nèi)政策的拉動下，光伏產(chǎn)業(yè)逐漸興起并迅速發(fā)展，于2007年開始成為世界太陽能電池第一制造大國，同時涌現(xiàn)了無錫尚德、保定英利、蘇州阿特斯和常州天合等一大批優(yōu)秀的光伏企業(yè)，帶動了上下游企業(yè)的發(fā)展，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。</p><p>　　使用太陽能光伏發(fā)電，能有效減少二氧化碳的排放，減少溫室效應，降低常規(guī)能源消耗。無論從能源安全

6、的長遠戰(zhàn)略角度出發(fā)，還是從調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)需求考慮，太陽能光伏發(fā)電在21世紀會占據(jù)世界能源消費的重要席位。在目前情況下，完全商業(yè)化運作的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價遠遠超出火力發(fā)電，價格上無法與火電競爭。因此，光伏發(fā)電市場現(xiàn)階段一方面需要不斷開發(fā)新的工藝、技術(shù)和材料，降低生產(chǎn)成本；另一方面也需要國家出臺相關(guān)政策大力支持。</p><p>　　BIOMASS AUXILIARY SOLAR PHOTOVOLTAIC SOLA

7、R THERMAL POWER GERERATION SYSTEM DESIGN</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　So far, oil, gas and coal and other fossil fuels are still the pillars of the world economy, energy, the en

8、vironment, however limited, and the dangers of fossil resources, has become increasingly threaten the security and development of human society. Plenty of energy, a clean environment is a basic condition for sustained ec

9、onomic development. 1996 UNEP report noted: "From now to 2020, global energy consumption than they are now up 50% to 100%, and the resulting greenhouse gas emissions will in</p><p>　　Solar and biomass p

10、ower generation combined with thermal solar and biomass resources for primary energy, itself no extra emissions CO2, various environmental indicators project well, to achieve the requirements of green plants. Either form

11、 of association, integrated thermal power plant efficiency than the separate solar thermal power system has greatly improved.Solar and biomass power generation technology combined with thermal solar thermal power industr

12、y of China's rapid development and key te</p><p>　　Key words : Solar；biomass； PV； Solar thermal power generation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b>

13、;</p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 選題意義1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況2</p><p>　　1.3.1 生物質(zhì)能

14、發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況2</p><p>　　1.3.2 太陽能發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況3</p><p>　　1.3.3 太陽能和生物質(zhì)能綜合利用的發(fā)展趨勢3</p><p>　　2 太陽能發(fā)電技術(shù)5</p><p>　　2.1 太陽能光伏發(fā)電5</p><p>　　2.1.1 太陽能光伏發(fā)電原理5</p&g

15、t;<p>　　2.1.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成6</p><p>　　2.1.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類6</p><p>　　2.1.3.1 離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)7</p><p>　　2.1.3.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)7</p><p>　　2.1.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點8</p><

16、p>　　2.2 太陽能光熱發(fā)電8</p><p>　　2.2.1 太陽能光熱發(fā)電的原理8</p><p>　　2.2.2 太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的分類8</p><p>　　2.2.2.1 槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)9</p><p>　　2.2.2.2 塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)9</p><p>　　2.2.2.3 碟

17、式（盤式）太陽能發(fā)電系統(tǒng)11</p><p>　　2.2.2.4 線性菲涅耳反射器系統(tǒng)12</p><p>　　2.2.3 主要聚光發(fā)熱技術(shù)路線比較13</p><p>　　3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)14</p><p>　　3.1 生物質(zhì)的種類和特點14</p><p>　　3.2 生物質(zhì)能的利用轉(zhuǎn)化方式14&

18、lt;/p><p>　　3.3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)15</p><p>　　3.3.1 直接燃燒技術(shù)15</p><p>　　3.3.1.1 固定/活動式爐排燃燒系統(tǒng)16</p><p>　　3.3.1.2 流化床燃燒技術(shù)17</p><p>　　3.3.2 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)17</p><

19、p>　　4 生物質(zhì)能輔助太陽能光伏光熱發(fā)電系統(tǒng)設計19</p><p><b>　　4.1 簡述19</b></p><p>　　4.2 生物質(zhì)能輔助槽式太陽能熱發(fā)電19</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)組成及基本原理19</p><p>　　4.2.2系統(tǒng)流程圖設計與分析20</p>&

20、lt;p>　　4.2.3系統(tǒng)性能模擬22</p><p>　　4.2.3.1系統(tǒng)設計條件22</p><p>　　4.2.3.2系統(tǒng)評價準則23</p><p>　　4.2.3.3系統(tǒng)模擬結(jié)果及分析24</p><p>　　4.3 塔式太陽能熱發(fā)電與生物質(zhì)能聯(lián)合26</p><p>　　4.4 槽式-塔

21、式太陽能熱發(fā)電與生物質(zhì)能聯(lián)合27</p><p><b>　　結(jié)論28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p>　　目前，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)利用主要集中歐洲，占世界安裝總量的81％。德國從2

22、003年采取優(yōu)惠政策推動光伏發(fā)電的發(fā)展，使得民眾大量安裝光伏系統(tǒng)。光伏安裝容量在2010年達到7.4GW，占世界安裝總量的44.1％，是目前全球最大的太陽能發(fā)電市場。西班牙則發(fā)展迅速，2007年新增太陽能光伏發(fā)電裝機容量640MW，成為全球新的第二大市場。</p><p>　　我國在國際市場和國內(nèi)政策的拉動下，光伏產(chǎn)業(yè)逐漸興起并迅速發(fā)展，于2007年開始成為世界太陽能電池第一制造大國，同時涌現(xiàn)了無錫尚德、保定英利

23、、蘇州阿特斯和常州天合等一大批優(yōu)秀的光伏企業(yè)，帶動了上下游企業(yè)的發(fā)展，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。</p><p>　　使用太陽能光伏發(fā)電，能有效減少二氧化碳的排放，減少溫室效應，降低常規(guī)能源消耗。無論從能源安全的長遠戰(zhàn)略角度出發(fā)，還是從調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)需求考慮，太陽能光伏發(fā)電在21世紀會占據(jù)世界能源消費的重要席位。在目前情況下，完全商業(yè)化運作的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價遠遠超出火力發(fā)電，價格上無法與火電競爭。因此，光伏

24、發(fā)電市場現(xiàn)階段一方面需要不斷開發(fā)新的工藝、技術(shù)和材料，降低生產(chǎn)成本；另一方面也需要國家出臺</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在世界范圍內(nèi)不可再生資源的使用量已經(jīng)大大超過環(huán)境所能承受的范圍，燃燒發(fā)電廠產(chǎn)生的污染物對

