太阳能发展潜力分析.docx
《太阳能发展潜力分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能发展潜力分析.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
太阳能发展潜力分析
摘要
随着我国社会经济的快速发展，能源需求不断增多。
而由于国际化石能源紧缺状况的影响和我国能源资源约束的日益突出，使能源资源情况不容乐观。
为促进我国国民经济可持续发展，建立资源节约型社会，大力发展可再生能源已摆上我国经济发展的战略重要地位。
可再生能源主要有水能，风能，生物质能，太阳能，地热能和海洋能。
其中太阳能以其资源的无限性，清洁型，无疑成为新能源发展的重点。
聚光型太阳能热发电是可能实现太阳能大规模利用的形式之一，其技术可行性已得到证明，并在个别国家进入了预商业化阶段。
文章分析了太阳能热发电系统的集成原则和特点，对目前世界上聚光型太阳能热发电的发展现状及未来发展障碍进行了阐述，介绍了槽式、塔式和碟式太阳能热发电的系统原理，以及三种太阳能热发技术的发展现状及其存在的问题。
并从我国太阳能资源情况、能源状况、能源政策和太阳能热发电技术发展状况几方面对太阳能热发电在我国的发展进行了潜力分析。
关键词：
太阳能，太阳能热发电，潜力分析
ABSTRACT
WiththerapiddevelopmentofChina'ssocietyandeconomy,thedemandforelectricityisrapidlyincreasing.DuetointernationalfossilenergyshortageandChina'sincreasingenergyresourcesconstraints,theenergyresourcesituationisnotoptimistic.TopromotethesustainabledevelopmentofChina'snationaleconomyandtheestablishmentofresource-savingsociety,vigorouslydeveloprenewableenergysourceshasputintostrategicimportancefordevelopingeconomy.
Therenewableenergysourcesmainlyincludehydro,wind,biomass,solar,geothermalandtidalenergy.Thesolarenergywithitsunlimitedandclean,willundoubtedlybecomesthefocusofnewenergydevelopment.ConcentratingSolarPower,whichtechnicalfeasibilityhasbeenproven,isoneoftheformsforachievablelarge-scaleuseofsolarenergy,andithascomeintothepre-commercializationstageinafewcountries.Thispaperanalysesitsintegrationprincipleandcharacteristics,andsummarizestheglobalstatusandsomebarriersinthefutureofCSPdevelopment.Principlesofparabolictoughtype,towertypeanddishtypesolarpowergenerationsystemwereintroduced.Thedevelopmentsituationandmainproblemsofthethreesolarthermalpowergenerationtechnologieswerealsoexpounded.What’smore,italsomakesthepotentialanalysisonthedevelopmentofCSPtechnologyinChinafromoursolarresourcessituation,theenergysituation,energypolicyandCSPtechnologicaldevelopmentstatus.
KEYWORDS:
solarenergy,solarthermalpowergeneration,potentialanalysis
目录
摘要I
