太阳能热发电站设计

1绪论1

1.1太阳能热发电站设计的总体原则2

1.1.1太阳能热发电站的组成2

1.1.2发电站机组压力参数的选择3

1.1.3太阳能吸热器用的传热介质3

1.1.4发电站规划容量和装设机组的台数3

1.1.5发电站对环境影响控制3

1.1.6发电站的抗震及抗风设计4

1.1.7聚光场设计原则4

1.2概述4

1.2.1太阳能热发电站基本概念4

1.2.2太阳能热发电主要技术形式10

1.2.3基本术语17

2太阳能资源和气象参数26

2.1太阳能资源的性质26

2.1.1太阳能资源利用的优点26

２.1.2太阳能资源利用的缺点26

２.2太阳常数及辐射光谱27

２.2.1太阳辐照的表达27

2.2.2太阳辐射光谱27

2.3大气层对太阳辐射的影响28

2.4太阳位置计算方法29

2.4.1太阳角度29

2.4.2跟踪面角度的计算32

2.5我国几个典型地区的太阳能资源分布34

2.5.1北京地区太阳能资源34

2.5.2拉萨地区太阳能资源37

2.5.3格尔木地区太阳能资源38

2.5.4敦煌地区太阳能资源40

2.5.5吐鲁番地区太阳能资源40

2.5.6贵州地区太阳能资源41

2.5.7海南岛地区太阳能资源42

2.5.8哈尔滨地区太阳能资源43

2.6太阳辐照度预测方法45

2.6.1太阳法向直射辐照度的估计方法45

2.6.2气候条件变迁对太阳直射辐照度的影响48

2.7中国太阳法向直射辐射资源分布48

2.7.1我国的年平均日太阳法向直射辐照量分布49

２.7.2太阳直射辐射时空分布影响因素50

2.7.3我国太阳能资源的基本特征50

2.7.4我国太阳能资源区划51

2.7.5太阳法向直射辐射的测量52

2.8站区各种特殊气候条件55

2.8.1环境温度55

2.8.2风速55

2.8.3降水参数56

2.8.4灾害性天气现象及其参数56

2.8.5设计风速和环境温度57

2.9测量仪器58

2.9.1太阳总辐射表58

2.9.2太阳法向直射辐射表59

2.9.3大气透过率测量仪60

3太阳能热发电站总体设计61

3.1电站设计点61

3.1.1设计点的意义61

3.1.2利用设计点的计算实例61

3.2塔式电站定日聚光场效率分析62

3.2.1定日聚光场瞬态光学效率62

3.2.2吸热器采光口处聚光功率62

3.2.3吸热器采光口处光斑尺寸63

3.2.4镜面反射率的取值65

3.2.5大气透过率分析66

3.2.6塔式吸热器热损71

３.3抛物面槽式太阳能集热器热性能78

3.3.1槽式真空管热损系数79

3.3.2槽式集热器热性能测量方法现状80

3.3.3槽式集热器热性能测试方法86

3.4电站设计需要的基础资料106

3.5设计的主要参数和原则106

3.6电站总体参数描述107

3.7年发电量计算108

3.7.1采用设计点方法计算108

3.7.2年发电量计算实例109

3.7.3热发电站容量优化111

3.7.4基于逐时模拟的发电量计算方法112

3.7.5地理位置对采用DNI作为抛物面槽式集热器效率计算的

影响117

3.8储热量的确定121

3.8.1储热量选取的原则121

3.8.2储热功率选取的原则122

3.9电站总平面规划要点122

3.10聚光场布置注意事项126

4聚光系统设计128

4.1系统总体描述128

4.1.1聚光系统的组成128

4.1.2聚光器调控原则和模式128

4.1.3聚光场控制模式128

4.1.4CFSC控制室位置和环境要求129

4.1.5聚光场输出的计算方法129

4.1.6反射镜积灰的影响129

4.2聚光场布置原则130

4.2.1定日镜基本知识130

4.2.2球面定日镜聚光像散特性132

4.2.3轮胎面定日镜简介133

4.2.4槽式聚光器基本知识134

4.2.5聚光场布置的一般原则136

4.3塔式电站聚光场设计138

4.3.1定日聚光场基本运行模式及基本设计参数138

4.3.2定日聚光场优化设计方法139

4.3.3塔式集热场的设计143

4.4塔式电站定日聚光场控制设计145

4.4.1定日聚光场控制系统技术条件145

4.4.2定日镜跟踪误差的校正146

4.5槽式电站聚光场设计150

4.5.1聚光场的轴向布置151

4.5.2槽式聚光器集热效率评价154

4.5.3槽式集热场设计159

4.6槽式电站聚光场控制设计160

4.6.1槽式电站聚光场控制系统技术条件160

4.6.2控制系统结构160

4.7聚光器的风载特性160

4.7.1风洞实验——定日镜风载特性161

4.7.2外场测量——槽式聚光器风载165

5吸热器系统设计182

5.1系统总体描述182

5.1.1吸热器系统配置182

5.1.2吸热器组成及其调控原则183

5.1.3吸热器额定功率的确定原则185

5.2吸热器系统的材料选用186

5.2.1传热介质186

5.2.2吸热体材料186

5.2.3吸热体表面涂层187

5.2.4塔式吸热器保温材料187

5.2.5管材187

5.3吸热器系统的管路和泵选用188

5.4吸热器系统的控制188

5.4.1吸热器控制系统逻辑188

5.4.2控制设计范围189

5.4.3控制方式189