25、地球環(huán)境產(chǎn)生了負面影響?；茉炊倘币约盎茉蠢脦淼沫h(huán)境污染和全球變暖已成為制約人類社會發(fā)展的瓶頸，能源結(jié)構(gòu)的變革勢在必行，可再生能源以其取之不盡和清潔環(huán)保等優(yōu)勢將逐漸取代化石能源，其中太陽能熱發(fā)電和生物質(zhì)能直燃發(fā)電是兩種重要的可再生能源利用方式，得到了國際學術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。</p><p><b>　　1.2選題意義</b></p><p>　　生物質(zhì)

26、能是太陽能以化學能形式儲存在生物質(zhì)中的能量形式。是以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，是取之不盡、用之不竭的能源資源，是太陽能的一種表現(xiàn)形式。生物質(zhì)能是人類賴以生存的重要能源，目前僅次于煤炭、石油和天然氣，位居世界能源消費總量的第4位。生物質(zhì)能具有可再生性、種類多樣性、低污染性、分布廣泛、儲量豐富等特點。生物質(zhì)能通過植物的光合作用可以再生，因此生生不息、永續(xù)不竭。據(jù)生物學家估計，生物質(zhì)能的年產(chǎn)量相當于世界目前總

27、能耗的10倍，隨著農(nóng)林業(yè)的發(fā)展，生物質(zhì)資源還將越來越豐富。此外，生物質(zhì)的硫、氮含量遠低于煤炭 、石油等能源，燃燒時溫室氣體排放很少，能有效地減緩溫室效應。</p><p>　　太陽能是一種潔凈的可再生能源，取之不盡、用之不竭。聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)是利用太陽能聚光技術(shù)加熱工質(zhì)，然后通過朗肯循環(huán)發(fā)電。根據(jù)聚光技術(shù)的不同將太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)分為槽式、菲涅爾式、塔式和碟式，目前槽式技術(shù)較為成熟，已有商業(yè)化電站運行。已建及在

28、建的拋物槽式太陽能熱發(fā)電電站大多以合成導熱油為傳熱介質(zhì)，但受導熱油高溫分解的限制，通常使用的導熱油的最高工作溫度低于400℃，導致汽輪機入口主蒸汽參數(shù)最高為370-380℃，制約了系統(tǒng)發(fā)電效率的提高，目前該種電站峰值發(fā)電效率僅為24％。發(fā)電效率較低導致槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)開發(fā)利用成本居高不下，在經(jīng)濟上無法與常規(guī)的化石能源相競爭。由于單獨槽式太陽能熱發(fā)電存在許多問題，特別是考慮到系統(tǒng)效率低以及蓄熱技術(shù)還不成熟等，太陽能與化石能源互補的利用

29、模式得到了廣泛關(guān)注，但化石能源的使用仍會增加的排放并污染環(huán)境。</p><p>　　如果要解決這些問題，最合適的方法是采用生物質(zhì)能輔助太陽能發(fā)電技術(shù)，這樣不僅可以有效解決太陽能利用不穩(wěn)定的問題，同時可利用成熟的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)，既節(jié)省了生物質(zhì)發(fā)電廠的生物質(zhì)燃料，又降低了開發(fā)利用太陽能熱發(fā)電技術(shù)和經(jīng)濟風險。當前經(jīng)濟和社會發(fā)展同能源短缺之間的矛盾日益突出，人類將面臨資源和環(huán)境的雙重壓力，如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是急需解決的主

30、要矛盾之一。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)造成環(huán)境污染和溫室效應，從戰(zhàn)略角度出發(fā)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、依靠科技進步，利用生物質(zhì)能、太陽能等可再生資源是一個有效途徑。本選題是針對太陽能和生物質(zhì)能的發(fā)電原理、特性進行分析，然后設計出可行的優(yōu)良的控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　1.3.1 生物質(zhì)能發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況</p><p>　　生物質(zhì)能

31、發(fā)電起源于20世紀70年代，當時世界性石油危機爆發(fā)，丹麥開始積極開發(fā)清潔的可再生能源。在BWE公司的技術(shù)支撐下，1988年誕生了世界上第一座秸桿生物燃料發(fā)電廠，此后生物質(zhì)能發(fā)電在許多國家開始大規(guī)模發(fā)展。</p><p>　　目前，美國生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機容量達10000MW，主要分布在紙漿、紙產(chǎn)品加工廠和其他林產(chǎn)品加工廠。西班牙、瑞典、芬蘭、法國 、英國 、加拿大、奧地利等國也投產(chǎn)運行了多個秸稈焚燒發(fā)電機組。其中

32、，位于英國坎貝斯的生物質(zhì)能發(fā)電廠是目前世界上最大的秸稈發(fā)電廠，裝機容量38MW，總投資約5 億丹麥克朗。除這些發(fā)達國家外，泰國、印度、巴西和東南亞等發(fā)展中國家也通過引進技術(shù)或自行研發(fā)開展了多個生物質(zhì)能發(fā)電項目。</p><p>　　我國從1987 年起開始生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)研究。1998年，1MW谷殼氣化發(fā)電示范工程建成投入運行。1999 年，1MW木屑氣化發(fā)電示范工程建成投入運行。2000年，6MW 秸稈氣化發(fā)電

33、示范工程建成投入運行，為我國更好地利用生物質(zhì)能源奠定了良好基礎。</p><p>　　為推動生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，2003年以來，國家先后批準了河北晉州、山東單縣、江蘇如東和湖南岳陽等多個秸稈發(fā)電示范項目。2006年，我國頒布了《可再生能源法》，并實施了生物質(zhì)能發(fā)電優(yōu)惠上網(wǎng)電價等有關(guān)配套政策，使生物質(zhì)能發(fā)電, 特別是秸稈發(fā)電迅速發(fā)展。國家電網(wǎng)公司、五大發(fā)電集團等大型國有、民營以及外資企業(yè)紛紛投資參與我國生物質(zhì)能

34、發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建設運營。截至2007年底，相關(guān)部門已核準項目87個，總裝機規(guī)模220萬kW。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目超過15個，在建項目 30多個。可見，我國生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)正漸入佳境。</p><p>　　目前國內(nèi)從事生物質(zhì)氣化及直接燃燒發(fā)電技術(shù)的生產(chǎn)科研機構(gòu)主要有：中國科學院廣州能源研究所、清華大學、浙江大學、中國林業(yè)科學研究院、華中科技大學、山東省科學院和其它一些科研院所，他們的一些研究成果已經(jīng)進入商

35、品化階段。</p><p>　　1.3.2 太陽能發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況</p><p>　　1954年，美國貝爾實驗室的Chapin等研制出了世界上第一個多晶硅太陽能電池，電效率位6％，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。從1954～1998年，美國、俄羅斯和德國等國家不斷對太陽能電池進行研究，電池的效率在不斷提高。最近10年世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在2001～2008年期間，全球光