ABSTRACTII
第1章绪论1
1.1选题背景和意义1
1.2我国能源结构和能源消费结构1
1.3太阳能热发电原理1
1.4太阳能热发电的发展现状2
1.4.1太阳能热发电的发展历史2
1.4.2国内太阳能热发电发展现状3
1.4.3国外太阳能热发电发展现状4
第2章我国能源概述7
2.1国际能源状况7
2.1.1全球传统能源蕴藏量及产量7
2.1.2国际能源消费状况7
2.2我国能源状况8
2.2.1中国传统能源蕴藏量及产量8
2.2.2我国能源消费状况9
2.3我国太阳能资源状况9
第3章太阳能热发电技术11
3.1槽式太阳能热发电系统11
3.1.1槽式太阳能热发电系统的工作原理11
3.1.2槽式太阳能热发电系统的设备组成13
3.1.3槽式太阳能热发电特点分析14
3.2塔式太阳能热发电系统15
3.2.1塔式太阳能热发电系统的工作原理15
3.2.2塔式太阳能热发电系统的设备组成15
3.2.2塔式太阳能热发电特点分析16
3.3碟式太阳能热发电系统17
3.3.1碟式太阳能热发电系统的工作原理17
3.3.2碟式太阳能热发电系统的设备组成18
3.3.3碟式太阳能热发电特点分析19
第4章太阳能热发电在我国的发展潜力分析20
4.1我国太阳能热发电发展的资源潜力20
4.1.1我国面临的能源危机20
4.1.2在资源上的发展潜力20
4.2我国太阳能热发电发展的技术潜力22
4.2.1我国太阳能热发电技术发展成就22
4.2.2我国在工业制造基础上的优势24
4.3我国太阳能热发电发展的政策潜力24
第5章结论26
参考文献27
致谢28
第1章绪论
1.1选题背景和意义
作为文明社会前进的主要动力之一，能源利用在人类社会发展中有着举足轻重的地位。
当下，全球经济发展，能源消耗巨大，化石能源紧缺，供需失衡，价格居高不下；化石能源利用引起的环境污染问题严重，能源利用问题日益突出，能源资源情况不容乐观；同时核电的开发利用遭遇信赖危机。
在此背景下，世界各国和我国政府越来越重视可再生能源技术的发展，纷纷加大开发力度。
新能源资源潜力大，环境污染低，可永续利用，是能源发展的新方向。
新能源主要有水能，风能，生物质能，太阳能，地热能和海洋能。
其中太阳能是一个重要的发展方向，近年发展迅速，前景广阔。
在我国，随着建设资源节约、环境友好型社会目标的提出，太阳能等可再生能源利用步伐明显加快，尤其是开发利用太阳能、风能已经成为我国能源战略的重要内容[1]。
1.2我国能源结构和能源消费结构
我国是一个幅员辽阔，资源丰富的国家，化石能源储量丰富，以煤炭为主，占到了90%以上，是我国现阶段使用的主要能源。
同时，我国可再生能源资源丰富，根据最新探查成果，我国水资源理论蕴藏量为6.94亿kW，技术可开发量为2.42亿kW；10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW；太阳能资源也十分丰富，据计算，太阳能储量有10.9亿kW。
可再生能源将是我国今后开发的重点[2]。
我国是一次能源消费大国，煤、石油和天然气消费的绝对量之和非常大，在能源消费构成中一直处于绝对优势地位，占能源消费的90%左右，核电和可再生能源在能源消费中的比例较小，占10%左右，提升空间巨大。
据最新数据显示，我国石油的储产比为10.7，天然气储产比为28.8，煤炭的储产比为38.0。
可见以现有的能源需求速度发展，在能源勘探无重大成果的前提下，10年左右，中国的石油将基本开采完毕。
天然气、煤炭也将在近15到40年间开采完毕[3]。
1.3太阳能热发电原理
太阳能发电可以分为太阳能热发电和太阳能光伏发电。
太阳能光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。
太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将某种工质加热到数百摄氏度的高温，然后经过热交换器（或直接）产生高温高压的过热蒸汽，驱动汽轮机并带动发动机发电。
从汽轮机出来的蒸汽，压力和温度均以大为降低，经过冷凝器冷凝结成液体后，被重新泵回热交换器，又开始新的循环。
由于整个发电系统的热源来自于太阳，因而称之为太阳能热发电，系统图如下：
图1-1太阳能热发电原理图
1.4太阳能热发电的发展现状
1.4.1太阳能热发电的发展历史
1878年，一个小的太阳能动力站在巴黎建立，该装置是一个小型点聚集太阳能热动力系统，盘式抛物面反射镜将阳光聚焦到置于其焦点处的蒸汽锅炉，由此产生的蒸汽驱动一个很小的互交式蒸汽机运行。
