当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

太阳能光热发电与光伏发电对比分析


传统的火力发电是通过燃烧,把化石中储存的能量,转化为热能,再转化为电能。而太阳能光热发电则是 通过数量众多的反射镜, 将太阳的直射光聚焦采集, 通过加热水或者其他工作介质, 将太阳能转化为热能, 然后利用与传统的热力循环一样的过程,即形成高温高压的水蒸气推动汽轮机发电机组工作,最终将热能 转化成为电能,典型太阳能光热发电热力循环系统原理如图所示。 太阳能光热发电热力循环系统原理图



正是通过这样的环节,太阳能光热发电技术和传统火力发电技术顺利地集成在一起。由于火力发电技 术早已非常成熟,从而降低了太阳能光热发电整体技术开发的风险。 中国产业信息网发布的《2013-2018 年中国太阳能热利用市场专项研究及投资战略咨询报告》指出: 太阳能发电技术主要包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电两种,光伏发电的原理是当太阳光照射到太阳 能电池上时,电池吸收光能,产生光生伏打效应,在电池的两端出现异号电荷积累。若引出电极并接上负 载,便有功率输出。光伏发电是目前太阳能发电产业的主流技术,较为成熟,国家已明确其上网电价(不 同地区在 0.9~1 元/度范围变化),发电成本也下降至 0.7 元/度左右;光热发电在我国发展时间较短,在 太阳能聚光方法及设备、高温传热储热、电站设计等集成以及控制方面,已经取得实质性进展,但商业化 业绩较小,上网电价政策尚未落实,发电成本也较高,约为 0.9 元/度左右。但太阳能光热发电与光伏发 电相比具有以下优点: 1)太阳能光热发电输出电力稳定,电力具有可调节性,易于并网 目前太阳能光热发电系统可以通过增加储热单元或通过补燃或与常规火电联合运行改善出力特性。而 光伏发电受日光照射强度影响较大,上网后给电网带来较大压力,其发电形式独特,和传统电厂合并难度 大。 ? 通过储热改善光热发电出力特性(槽式和塔式光热发电)。白天将多余热量储存,晚间再用储存的 热量释放发电,这样可以实现光热发电连续供电,保证电流稳定,避免了光伏发电与风力发电难以解决的 入网调峰问题。根据不同储热模式,可不同程度提高电站利用小时数和发电量,提高电站调节性能。 ?通过补燃或与常规火电联合运行改善光热发电出力特性。 太阳能热发电站可利用化石燃料补燃或与常 规火电联合运行,使其可以在晚上或连续阴天时持续发电,甚至可以以稳定出力承担基荷运行,从而使年 发电利用得到 7000 小时左右。 2)太阳能光热发电无污染 光热发电是清洁生产过程,基本采用物理手段进行光电能量转换,对环境危害极小,太阳能光热发电 站全生命周期的 CO2 排放仅为 13~19g/kWh。 而光伏发电技术存在致命弱点为太阳能电池在生产过程中对环

境的损耗较大,是高能耗、高污染的生产过程。业内专家认为,太阳能电池在生命周期所能节约的能源与 生产太阳能电池本身所要消耗的资源相比,并不经济。 光伏和光热发电对比 光伏 光热

利用太阳光中的可见光形成光电 利用太阳光中的热能转化为动能, 发电原理 子。使用半导体吸附并形成电流, 并使用汽轮机进一步转化为电能实 从而实现发电的过程。 可利用太阳能资源 发电成本 上网电价 储能系统 每年发电小时数(小时) 与传统电厂合并 输出电力特性 生产过程清洁度 转化效率 占地面积(m2/MW) 适用范围 全球技术水平 全球产业化水平 国内产业化水平 60% 0.7 元/度 0.9~1 元/度 现发电的过程。 30% 0.9 元/度 无

使用电池进行电能储存,使用寿命 通过一些介质如熔融盐、水等材料 短、损耗大 1800~2200 不能 不可改变 高污染 10~20% 25~30 适合小规模、分布式发电 技术成熟应用 产业化程度很高 产业化程度很高 进行热储存,使用寿命长、损耗小 储能:5000 不储能:2000 上下 能 可改变,调节 清洁 15~30% 35~40 由于其与火力发电有着共性,同样 适合集中式大规模发电 技术已相对成熟 产业化初步形成 未形成产业化 储热成本低且效率高,年发电小时

优势

技术和产业已相对成熟

数长,与其他发电可有效契合,是 是最有条件逐步替代火电、担当基 础电力负荷的新能源

劣势

生产过程中存在污染,且稳定性不 高

对地理条件要求高 资料来源:中国产业信息网整理

根据聚光方式的不同,光热发电技术主要分为:塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔。其共同点是利用不 同技术加热工质,再驱动汽轮机发电,也可以在热能转成电能的环节上采用斯特林发动机。槽式和塔式光 热电站目前均已实现了大规模商业化运行,而碟式及线性菲涅尔式则分别处于系统示范阶段。其中目前应 用较为广泛的三种光热发电系统比较见下表。 三种光热发电系统比较 槽式 发电规模(MW) 运行温度(℃) 系统平均效率(%) 商业化状态 已建单机最大容量 技术风险 30~150 320~400 15 已商业化 280MW 低 碟式 1~50 750 25~30 完成示范阶段 100KW 高 塔式 30~400 230~1200 20~35 已商业化 133MW 中等