36、伏發(fā)電新增容量持續(xù)快速增長，年均增速達50.2％，復合增長率為47％，2008年產(chǎn)量達到6.85GW。</p><p>　　目前，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)利用主要集中歐洲，占世界安裝總量的81％。德國從2003年采取優(yōu)惠政策推動光伏發(fā)電的發(fā)展，使得民眾大量安裝光伏系統(tǒng)。光伏安裝容量在2010年達到7.4GW，占世界安裝總量的44.1％，是目前全球最大的太陽能發(fā)電市場。西班牙則發(fā)展迅速，2007年新增太陽能光伏發(fā)電裝機容

37、量640MW，成為全球新的第二大市場。</p><p>　　我國在國際市場和國內(nèi)政策的拉動下，光伏產(chǎn)業(yè)逐漸興起并迅速發(fā)展，于2007年開始成為世界太陽能電池第一制造大國，同時涌現(xiàn)了無錫尚德、保定英利、蘇州阿特斯和常州天合等一大批優(yōu)秀的光伏企業(yè)，帶動了上下游企業(yè)的發(fā)展，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。</p><p>　　使用太陽能光伏發(fā)電，能有效減少二氧化碳的排放，減少溫室效應，降低常規(guī)能源消

38、耗。無論從能源安全的長遠戰(zhàn)略角度出發(fā)，還是從調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)需求考慮，太陽能光伏發(fā)電在21世紀會占據(jù)世界能源消費的重要席位。在目前情況下，完全商業(yè)化運作的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價遠遠超出火力發(fā)電，價格上無法與火電競爭。因此，光伏發(fā)電市場現(xiàn)階段一方面需要不斷開發(fā)新的工藝、技術(shù)和材料，降低生產(chǎn)成本；另一方面也需要國家出臺相關(guān)政策大力支持。</p><p>　　1.3.3 太陽能和生物質(zhì)能綜合利用的發(fā)展趨勢 </p&g

39、t;<p>　　太陽能和生物質(zhì)能作為開發(fā)潛力巨大的可再生能源，已經(jīng)引起了世界全國的廣泛關(guān)注。對于新能源利用技術(shù)，加快技術(shù)發(fā)展，擴大市場推廣，提高利用效率滿足我國甚至全球的能源需求具有重大的意義。對于太陽能光伏光熱發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電的利用進行分析，得到如下結(jié)論：</p><p>　?。?）從調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)需求考慮，太陽能光伏發(fā)電會占據(jù)世界能源消費的重要席位，目前需要開發(fā)新的工藝、技術(shù)和材料，降低生

40、產(chǎn)成本，通過生物質(zhì)能的輔助達到穩(wěn)定，同時需要國家出臺相關(guān)政策大力支持。</p><p>　　（2）太陽能發(fā)電在節(jié)能、環(huán)保方面的優(yōu)越性使其得到越來越多的應用，但系統(tǒng)龐大、初投資高、穩(wěn)定性和可靠性較差等是下一步要解決的問題。</p><p>　?。?）太陽能生物質(zhì)能輔助系統(tǒng)將太陽能技術(shù)和生物質(zhì)能技術(shù)相結(jié)合，提高了系統(tǒng)的能效比。直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于集熱／蒸發(fā)器的設計及其與系統(tǒng)的匹配

41、、循環(huán)工質(zhì)的選擇等；而非直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)關(guān)注系統(tǒng)的規(guī)模、尺度和復雜程度以及且集熱循環(huán)存在的管路腐蝕、冬季防凍、夏季防止過熱等問題。</p><p>　　（4）太陽能光伏光熱綜合利用將經(jīng)過加熱后的流體用作采暖或提供熱水，同時降低電池板的工作溫度提升光電效率，這種利用方式將大大提高太陽能的綜合利用效率。目前關(guān)注的問題是集熱和冷卻系統(tǒng)的匹配、循環(huán)工質(zhì)的選擇、不同工況的控制等。</p><p>

42、;<b>　　2 太陽能發(fā)電技術(shù)</b></p><p>　　太陽能發(fā)電主要有太陽能光發(fā)電和太陽能熱發(fā)電兩種基本方式。不通過熱過程直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能的利用方式稱為太陽能光發(fā)電，目前得到實際應用的是光伏電池。太陽能熱發(fā)電是將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。太陽能熱發(fā)電有多種類型, 主要有以下五種: 塔式系統(tǒng)、槽式系統(tǒng)、盤式系統(tǒng)、太陽池和太陽能塔熱氣流發(fā)電。前三種是聚光型太陽能熱發(fā)電

43、系統(tǒng), 后兩種是非聚光型。一些發(fā)達國家將太陽能熱發(fā)電技術(shù)作為國家研發(fā)重點, 制造了數(shù)十臺各種類型的太陽能熱發(fā)電示范電站，已達到并網(wǎng)發(fā)電的實際應用水平。</p><p>　　2.1 太陽能光伏發(fā)電</p><p>　　2.1.1 太陽能光伏發(fā)電的原理</p><p>　　光伏發(fā)電是利用半導體材料光伏效應直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。早在 1839年,法國科學家

44、貝克勒爾就發(fā)現(xiàn)光照能使半導體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(Photovoltaic Effect)”, 簡稱“光伏效應” 。然而 , 第一個實用單晶硅光伏電池(Solar Cell)直到 1954 年才在美國貝爾實驗室研制成功, 從此誕生了太陽能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。</p><p>　　光伏發(fā)電的基本原理如圖 2-1 所示。半導體材料組成的PN 結(jié)兩側(cè)因多數(shù)載流子(N

45、區(qū)中的電子和P 區(qū)中的空穴)向?qū)Ψ降臄U散而形成寬度很窄的空間電荷區(qū) w , 建立自建電場 Ei 。它對兩邊多數(shù)載流子是勢壘 ,阻擋其繼續(xù)向?qū)Ψ綌U散,但它對兩邊的少數(shù)載流子(N 區(qū)中的空穴和 P 區(qū)中的電子)卻有牽引作用 ,能把它們迅速拉到對方區(qū)域。穩(wěn)定平衡時,少數(shù)載流子極少 ,難以構(gòu)成電流和輸出電能。但是, 當太陽光照射到 PN 結(jié)時 , 如圖 l(a)、(b)所示, 以光子的形式與組成 PN 結(jié)的原子價電子碰撞 ,產(chǎn)生大量處于非平衡狀

46、態(tài)的電子 -空穴對 ,其中的光生非平衡少數(shù)載流子在內(nèi)建電場Ei 的作用下 , 將 P 區(qū)中的非平衡電子驅(qū)向 N區(qū),N 區(qū)中的非平衡空穴驅(qū)向P 區(qū), 從而使得N 區(qū)有過剩的電子,P 區(qū)有過剩的空穴。這樣在 PN 結(jié)附近就形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場Eph 。光生電場除一部分抵消內(nèi)建電場外, 還使 P型層帶正電 ,N 型層帶負電, 在N 區(qū)和 P 區(qū)之間的薄層產(chǎn)生光生電動勢。當接通外部電路時 ,就會產(chǎn)生電流,輸出電能。當把眾多這樣小的太