1901年，美国工程师研制成功7350W的太阳能蒸汽机，采用70平方米的太阳聚光集热器，该装置安装在美国加州做实验运行。
1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置，对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。
1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为1MW的太阳炉。
1973年，世界性石油危机的爆发刺激了人们对太阳能技术的研究与开发。
相对于太阳能电池的价格昂贵、效率较低，太阳能热发电的效率较高、技术比较成熟。
许多工业发达国家，都将太阳能热发电技术作为国家研究开发的重点。
从1981~1991年10年间，全世界建造了装机容量500kW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座，其中主要形式是塔式电站，最大发电功率为80MW。
由于单位容量投资过大，且降低造价十分困难，因此太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。
对塔式太阳能热发电的研究开发并未完全中止。
1980年美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站，装机容量10MW。
经过一段时间试验运行后，在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站，并于1996年1月投入试验运行。
20世纪80年代初期，以色列和美国联合组建了LUZ太阳能热发电国际有限公司。
从成立开始，该公司集中力量研究开发槽式抛物面聚光反射镜太阳能热发电系统。
从1985年到1991年的6年间，在美国加州沙漠相继建成了9座槽式太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，并投入并网营运。
1992年以后，由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，世界太阳能利用又进入另一个发展期，其特点是：
太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力。
目前位于西班牙阿尔梅里亚的10MW塔式太阳能热发电站和美国加利福尼亚的10MW塔式太阳能热发电站是世界上最具代表性的两大光热电站。
西班牙电站采用水作为吸热器传热工质，参数是250℃，40bar，年均匀发电效率15.4％，投资3000欧元/kW。
美国电站采用熔融盐作为传热工质，参数是560℃，常压，年均匀发电效率8.5％，投资2800欧元/kW[4]。
1.4.2国内太阳能热发电发展现状
我国是继美国、德国、以色列之后，我国是第四个自主研发的国家，槽式太阳能热发电被列入国家新能源开发高新技术产业。
槽式太阳能热发电系统成套设备核心技术于2010年初研发成功，实现了曲面聚光镜从技术到生产的完全国产化。
根据国际权威机构2009年统计，目前在全世界运行的槽式太阳能热发电占整个太阳能聚热发电（CSP）装置的88%，占在建项目的97.5%。
在未来10年即到2020年，全世界CSP规模将达到24GW，其中槽式太阳能热发电系统仍占主导地位。
由于技术成熟，槽式太阳能热发电将是我国近期太阳能利用的发展重点。
塔式热发电有了长足发展。
河海大学、南京春辉科技实业有限公司通过与以色列合作研究获取了一定的接收器设计、试验及运行等相关技术经验，在南京江宁建设中国首座75kW塔式太阳能热发电系统，于2005年10月底成功投入并网发电系统。
2010年年底，浙江中控太阳能技术有限公司50MW塔式热发电示范项目开工建设。
这是我国目前首座商业化运营的太阳能塔式热发电电站，实现了所有关键装备国产化设计。
碟式发电技术被列入国家863计划。
2006年中国科学院在北京通县高温实验场已成功地完成了太阳能碟式聚光热发电的实验，这是我国首次采用碟式太阳能聚光技术进行的太阳能热发电。
十五期间我国研制了太阳能多碟聚光器和单碟聚光器共4套，于2007年开始发电，该设备在技术指标及经济指标上达到目前国际先进水平。
令根据美国cenicom公司新型碟式太阳能发电系统，2007年在天津成立彩熙太阳能环保公司，在2009年投产146kW示范模块装置，成功后将在西藏拉萨建设6MW的太阳能热系统电站[5]。