能量储存 多燃料设计 成本($/W) 成本($/W)不考虑热量的 存储 占地规模 应用

可以 可以 4.0~2.7 4.0~1.3 大

电池 可以 12.6~1.3 12.6~1.1 小

可以,如熔盐 可以 4.4~2.5 2.4~0.9 中等 可并网发电,高温段加热

可并网发电,中温段、高 小容量分散发电、边远地 温段加热 使用油作为传热介质,限 区独立系统供电 可靠性需要加强,预计大 规模生产成本目标尚未达 到

缺点

制了运行温度,最高 400℃,只能产生中等品质 的蒸汽

性能、初期投资和商业化 运行程度不够

资料来源:中国产业信息网整理 1、槽式太阳能热发电 槽式太阳能集热系统如下图所示

在太阳能集热器上利用抛物线式反射板将太阳光聚焦到中心焦点线上。在对日跟踪系统的作用下,阳 光会被连续地聚集在焦点线位置的集热管上。在集热管中流动的热流体将热量连续不断地输送到高压蒸汽 发生器中,通过换热器进行热量交换,产生热蒸汽。若产生的蒸汽用于发电或供热,则热蒸汽做功或放热 完成后经过压缩冷凝回流到热蒸汽发生器中,再次被加热成为闭环系统不断循环的热蒸汽;若生产的蒸汽 是用于其它生产工艺并被消耗,则需补水。同时,通过热交换器后的热介质流体也将返回到集热场中再次 被加热。为了在太阳能不足时仍能生产蒸汽,可在系统中放置储热罐,存储富余的能量,在太阳能不足时 对系统进行补给,从而加大太阳能的利用效率。 2、碟式太阳能热发电 碟式又称盘式,其主要技术特征是采用盘状抛物面聚光集热器,它也是一种点聚焦集热器,其聚光比 可以高达数百倍到数千倍,因而可以产生非常高的温度。在其接收器上安装热电转换装置,比如斯特林发 动机或朗肯循环热机等,从而将热能直接转换成电能。可以单台使用或多台并联使用,适宜小规模发电, 所以比较适合偏远山区远离电网地区,进行分布式离网供电。

碟式太阳能光热发电站示意图

3、菲涅尔式集热发电 菲涅尔式集热系统如图 8 所示,1990 年澳大利亚科学家在总结了槽式和塔式的经验基础上,提出了紧 凑线性菲涅尔反射聚光器和蒸汽发生系统的构想,并于 2002 年由德国 FRAUNHOFER 设计,比利时索拉门多 公司制作了 5000 m2 的菲涅尔(Fresnel)太阳能聚光器。相比较槽式,这套系统的一个关键优势就在于 菲涅尔的聚焦比大,可以获得比较高的温度,每平米镜面所需要的基础和电机很少,系统通过使用标准的 平面镜代替需要特殊方法加工的曲面反射镜,让所有的镜子贴近地面,降低风载和钢的使用,从而降低成 本。 菲涅尔式太阳能光热发电站基本原理图

4、塔式太阳能热发电 塔式系统如下图所示,具有规模大、热传递路程短、热损耗小、聚光比和温度较高等特点,是几种光 热发电系统中可达到发电成本最低的一种。它利用众多定日镜形成的定日镜场阵列,将太阳辐射反射到置

于高塔顶部的吸热器上,加热吸热工质使其直接产生蒸汽或者换热后再产生蒸汽,以此驱动汽轮机带动发 电机组,从而将太阳能转换为电能。整个系统主要由 4 大基本部分构成:聚光系统、吸热系统、储热系统 和发电系统。 塔式太阳能光热发电站基本原理图

目前,槽式和塔式光热发电已经实现商业化,菲涅尔和碟式技术所占的份额依旧很少,短期看也没有 出现大跨步发展的迹象。世界范围内槽式光热发电系统占比最高,因为塔式光热发电系统的初始投资高、 碟式发电系统能量储存困难。但塔式光热发电系统综合效率高,非常适合于大规模、大容量商业化应用, 在规划建设的光热电站项目中塔式所占的比例已经超出了槽式技术。我们认为,未来塔式光热发电技术将 是光热发电的主要技术流派。 四种光热发电技术的装机比例统计(截至 2013 年 3 月份) 类别 已建成 在建 计划建设 合计 槽式 26.9% 28.6% 15.9% 71.4% 塔式 0.8% 7.4% 17.6% 25.9% 菲涅尔 0.6% 1.8% 0.3% 2.7% 碟式 0.04% — — —