47、陽能光伏電池單元通過串并聯(lián)的方式組合</p><p>　　圖2-1 太陽能光伏發(fā)電的原理圖</p><p>　　2.1.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、控制器和逆變器組成 。</p><p>　　1. 太陽能電池方陣</p><p>　　在有光照(無論是太陽光

48、還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照)情況下 ,電池吸收光能, 電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累 ,即產(chǎn)生“光生電壓” , 這就是“光生伏打效應” 。在光生伏打效應的作用下,太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢, 將光能轉(zhuǎn)換成電能, 如同一個能量轉(zhuǎn)換器 。太陽能電池一般為硅電池 ,分為單晶硅太陽能電池 , 多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。</p><p><b>　　2. 控制器</b></p>

49、<p>　　控制器對整個系統(tǒng)實施過程控制 ,并對蓄電池起到過充電保護 、過放電保護的作用 。在溫差較大的地方,控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。</p><p><b>　　3. 逆變器</b></p><p>　　由于太陽能電池和蓄電池是直流電源, 當負載是交流負載時, 逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的必不可少的設備。逆變器按運行方式 ,可分為獨立運行逆變器和

50、并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng) ,為獨立負載供電 ;并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器 。方波逆變器電路簡單, 造價低,但諧波分量大,一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng);正弦波逆變器成本高 ,但可以適用于各種負載 。</p><p>　　2.1.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類<

51、;/p><p>　　目前 ,太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為兩類:離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 。</p><p>　　2.1.3.1 離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)</p><p>　　離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)為未與公共電網(wǎng)相聯(lián)接，又稱為獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要應用于遠離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場所, 如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠農(nóng)村、海島、通信中繼站、邊防哨所等場合提供電源 。&

52、lt;/p><p>　　離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)是一種常見的太陽能應用方式 ,系統(tǒng)簡單, 適應性廣, 但因其蓄電池的體積偏大和維護困難,限制了使用范圍 ,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)</p><p>　　2.1.3.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為與公共電網(wǎng)相聯(lián)接，共同承擔

53、供電任務。它是太陽能光伏發(fā)電進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段, 成為電力工業(yè)組成部分之一的重要方向 ,也是當今世界太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢 。</p><p>　　當用電負荷較大時, 太陽能電力不足就向市電購電。在背靠電網(wǎng)的前提下, 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)省掉了蓄電池 ,從而擴展了使用的范圍,提高了靈活性,并降低了造價,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示 。</p><p>　　聯(lián)網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系

54、統(tǒng)具有許多獨特的優(yōu)越性：</p><p>　　(1)可以對電網(wǎng)調(diào)峰 ,提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性, 改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，有效地消除電網(wǎng)雜波。</p><p>　　(2)所發(fā)電能回饋電網(wǎng), 以電網(wǎng)為儲能裝置, 省掉蓄電池。與獨立太陽能光伏系統(tǒng)相比可減少建設投資 35%～ 45%，發(fā)電成本大大降低。</p><p>　　(3)光伏電池與建筑完美結(jié)合，既可發(fā)電又可作為建筑材

55、料和裝飾材料，使資源充分利用，發(fā)揮多種功能。</p><p>　　(4)出入電網(wǎng)靈活, 既有利于改善電力系統(tǒng)的負荷平衡，又可降低線路損耗。</p><p>　　圖2-3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　2.1.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點</p><p>　　1. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點</p><p>　　

56、(1)陽光隨處可得 ,不受地域限制；(2)安全可靠；(3)無噪聲、無污染；(4)不消耗資源；(5)不需要架設遠距離輸電線路；(6)安裝簡單 、方便,建設周期短；(7)分散建設 , 就地發(fā)電；(8)便于融資；(9)便于分步實施。</p><p>　　2. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)缺點</p><p>　　(1)受時間周期 、地理位置、氣象條件的限制;(2)光能轉(zhuǎn)換效率偏低;(3)成本高。</

57、p><p>　　2.2 太陽能光熱發(fā)電</p><p>　　2.2.1 太陽能光熱發(fā)電的原理</p><p>　　太陽能光熱發(fā)電也叫聚焦型太陽能熱發(fā)電（Concentrating Solar Power，簡稱CSP）。太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（液體或氣體），再加熱水形成蒸汽，驅(qū)動汽輪機組發(fā)電，簡稱

58、光熱發(fā)電技術(shù)。他與光伏發(fā)電相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運行成本低等優(yōu)點。</p><p>　　2.2.2 太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的分類</p><p>　　根據(jù)聚光方式的不同，光熱發(fā)電可分為4種方式：塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾式。這4種發(fā)電方式雖然各有差異，但可以大致地分為太陽能集熱系統(tǒng)、熱傳輸和交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)3個基本系統(tǒng)。部分大型太陽能光熱發(fā)電項目還增加一個儲熱系統(tǒng)。</p>

59、;<p>　　2.2.2.1 槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，加熱集熱管中的工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電，見圖2-4。</p><p>　　圖2-4 槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理圖</p><p>　　槽式太陽能聚光系統(tǒng)的聚光比為

60、10~100，以油為導熱流體（工質(zhì)）的聚熱溫度最高為400 ℃，以混合硝酸鹽（工質(zhì)）為導熱流體最高能使集熱溫度達到550 ℃，后者對于提高發(fā)電效率而言更具有優(yōu)勢，但是總的發(fā)電效率還是較低。另外，為了克服太陽能在時間上分布不均的特點，還要設置蓄熱系統(tǒng)，或者是用其它燃料作為補充調(diào)整。</p><p>　　2.2.2.2 塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)由定日鏡群、接收

61、器、蓄熱槽、主控系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)5個部分組成。在地面上布置大量的定日鏡，一種自動跟蹤太陽的球面鏡群。在這一群定日鏡中的適當位置建立一座高塔，高塔頂上安裝接收器。各定日鏡均使太陽光聚集成點狀，集中射到鍋爐上，使接收器的傳熱介質(zhì)達到高溫，并通過管道傳到地面上的蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生高溫蒸汽，由蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，見圖2-5。</p><p>　　圖2-5　塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電原理圖</p><p&

62、gt;　　塔式太陽能集熱系統(tǒng)有很高的聚光比，通常為300~1500。運行溫度為1 000~1 500 ℃。接受器是塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)采用的導熱介質(zhì)的不同，目前可以分為外部受光型和空腔型。外部受光型接受器可四周受光，多用在大型太陽能系統(tǒng)中，優(yōu)點是工作溫度非常高，因而電轉(zhuǎn)化效率高。其缺點是熱管直接暴露而產(chǎn)生熱量散失，另外塔的體積也很龐大，見圖2-6。</p><p>　　圖2-6　西班牙塔式太陽能