该系统特点，一是集热温度高达1000℃，太阳能转换效率高；二是有蓄热装置，不需矿物燃料的支持，即可按需要供电；三是占地面积少，工程造价低；四是上网电价较低。
他的130MW示范模块如能成功试运，将是很有发展前途的一种太阳能热发电系统。
2009年，中国科学院电工研究所牵头申请的“高效规模化太阳能热发电的基础研究”项目，获得国家“973”计划立项支持。
1.4.3国外太阳能热发电发展现状
在太阳能热发电领域，美国和西班牙是进行商业化活动最多的国家。
到2012年，这两个国家的太阳能热发电装机容量将新增5600MW以上，所产生的电力有望满足170万户家庭的电力需求。
虽然德国本国太阳能资源不够丰富，开展商业化活动不多，但其太阳能热发电领域的技术实力却是全球领先的。
从20世纪80年代初期开始，德国政府就持续支持开展太阳能热发电研究，经过几十年的发展，德国公司已成为世界上领先的太阳能热发电技术提供商和项目开发商，掌握了槽式真空管、斯特林发电机、太阳能高温选择性涂层、储热技术、控制器件、太阳能热发电用汽轮机等许多核心技术。
另外以色列、法国也走在太阳能热发电技术前沿。
标志性工程项目：
Luz公司1980年开始开发槽式热发电系统，5年后实现了商业化。
1985年起先后在美国加州的Mojave沙漠上建成9个发电装置，总容量354兆瓦，年发电总量10.8亿千瓦时；建在西班牙的Seville的PS10发电厂于2007年3月发电，电功率11MWe，是世界上首座投入商业运营的塔式太阳能热电站；美国、德国等国家的科研部门相继展开碟式太阳能热发电的研制开发，样机转换效率目前最高达29.4%，吸热器的效率为65%～90%。
1、槽式太阳能发展状况
2006年初夏，欧洲第一座商业用途的采用抛物线凹槽式接收器的太阳能电厂Andasol1在西班牙安达卢西亚地区的格兰纳达省的Guadix高地上举行盛大的建设开工仪式。
根据设计，Andasol1太阳能电厂输出电量将达到50MW，另一座同规模的太阳能电厂Andasol2随后将投入建设，与加州SEGS电站相比，其特点为增加了蓄能装置，同时改进了槽式接收器提高集热效率。
西班牙由于政府的大力支持，承诺太阳能上网电价为16美分/kW·h，因此，发展速度较快。
美国内华达州目前正在兴建65MW的槽式太阳能电站，占地357200平方米。
在加州Mojave沙漠建造553MW的槽式太阳能热发电系统，并已签署了电力购买协议。
在亚利桑那州建造280MW槽式太阳能热发电站，计划在2011年投产。
槽式太阳能热发电的另一典范是希腊的克里达电站。
克里达电站位于希腊风景如画的克里达岛，为了保护这里的自然环境不被现代化工业所破坏，希腊政府在岛上建了50MW的克里达槽式太阳能热发电站。
设计寿命25年，在阴天或晚上采用燃烧矿物燃料方式供热[6]。
下表是主要的槽式太阳能电站一览表。
表1-1美国加州槽式太阳能电站一览
电站编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
投运年份
1985
1986
1987
1987
1988
1989
1989
1990
1991
净功率/MW
13.8
30
30
30
30
30
30
80
80
太阳场集热面积，1000m2
83
190
230
230
251
188
194
464
484
太阳场全负荷温度/℃
307
321
349
349
349
391
391
391
391
汽机效率/%
31.5
29.4
30.6
30.6
30.6
37.6
37.6
37.6
37.6
燃气轮机效率/%
37.3
37.3
37.3
37.3
39.5
39.5
37.6
37.6
蒸汽压力/MPa
3.53
2.72
4.35
4.35
10
10
10
10
10
蒸汽温度/℃
415
360
327
327
327
371
371
371
371
太阳场热效率/%
35
43
43
43
43
43
43
53
50
太阳能发电净效率/%
9.3
10.7
10.2
10.2
10.2
12.4
12.3
14
13.6
年净电力生产量/GWh
30.1
80.5
91.3
91.3
99.2
90.9
92.6
252.8
256.1
年天然气消耗/Mm3
4.8
9.5
9.6
9.6
10.5
8.1
8.1
24.8
25.2
工程费用美元·kW-1
4490
3200
3600
3730
4130
3870
3870
2890
3440
2、塔式太阳能发展状况