5.5吸热器系统运行方式设计190

5.5.1总则190

5.5.2吸热器启动190

5.5.3吸热器工作模式190

5.5.4吸热器的技术改进190

5.6吸热器的排污系统及其设备191

5.6.1排污范围191

5.6.2排污方式191

5.6.3排污装置192

5.6.4排污原则和方法192

5.7抛物面槽式吸热管真空性能192

5.7.1抛物面槽式吸热管结构概述192

5.7.2抛物面槽式吸热管真空可靠性研究现状194

5.7.3抛物面槽式吸热管放气性能200

5.7.4抛物面槽式吸热管放气性能测试203

5.7.5抛物面槽式吸热管渗气性能211

5.7.6抛物面槽式吸热管渗氢量预测214

6储热系统224

6.1系统总体描述224

6.1.1储热系统的作用224

6.1.2储热系统分类225

6.1.3储热方式选择226

6.1.4储热材料存放226

6.2储热系统的技术要求226

6.3储热材料和模式227

6.3.1熔融盐储热和室温离子流体材料227

6.3.2混凝土储热材料227

6.3.3混凝土储热器的换热设计228

6.3.4相变材料储热230

6.3.5固体材料储热用于空气吸热器系统230

6.3.6饱和水/蒸汽储热231

6.3.7合金相变储热材料231

6.4储热系统分类与组成232

6.4.1主动型直接储热系统232

6.4.2主动型间接储热系统234

6.4.3被动型储热系统235

6.4.4储热系统的组成237

6.5储热材料和容器的选用238

6.6储热容器的充放热设备及流程设计238

6.7储热系统控制239

6.7.1控制系统组成239

6.7.2储热系统控制逻辑239

6.8储热系统检修设施239

7厂址选择、电力负荷与发电流程240

7.1厂址选择240

7.1.1选址原则240

7.1.2宏观选址240

7.1.3生态保护240

7.1.4储热容器放置240

7.1.5太阳能资源与选址241

7.1.6厂址用地选择241

7.1.7站址标高确定242

7.1.8发电站厂址的地震烈度242

7.1.9厂址位置确定242

7.1.10发电站居住区位置的选择243

7.2电力负荷与发电流程243

7.2.1电力负荷资料243

7.2.2电力负荷规划243

7.2.3电力输出时段选择243

8厂区规划244

8.1基本规定244

8.1.1发电站的厂区规划原则244

8.1.2发电站的厂区规划设计要求244

8.1.3厂区规划注意事项245

8.1.4厂区绿化的布置245

8.1.5厂区主要建筑物的方位245

8.1.6吸热塔耐温防火245

8.2主要建筑物和聚光场的布置245

8.2.1主厂房位置的确定245

8.2.2塔式电站吸热塔布置246

8.2.3聚光场内道路布置246

8.2.4厂区围墙246

8.3交通运输246

8.4竖向布置247

8.5管线布置248

8.5.1厂区地下管线的布置248

8.5.2架空管线的布置248

8.5.3管线与周边环境的协调248

9主厂房布置249

9.1主厂房方位249

9.2主厂房与储热器249

9.3太阳能储热系统布置249

10水处理设备及系统250

10.1吸热器和蒸发器补给水处理250

10.2水处理设备的计算250

10.3给水、炉水校正处理及热力系统水汽取样250

10.4防腐251

11电力系统252

11.1发电站与电力网的连接252

11.2系统保护252

11.3系统通信252

12电气设备及系统253

12.1高压配电装置253

12.2电气主控制室253

12.3直流系统253

12.4电气测量仪表253

12.5继电保护和安全自动装置253

12.6照明系统254

12.7电缆选择与敷设254

12.8过电压保护和接地254

12.9爆炸火灾危险环境的电力装置254

13热工自动化255

13.1基本规定255

13.2控制方式255

13.3热工检测255

13.4自动调节256

13.5热工保护256

13.6联锁256

13.7电源和气源256

13.8控制室256

13.9电缆、导管和就地设备布置257

13.10采暖的基本规定257

13.11太阳能吸热塔257

13.12厂区采暖热网及加热站257

14建筑和结构259

14.1基本规定259

14.2防火259

14.3室内环境260

15辅助及附属设施261

16太阳能热发电站的环境保护262

16.1基本规定262

16.2环境保护设计要求262

16.3污染防治262

16.4环境保护设施263

参考文献264

太阳能热发电站设计王志峰等著本书介绍了太阳能热发电站的基本设计方法，主要面向从事太阳能热发电工程的技术人员。太阳能热发电站分为聚光、吸热、储热和动力四大模块，本书着重介绍了前三部分的设计方法和工艺布置中需要注意的重点。对太阳能热发电站中与常规火电厂相同的部分，如汽轮机、辅助锅炉及相关部分本书基本没有叙述。本书对太阳能聚光和吸热部分有较深的理论描述，并结合实际工程给出了算例，对太阳能热发电站的选址也做了较为详细的描述。内容具有较强的理论和实用价值。
本书可供从事太阳能热发电工程的研究人员和技术人员使用，也可供能源相关专业的高校教师和研究生参考。