63、發(fā)電系統(tǒng)（外部受光型接受器）</p><p>　　空腔型即腔體式接收器，用耐高溫材料制成的空腔，空腔一面開口裝有透光好、耐高溫的石英玻璃，腔內(nèi)壁有金屬網(wǎng)以增大吸熱與交換面積。封閉的內(nèi)腔似絕對黑體，吸熱性能很好，會聚的陽光透過石英玻璃窗口能在腔內(nèi)產(chǎn)生很高溫度，傳熱的工作介質(zhì)（一般用高壓空氣）通過腔內(nèi)被加熱成1000℃的高溫氣體輸出，見圖2-7。</p><p>　　圖2-7　塔式太陽能發(fā)電系

64、統(tǒng)（腔體式接收器）</p><p>　　由于腔體有保溫層，故熱損失小，空氣價格又便宜，但空氣熱容量小、導熱系數(shù)低，如何高效傳熱是主要技術(shù)問題。腔體式接收器多是只有一面開窗的，故接受陽光的角度是有限的，一般不超過120°角。</p><p>　　2.2.2.3 碟式（盤式）太陽能發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　碟式（又稱盤式）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（拋物面反射鏡斯特

65、林系統(tǒng)）是世界上最早出現(xiàn)的太陽能動力系統(tǒng)。它由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點上，有很高的聚光比，達3000以上，能在焦點處產(chǎn)生很高的溫度，比其它兩種熱發(fā)電方式的聚光溫度都要高，運行溫度為750~1 500 ℃，因此它可以達到很高的熱機效率，見圖2-8。 近年來，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要開發(fā)單位功率質(zhì)量比更小的空間電源。盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)應用于空間，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運行費用低等優(yōu)點。&

66、lt;/p><p>　　圖2-8 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　不同于槽式發(fā)電系統(tǒng)，碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)化裝置主要采用斯特林機作為原動機。自由活塞斯特林機是一種活塞式外燃機，在汽缸內(nèi)有一個配氣活塞和一個動力活塞。汽缸側(cè)壁連接配氣活塞上下室的旁路，循環(huán)工質(zhì)通過旁路交替運動到配氣活塞的上室和下室。上室和熱源交換器耦合，將吸熱器的熱量傳遞給工質(zhì)，工質(zhì)受熱膨脹推動動力活塞做功，輸出

67、功率。下室通過中間介質(zhì)回路把余熱傳遞給回熱器，工質(zhì)通過旁路往復流動完成循環(huán)。斯特林熱機最高的熱電轉(zhuǎn)換效率可達40%。</p><p>　　2.2.2.4 線性菲涅耳反射器系統(tǒng)</p><p>　　線性菲涅耳反射器系統(tǒng)也是近年興起的一種太陽熱發(fā)電技術(shù)，它被認為是對槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的改進。線性菲涅耳反射聚光器事由主反射鏡場、接收器和跟蹤裝置三部分組成。主反射鏡場是由平面鏡條組成的平面鏡陣列，

68、平面鏡的長軸（即轉(zhuǎn)動軸）在同一平面內(nèi)，跟蹤裝置使平面鏡繞長軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)跟蹤太陽的目的。平面鏡反射光匯聚到接收器的受光口，接收器接收到主反射鏡的反射光，加熱吸收鋼管流動工質(zhì)，使光能轉(zhuǎn)化為熱能。</p><p>　　線性菲涅耳反射器系統(tǒng)采用菲涅耳結(jié)構(gòu)的聚光鏡來替代拋物面鏡，并且集熱管具有二次反射的功能，聚光效率一般是常規(guī)拋物面型集熱器的3倍，建造費用可降低50%。圖2-9展示了一種線性菲涅耳反射器系統(tǒng)的集熱原理。&l

69、t;/p><p>　　圖2-9　線性菲涅爾式聚光發(fā)電系統(tǒng)集熱原理</p><p>　　2.2.3 主要聚光發(fā)熱技術(shù)路線比較</p><p>　　槽式技術(shù)成熟、但轉(zhuǎn)換效率低；塔式效率高、但跟蹤系統(tǒng)復雜、一次性投入大；碟式單機可標準化生產(chǎn)、但發(fā)電成本較高、單機規(guī)模很難做大；線性菲涅爾式投資少、發(fā)電成本低，但工作效率也偏低、也尚在研究、完善階段。幾種方式各自優(yōu)勢明顯，同時缺點

70、也很明顯。表1-1比較了主要聚光發(fā)熱技術(shù)路線的優(yōu)劣。</p><p>　　表1-1　CSP不同技術(shù)路線比較</p><p>　　3 生物質(zhì)能發(fā)電機組</p><p>　　3.1 生物質(zhì)的種類和特點</p><p>　　生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。而生物質(zhì)能，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式

71、，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。可利用生物質(zhì)的種類很多，可以從各種各樣的農(nóng)作物、森林的原材料直接獲得，也可以從森林工業(yè)的副產(chǎn)品，回收利用家庭垃圾、回收利用毀壞的木材和紙張中獲得。作為能源利用的生物質(zhì)的種類及特點如表3-1所示。</p><p>　　表 3-1 生物質(zhì)的種類及特點</p><p>　　3.2 生物質(zhì)能的利

72、用轉(zhuǎn)化方式</p><p>　　生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵目的是提高其作為燃料相對較差的特性。生物質(zhì)的利用轉(zhuǎn)化方式有熱化學法、生物化學法、提取法三種，如圖3-1。熱化學法是指高溫下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其它形式能量的轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包括四種方式：直接燃燒(直接將生物質(zhì)完全燃燒放出熱量)、氣化(在氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下對生物質(zhì)進行部分氧化而轉(zhuǎn)化成氣體燃料的過程)、熱解(在沒有氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下，單純利用

73、熱使生物質(zhì)中的有機物質(zhì)等發(fā)生熱分解從而脫除揮發(fā)性物質(zhì)，常溫下為液態(tài)或氣態(tài)，并形成固態(tài)的半焦或焦炭的過程)、直接液化(在高溫高壓和催化劑作用下從生物質(zhì)中提取液化石油等)。生物化學法是指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下產(chǎn)生沼氣、酒精等能源產(chǎn)品。提取法是利用生物質(zhì)提取生物油。</p><p>　　圖3-1 生物質(zhì)的各種轉(zhuǎn)化路線</p><p>　　3.3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)</p><

74、;p>　　生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵目的是提高其作為燃料相對較差的特性。生物質(zhì)的利用轉(zhuǎn)化方式有熱化學法、生物化學法、提取法三種。熱化學法是指高溫下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其它形式能量的轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包括四種方式：直接燃燒(直接將生物質(zhì)完全燃燒放出熱量)、氣化(在氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下對生物質(zhì)進行部分氧化而轉(zhuǎn)化成氣體燃料的過程)、熱解(在沒有氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下，單純利用熱使生物質(zhì)中的有機物質(zhì)等發(fā)生熱分解從而脫除揮發(fā)性物質(zhì)