塔式热发电技术正处于商业化示范期，目前位于西班牙阿尔梅里亚的10MW塔式太阳能热发电站和美国加立福尼亚的10MW塔式太阳能热发电站是世界上最具代表性的两大光热电站。
世界上已长期运行的主要塔式示范项目如下表。
表1-2主要塔式太阳能热发电示范项目一览[7]
示范项目名称
功率（MW）
热载体
储存介质
年代
SSPS（西班牙）
0.5
液态钠
钠
1981
EURELIOS（意大利）
1
蒸汽
硝酸盐/水
1981
SUNSHINE（日本）
1
蒸汽
硝酸盐/水
1981
SOLARONE（美国）
10
蒸汽
油/岩石
1982
CESA-1（西班牙）
1
蒸汽
硝酸盐
1983
MSEE/CatB（美国）
1
硝酸盐
硝酸盐
1983
THEMIS（法国）
2.5
盐
盐
1984
SPP-S（乌克兰）
5
蒸汽
水/蒸汽
1986
TSA（西班牙）
1
蒸汽
陶瓷
1996
SOLARTWO（美国）
10
硝酸盐
硝酸盐
1996
3、碟式太阳能热发电发展状况
碟式太阳能热发电系统现在单位造价仍然比较高，是三种太阳能热发电系统中造价最高的，新材料，新技术的应运是解决价格问题的有效途径。
表1-3主要碟式太阳能发电项目一览[8]
名称/安装地点
发电功
率（kW）
采光口面
积（㎡）
反射镜类型
工作
介质
工作年代
Vanguard（美国）
25
91
平面玻璃镜
氢
1984-1985
McDonnel（美国）
25
91
平面玻璃镜
氢
1984-1988
SBP（沙特）
52.5
227
镀银玻璃与钢板结合，
氢
1984-1988
SBP
（西班牙，德国）
9
44.2
同上
氦
1991-现在
CumminsPG
（美国）
7.5
41.5
镀铝塑料玻璃，张膜结构
氦
1992-现在
Aisin/Miyako
（日本）
8.5
44
镀铝塑料玻璃，张膜结构
氦
1992-现在
STM-PCS（美国）
25
氦
1993-现在
IEE（中国）
1
16
复合曲面玻璃镜
氮
2005-现在
KIER（韩国）
10
75
同上
氦
2007-现在
Abengoa（西班牙）
10
75
曲面玻璃镜
氢
2007-现在
第2章我国能源概述
2.1国际能源状况
2.1.1全球传统能源蕴藏量及产量
根据2010年6月英国石油公司的世界能源统计回顾的资料显示：
在技术与成本的限制下，至2009年底，世界石油探明储量约为1333.1亿桶，而2009年度世界石油生产量每日799.48万桶，估计全球石油蕴藏量和年生产量的比值为45.7年。
在天然气方面，至2009年底，世界天然气探明蕴藏量为187.49万亿立方米，2009年度世界天然气生产量每年2.987万亿立方米，估计全球天然气的蕴藏量和年生产量的比值为62.8年。
在煤炭方面，至2009年底，世界探明煤炭蕴藏量为8260.01亿吨，当年度世界煤炭生产量每日34.086亿吨油当量，估计全球煤炭的为119年。
表2-1世界主要一次能源储产情况表[9]
煤炭，亿吨
石油，亿
天然气，万亿立方
桶
米
全球储量
8260.01
1333.1
187.490
全球年产量
34.086
29.18
2.987
全球储量∕产量
119.0
45.7
62.8
2.1.2国际能源消费状况
现在全世界依赖最深的主要传统能源仍集中于第一位的石油，以及分别占第二位及第三位的煤炭和天然气。
其中，石油及天然气的蕴藏量较为有限，可能会在本世纪中叶日趋枯竭。
但同时世界未来20余年的经济发展，还是无法不高度依赖石油及天然气，因此美国能源信息署在2004年4月的《国际能源展望》中，预测石油及天然气仍是未来25年增长最快的能源。
即在未来25年内，化石能源仍然是主要的能源来源，而新能源也将逐渐提高其能源份额。
表2-2主要国家化石能源消费情况（单位：
百万吨标煤）
国家
石油
天然气
煤炭
核能
水力等
合计
美国
842.9
588.7
498
190.2
62
2182
38.60%
27.00%
22.80%
8.70%
2.80%
100.00%
加拿大
97
85.2
26.5
20.3
90.2
319.2
30.40%
26.70%
8.30%
6.40%
28.30%
100.00%
法国
87.5
38.4
10.1
92.9
13.1
241.9
36.20%
15.90%
4.20%
38.40%
5.40%
100.00%
德国
113.9
70.2
71
30.5
4.2
289.8
39.30%
24.20%
24.50%
10.50%
1.40%
100.00%
意大利
75.1
64.5
13.4
-
10.5
升级会员 