现阶段被广泛商业化运行的槽式聚光系统多为管桁架式,耗用的钢材多,自重大,成本高,加之是单轴 跟踪,聚光比低,光热转换效率低。而碟式聚光系统虽然具有较高的光学效率和较低的跟踪误差,并采用 了高效率的集热器,从而具有较高的热电转换效率等这些优点。但是在增大聚光面积时,增加了支撑架体 设计难度,由于抗风等级的要求导致用钢量大幅度提高,造成系统成本增加。作为线性菲涅尔聚光系统, 虽然建设和维护成本相对来说低廉,但其普遍存在遮挡和阴影问题,造成系统效率低,聚光倍数只有数十 倍。导热管路上能量损失问题也是线性菲涅尔集热器上不容忽视的问题。 相比上述不足,秦皇岛瑜阳光能科技有限公司的复合碟作为一种新型聚光系统,具有以下优点: (1)焦点固定设计(即系统集热装置固定)——具有塔式焦点不移动的特点。本发明降低了太阳能聚 光系统接收器的设计难度,解决其它系统中普遍存在的管路安装困难的问题。 (2)高精度双轴跟踪,高倍点聚焦设计——可实现高温利用。 (3)优化布置反射镜场和接收器形式——解决了线性菲涅耳反射镜式集热系统普遍存在遮挡和阴影问 题。

(4)低矮型设计——抗风效果好,结构简单,耗材量小,安装方便,节约建设成本。 (5)集热核心部件石墨柱的应用——采用导热性好,耐腐蚀,化学性质稳定的石墨柱,直插式的方式 将集热器与导热储能装置融为一体。 秦皇岛东阳科技有限公司是专业研发太阳能光热产品的高新技术企业, 在 2014 年依托秦皇岛瑜阳光能 科技有限公司共同完成太阳能跟踪伺服机构的研究并取得成功,并且正式形成战略联盟。 秦皇岛东阳科技有限公司的主产品为碟式、槽式自动跟踪太阳能光热系统。东阳可提供太阳能光热集 热镜场系统的方案制定及实施服务,以及中高温光热利用项目的系统设计及实施服务,如采暖、制冷、干 燥、发酵和海水淡化,与其他单位合作完成了几个光热发电试验性项目。 秦皇岛东阳科技有限公司的太阳能光热系统及设备可应用的市场空间十分广阔, 除发电外还涉及农业、 工业辅助、太阳能建筑一体化、海水淡化等多个应用领域。


相关文章:
太阳能光热发电与光伏发电对比分析
太阳能光热发电与光伏发电对比分析_电力/水利_工程科技_专业资料。传统的火力发电是通过燃烧,把化石中储存的能量,转化为热能,再转化为电能。而太阳能光热发电则是...
我国太阳能光热发电与光伏发电对比分析,2014年光热发电行业技术趋势展望【图】
我国太阳能光热发电与光伏发电对比分析,2014年光热发电行业技术趋势展望【图】_能源/化工_工程科技_专业资料。我国太阳能光热发电与光伏发电对比分析,2014 年光热...
光伏发电与光热发电的区别和对比
光伏发电与光热发电的区别对比 作为同样都是利用太阳能进行发电的可再生能源技术, 光伏发电无疑是最 经常用来与太阳能光热电做比较的新型发电技术。我们认为,光伏...
光伏发电与光热发电的简单比较
光伏发电与光热发电的简单比较_能源/化工_工程科技_专业资料。光伏发电与光热发电的简单比较光伏发电是根据光生伏特效应原理, 利用太阳电池将太阳光能直接转化为电 ...
太阳能光电和光热技术发展现状及前景
介绍太阳能光热发电技术系统,对太阳能光热发电技术与常规发电技术进行分析对比,...尽管光热发电成本已经低于光伏发电成本, 却没有出现和光伏发电市场一样的快速...
渠道网带你了解太阳能光伏发电与光热发电的优劣势对比
渠道网带你了解太阳能光伏发电与光热发电的优劣势对比_天文/地理_自然科学_专业资料。渠道建设全营销 在全球能源危机、环境污染和气候变暖的大背景下,太阳能光热...
光伏和光热电站占地面积的对比分析
光伏和光热电站占地面积的对比分析_电力/水利_工程科技_专业资料。光伏和光热电站占地面积的对比分析发表于:2016-08-18 14:36:34 大规模光伏和光热发电项目开发...
2015年中国太阳能光热发电市场调研报告
太阳能热发电与光伏成本结构对比分析 2.6.1 2.6.2 2.6.3 西班牙太阳能热...太阳能热发电站项目开展情况 我国光热发电企业发展形势剖析 光热发电与光伏发电...
2016年太阳能光热发电现状研究及发展趋势
性能比较 第二章 2015 年全球太阳能及其利用现状分析 第一节 20 世纪太阳能...光热发电与光伏发电的竞争关系分析 二、全国首个太阳能热气流发电厂建成 三、...
更多相关标签:
太阳能光伏发电 | 太阳能光伏发电系统 | 家用太阳能光伏发电 | 太阳能光伏发电支架 | 太阳能光伏发电成本 | 太阳能光伏发电原理 | 太阳能光伏发电论文 | 屋顶太阳能光伏发电 |