75、，常溫下為液態(tài)或氣態(tài)，并形成固態(tài)的半焦或焦炭的過程)、直接液化(在高溫高壓和催化劑作用下從生物質(zhì)中提取液化石油等)。生物化學法是指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下產(chǎn)生沼氣、酒精等能源產(chǎn)品。提取法是利用生物質(zhì)提取生物油。</p><p>　　生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)包括：直接燃燒(包括與煤混含燃燒)、氣化和熱解等。直接燃燒和氣化是利用生物質(zhì)原料發(fā)電的主要方式。</p><p>　　3.3.1 直接

76、燃燒技術(shù)</p><p>　　以秸稈、垃圾等為代表的生物質(zhì)發(fā)電方式為直接燃燒發(fā)電。燃燒秸稈發(fā)電時，秸稈入爐有多種方式：可以將秸稈打包、粉碎造粒(壓塊)、或打成粉或者與煤混合后末打入鍋爐。其生產(chǎn)過程為：將秸稈等生物質(zhì)加工成適于鍋爐燃燒的形式(粉狀或塊狀)，送入鍋爐內(nèi)充分燃燒，使儲存于生物質(zhì)燃料中的化學能轉(zhuǎn)變成熱能；鍋爐加熱后產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽在過熱器內(nèi)繼續(xù)加熱成過熱蒸汽進入汽輪機，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)，將蒸汽的

77、內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機械能，最后由發(fā)電機將機械能變成電能。具體發(fā)電流程如圖 3-2 所示。</p><p>　　圖3-2 秸稈直接燃燒發(fā)電原理流程</p><p>　　1-生物質(zhì)儲存區(qū); 2-粉碎系統(tǒng); 3-排粉風機; 4-鍋爐; 5-空氣預熱器;</p><p>　　6-送風機; 7-除塵器; 8-引風機; 9-灰渣泵; 10-煙囪</p><p&g

78、t;　　直接燃燒是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能的傳統(tǒng)技術(shù)。圖3-3 是生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電系統(tǒng)的圖解。</p><p>　　圖3-3 生物質(zhì)直接燃燒的發(fā)電系統(tǒng)概念圖</p><p>　　生物質(zhì)的直接燃燒可分為三個階段，即預熱起燃階段、揮發(fā)分燃燒階段和炭燃燒階段。直接燃燒發(fā)電的過程是：在生物質(zhì)燃燒之前，經(jīng)過預處理過程。這個過程包括：分選、混合、成型、干燥。經(jīng)過預處理的生物質(zhì)與過量空氣在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生

79、的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生出的高溫高壓蒸汽在汽輪機和發(fā)電機中發(fā)出電能。通常，在凝汽式循環(huán)中只發(fā)電，而在抽汽或背壓式循環(huán)中可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。</p><p>　　3.3.1.1 固定/活動式爐排燃燒系統(tǒng)</p><p>　　一般把堆狀燃燒爐、給料式燃燒鍋爐、懸浮燃燒鍋爐，稱為固定/活動式爐排燃燒系統(tǒng)。在堆狀燃燒器中，生物質(zhì)堆積在爐中，在燃燒空氣的參與下燃燒，空氣是由堆下或堆上吹入。

80、給料機式燃燒鍋爐可以分為：固定傾斜爐排、移動爐排、振動爐排。這種鍋爐的共同點是燃料的給料系統(tǒng)。與堆狀燃燒爐相比，該給料系統(tǒng)能將一層燃料相對更均勻地散布在爐排上，在固定傾斜爐排鍋爐中，爐排是不動的，但是當燃料在斜面上向下滑動時，燃燒同時也在進行。在移動爐排式鍋爐中，燃料被送到爐排的一側(cè)，當爐排將燃料運送到灰的堆積點時，爐排上的燃料必須要燃盡。在振動爐排式鍋爐中，燃料被均勻地散布在整個爐排上。爐排有一種振動運動，這將使燃料在爐排上均勻地散布

81、。在懸浮燃燒鍋爐中，當燃料被送入鍋爐中時，燃料是以細小的顆粒狀燃燒的。</p><p>　　3.3.1.2 流化床燃燒技術(shù)</p><p>　　流化床燃燒系統(tǒng)一般由燃料和石灰石給料系統(tǒng)、流化床反應器(包括風箱、反應器的床區(qū)、懸浮區(qū)、床內(nèi)的熱交換器)、余熱鍋爐、氣體污染控制系統(tǒng)組成。反應劑是由像沙子的惰性顆粒、燃料燃燒后的灰和石灰石組成。燃燒用的空氣由風箱通過布風板送入床體，將床粒向上吹成流

82、動的氣流。燃料通過床體或給料裝置送入反應器中，并發(fā)生反應。通過傳導、對流、輻射換熱方式將熱量傳遞給床料。單相的氣氣反應和多相的氣固間反應都在流化床反應器中進行。大多數(shù)反應發(fā)生在懸浮區(qū)。</p><p>　　3.3.2 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)</p><p>　　生物質(zhì)氣化發(fā)電的過程是：生物質(zhì)通過熱化學方式轉(zhuǎn)化為氣體燃料，凈化后的氣體燃料被送入鍋爐、內(nèi)燃發(fā)電機或燃氣輪機的燃燒室中燃燒，進而發(fā)出電

83、能。生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)依據(jù)燃料氣送入不同的系統(tǒng)，可以有不同的實現(xiàn)形式。圖 3-4 是生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(BIGCC)的簡單概念圖，干凈的燃氣被送到燃氣機的燃燒室中和壓縮空氣燃燒，生成高溫高壓的氣體驅(qū)動燃氣機發(fā)電，從燃氣機排出的氣體經(jīng)過余熱鍋爐產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電。這種發(fā)電系統(tǒng)能源利用率高，在國外被廣泛的應用。</p><p>　　圖3-4 生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)概念圖</p&g

84、t;<p>　　生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)在高溫下與氣化劑發(fā)生化學反應的過程，氣化得到的氣體產(chǎn)物包含的可燃氣體主要是氫氣和一氧化碳，副產(chǎn)品有液體、焦油和灰渣。</p><p>　　通常，氣化劑包括空氣、氧氣和水蒸汽(或水蒸汽與氧氣、空氣的混合物)。在生物質(zhì)氣化中，使用的氧氣含量通常是理論上完全燃燒所需要量的 20%~40%，也就是說，氣化的化學過程是在缺氧條件(還原氣氛)條件下進行的。同時，整個氣化系統(tǒng)是自

85、供熱的，從它自身內(nèi)部的化學反應過程就可以產(chǎn)生完全氣化所需的熱量。氣化過程主要包括氧化和其它放熱反應、熱解(也被稱為輕度氣化、碳化和脫揮發(fā)分)、氣化(還原)三個階段。</p><p>　　生物質(zhì)氣化系統(tǒng)在生物質(zhì)氣化發(fā)電的生產(chǎn)過程中起著很重要的作用。氣化器是氣化反應的發(fā)生裝置，它產(chǎn)生的燃料氣通過凈化系統(tǒng)變?yōu)楦蓛舻娜細猓瑵M足燃氣輪機、內(nèi)燃機以及其它動力設備對燃料氣的嚴格要求。</p><p>　

86、　4 生物質(zhì)能輔助太陽能光伏光熱發(fā)電系統(tǒng)設計</p><p><b>　　4.1 簡述</b></p><p>　　生物質(zhì)能輔助太陽能光伏光熱發(fā)電技術(shù)將太陽能與生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化集成為綜合互補的熱發(fā)電系統(tǒng)。整個系統(tǒng)大體可分為生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)、太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和汽輪機發(fā)電系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。在有太陽輻射情況下，生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒鍋爐和太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)聯(lián)合

87、運行，在沒有太陽輻射情況下，切斷太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的供水管路，生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒鍋爐可以單獨與汽輪機發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行。本論文以生物質(zhì)能輔助槽式太陽能熱發(fā)電為主。</p><p>　　4.2 生物質(zhì)能輔助槽式太陽能熱發(fā)電</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)組成及基本原理</p><p>　　生物質(zhì)能輔助槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要包括：槽式太陽能集熱子系統(tǒng)、生物質(zhì)補燃

88、子系統(tǒng)和動力發(fā)電子系統(tǒng)。槽式太陽能集熱子系統(tǒng)包括太陽能集熱場、油水換熱器、導熱油泵及輔助設備，用于接收聚集太陽輻射能量，通過油水換熱器將給水加熱為370℃過熱蒸汽；生物質(zhì)補燃子系統(tǒng)包括生物質(zhì)鍋爐、過熱器、再熱器和空氣預熱器，用于燃燒生物質(zhì)燃料產(chǎn)生高溫煙氣并將油水換熱器出口產(chǎn)物加熱為535℃過熱蒸汽；動力發(fā)電子系統(tǒng)包括蒸汽輪機組和發(fā)電機組，用于將接收的熱能轉(zhuǎn)化為電能并輸出。</p><p>　　槽式太陽能集熱轉(zhuǎn)換系

89、統(tǒng)，利用槽式拋物面反射鏡聚光，利用導熱油做導熱介質(zhì)，其集熱溫度由于材料和工質(zhì)性質(zhì)的限制，一般加熱工質(zhì)溫度不高，獨立發(fā)電時，汽輪機入口參數(shù)偏低，致使整個系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電效率偏低。</p><p>　　圖4-1 槽式太陽能與生物質(zhì)能聯(lián)合示意圖</p><p>　　在該聯(lián)合方式中，當太陽光照射到聚光裝置上時，被聚焦反射到集熱裝置上，加熱流過集熱裝置中的導熱油，導熱油被連續(xù)加熱到較高的溫度，然后

90、每個單元組的導熱油匯合到主管路，通過換熱裝置換熱，把熱量傳給鍋爐的給水，冷卻后的導熱油又重新通過主管路分配至熱吸收單元，吸收太陽輻射熱量。鍋爐給水通過給水管路送入換熱器，吸收導熱油的熱量后成為飽和蒸汽，然后流入生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒鍋爐的蒸汽混合器，混合均勻后進入過熱器，過熱蒸汽進汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電。當夜間太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)需停止運行或其發(fā)生故障需要檢修時，可以切斷給水管路將太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)解列，生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)和汽輪機發(fā)

91、電系統(tǒng)單獨運行。</p><p>　　與獨立的太陽能熱發(fā)電相比，提高了槽式太陽能集熱換熱系統(tǒng)進入汽輪機的蒸汽參數(shù)，提高了發(fā)電效率。</p><p>　　4.2.2系統(tǒng)流程圖設計與分析</p><p>　　圖4-2 太陽能與生物質(zhì)能互補發(fā)電系統(tǒng)的流程圖</p><p>　　方案一：系統(tǒng)流程如圖4-2（a）所示，導熱油經(jīng)太陽能集熱場1加熱升溫后

92、進入油水換熱器9加熱給水，因換熱而溫度下降的導熱油再經(jīng)導熱油泵2返回太陽能集熱場1，實現(xiàn)導熱油路的循環(huán)。</p><p>　　給水通過油水換熱器9吸熱變?yōu)?70℃過熱蒸汽，再由過熱器11繼續(xù)加熱變?yōu)?35℃過熱蒸汽，該過熱蒸汽進入蒸汽輪機高壓缸14作功，高壓缸14出口蒸汽進入再熱器12再次吸熱變?yōu)?35℃過熱蒸汽后依次通過中壓缸15、低壓缸16膨脹作功，通過發(fā)電機組17進行發(fā)電，低壓缸16出口乏汽經(jīng)冷凝器8凝結(jié)，

93、凝結(jié)水依次通過凝結(jié)水泵7、低壓給水加熱器組6、除氧器5、高壓水泵4、高壓給水加熱器組3再進入油水換熱器9實現(xiàn)水路的循環(huán)。</p><p>　　空氣經(jīng)過空氣預熱器13加熱轉(zhuǎn)變?yōu)闊峥諝夂笈c生物質(zhì)燃料一同進入生物質(zhì)鍋爐10的爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣依次通過過熱器11、再熱器12和空氣預熱器13最后排入環(huán)境。</p><p>　　方案二系統(tǒng)流程如圖4-2（b）所示與方案一比，取消高壓缸抽氣，油水

94、換熱器出口導熱油通過高壓給水加熱器組加熱高壓給水，因換熱而溫度下降的導熱油再通過導熱油泵返 回太陽能集熱器。</p><p>　　圖4-3(a)是方案一的熱力循環(huán)示意圖，中低壓缸抽氣進入低壓給水加熱器組和除氧器加熱低壓給水，如過程1-2； 高壓缸抽氣進入高壓給水加熱器組加熱高壓給水，如過程2-3太陽能集熱器出口高溫導熱油將給水加熱至370℃過熱蒸汽，如過程3-4；生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生的高溫煙氣繼續(xù)加熱油水換熱器出口蒸汽

95、至535℃，如過程4-5；高溫高壓蒸汽在汽輪機高壓缸膨脹做功，如過程5-6；高壓缸出口蒸汽進入生物質(zhì)鍋爐再熱器進行再次加熱，如過程6-7；再熱蒸汽依次通過汽輪機中、低壓缸膨脹做功，如過程7-8；乏汽進入冷凝器冷凝，如過程8-1。</p><p>　　圖4-3（b）是方案二的熱力循環(huán)示意圖，與方案一的區(qū)別在于過程2-3，方案一中利用高壓缸抽氣加熱高壓給水，方案二中利用油水換熱器出口導熱油加熱高壓給水。</p&

96、gt;<p>　　圖4-3 系統(tǒng)熱力循環(huán)示意圖</p><p>　　4.2.3系統(tǒng)性能模擬</p><p>　　4.2.3.1系統(tǒng)設計條件</p><p>　　本文采用ASPEN PLUS軟件對系統(tǒng)進行模擬，物性計算采用PR-BM和STEAM-TA方程。生物質(zhì)燃料秸稈的工業(yè)分析和元素分析表見表4-1。動力設備選用上海汽輪機公司生產(chǎn)的N135-13.

97、24/535/535型汽輪機。其性能見表4-2。方案二中，對汽輪機進行通流改造，使汽輪機內(nèi)效率與改造前保持一致。設計工況下，選取太陽能集熱效率為60%。方案一中節(jié)點b.c.d的溫度分別為393℃，241.7℃和370℃，方案二中節(jié)點b,c,d的溫度分別為393℃，167.3℃和370℃，節(jié)點a的溫度可由熱力平衡計算得出，油水換熱器最小溫差為10℃，鍋爐效率為88%，鍋爐內(nèi)過熱器、再熱器和空氣預熱器最小溫差為60℃。</p>

98、<p>　　表4-1秸稈的工業(yè)分析和元素分析</p><p>　　表4-2 N135-13.24/535/535型汽輪機性能參數(shù)</p><p>　　4.2.3.2系統(tǒng)評價準則</p><p>　　由于系統(tǒng)的復雜性，采用系統(tǒng)熱效率、火用效率和太陽能輸入份額三個評價準則來衡量系統(tǒng)性能。</p><p>　?。?）熱效率

99、 （1）</p><p>　　其中，為系統(tǒng)輸出凈功，為太陽能子系統(tǒng)提供的熱能，為生物質(zhì)燃料輸入熱量，為生物質(zhì)進料率，LHV為生物質(zhì)低位熱值。</p><p>　　（2）火用效率 由于系統(tǒng)有太陽能和生物質(zhì)能兩種不同輸入效率更能反映系統(tǒng)對輸入能量的利用情況。</p><p><b>　?。?）</b></p><p

100、>　　其中，為生物質(zhì)的化學，可根據(jù)生物質(zhì)的低位熱值及生物質(zhì)中C、H、O、N質(zhì)量分數(shù)計算，為太陽能熱，為環(huán)境溫度，為太陽能集熱溫度。</p><p>　　太陽能輸入份額 （3）</p><p>　　4.2.3.3系統(tǒng)模擬結(jié)果及分析</p><p>　　表4-3 系統(tǒng)熱力性能</p><p>　　設計工況下的系統(tǒng)熱力性能如表

101、4-3所示。從表4-3中可見，設計工況下，方案一輸出功135.07MW，熱效率30.93%，太陽能輸入份額為79.33%；方案二輸出功152.03MW，熱效率29.59%，太陽能輸入份額為80.75%；與傳統(tǒng)槽式太陽能電站相比，新系統(tǒng)通過采用生物質(zhì)燃料補燃的方法，顯著提高了動力蒸汽參數(shù)，進而提高了系統(tǒng)熱效率；與傳統(tǒng)生物質(zhì)直燃電站相比，新系統(tǒng)太陽能份額很大，僅需要相對少量生物質(zhì)資源就可實現(xiàn)較大規(guī)模發(fā)電。新系統(tǒng)有效解決了槽式太陽能單獨熱發(fā)電

102、熱效率低和生物質(zhì)單獨發(fā)電電站規(guī)模小的問題。</p><p>　　與方案一相比，方案二利用導熱油代替汽輪機高壓抽氣加熱高壓給水，顯著增加了汽輪機出功；導熱油放熱量增加，太陽能份額也隨之增加；系統(tǒng)熱效率略有減小，這是因為太陽能份額增加，而太陽能集熱效率低于生物質(zhì)鍋爐效率。</p><p>　　為進一步研究系統(tǒng)的能量利用情況，指出系統(tǒng)各部件的不完善程度和改進潛力所在，在設計工況下對兩個系統(tǒng)進行分

103、析，結(jié)果如表4-4所示。</p><p><b>　　表4-4系統(tǒng)平衡表</b></p><p>　　從表4-4中可以得知，在系統(tǒng)各部件中，太陽能集熱器和生物質(zhì)燃燒火用損失最大，系統(tǒng)的火用損失主要出現(xiàn)在太陽能集熱器換熱過程和高品位生物質(zhì)燃料在鍋爐中的燃燒過程。</p><p>　　與方案一相比，方案二系統(tǒng)火用效率略有增加，這是因為太陽能份額增加

104、，生物質(zhì)份額減少，而生物質(zhì)品位要高于太陽能品位。</p><p>　　方案一與方案二的區(qū)別在于高壓給水加熱器組，方案一利用高壓抽氣加熱高壓給水， 而方案二利用油水換熱器出口導熱油加熱高壓給水，從表4-4中可以看出，兩種加熱方式的火用損失區(qū)別較大，為進一步揭示兩種加熱過程的內(nèi)部現(xiàn)象，采用火用分析方法對兩種加熱過程進行分析。</p><p>　　圖4-4 高壓給水加熱EUD圖</p&g

105、t;<p>　　圖4-4為方案一和方案二高壓給水加熱過程EUD圖，圖中陰影面積表示該過程火用損失，能量接收側(cè)為高壓給水，方案一中能量釋放測分別為349.0℃和309.6℃的高壓缸抽氣，陰影面積為1.23MW，方案二中能量釋放測為油水換熱器出口313.1℃的導熱油，陰影面積為4.44MW。顯然，利用油水換熱器出口導熱油代替高壓缸抽氣加熱高壓給水增大了火用損失。</p><p>　　4.3 塔式太陽能熱

106、發(fā)電與生物質(zhì)能聯(lián)合</p><p>　　塔式太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利用定日鏡將太陽光聚焦在中心吸熱塔的吸熱器上，在那里將聚焦的太陽輻射能轉(zhuǎn)變成熱能，然后將熱能傳遞給熱力循環(huán)的工質(zhì)，再驅(qū)動熱機做功發(fā)電，其導熱介質(zhì)大多為熔融鹽，塔式太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能得到較高參數(shù)的過熱蒸汽。</p><p>　　圖4-5 塔式太陽能與生物質(zhì)能聯(lián)合示意圖</p><p>　　4.4 槽

107、式-塔式太陽能熱發(fā)電與生物質(zhì)能聯(lián)合</p><p>　　圖4-6 槽式-塔式太陽能與生物質(zhì)能聯(lián)合示意圖</p><p>　　在此聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，包括槽式太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、塔式太陽能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)以及汽輪發(fā)電系統(tǒng)。給水經(jīng)槽式太陽能系統(tǒng)換熱器，然后經(jīng)塔式太陽能系統(tǒng)的換熱器，待生成與生物質(zhì)鍋爐出口相匹配的蒸汽后，與生物質(zhì)鍋爐并汽，實現(xiàn)太陽能集熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與生物質(zhì)能鍋爐并列運行，太陽