麻花的做法:Thermoflow设计太阳能热发电

新能源的开发与利用-太阳能热电厂模拟设计2011-01-01 00:00:00
随着哥本哈根会议的闭幕，世界各国在节能减排、走低碳经济之路的问题上达成了共识。我国作为最大的发展中国家，在发展低碳经济的道路上受世界瞩目。
一、太阳能发电是最理想的新能源
太阳能是真正取之不尽、用之不竭的清洁能源。而且太阳能绝对干净，不产生公害。太阳能的应用很广泛，可以太阳能发电、太阳能制冷、太阳能锅炉、太阳能热水、太阳能沼气等。
目前，太阳能发电分热发电和光伏发电两种基本形式。
太阳能光伏发电系统是利用光—电转换原理，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。利用光—电转换原理制成，太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。
太阳能热发电是利用光—热—电的转换原理，通过反射镜或集热器将阳光聚集起来，加热水或其他介质，产生蒸汽或热气流推动汽轮机发电机发电。由于这种形式发电量大，电压稳定，受到国内外很多电力设计单位的关注。
二、太阳能热发电的主要形式
近几年，很多电力设计单位都在加大力度开发热发电的方式。目前主要有以下几种方式：
l  太阳能塔式热发电
l  太阳能槽式热发电
A、线形菲涅尔式
B、抛物线式
1. 太阳能塔式热发电
太阳能塔式热发电厂由反射镜阵列、高塔、集能器、蓄热器、发电机组等五个主要部分组成。反射镜阵列由许多面反射镜按一定规律排列而成。这些反射镜自动跟踪太阳，反射光能够精确地投射到高塔的集能器窗口里。高塔可以建在反射镜阵中央或南侧。集能器按需要设计成单侧受光或四周受光。当阳光投射到集能器被吸收转变成热能后，便加热盘管内流动着的介质水产生蒸汽。一部分热量用来带动汽轮发电机组发电，另一部分热量则被贮存在蓄热器里，以备没有阳光时发电用。
太阳能塔式热电厂的优点：
1、是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高；
2、能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；
3、接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。
太阳能塔式热电厂可与高温、高压火电站的参数一致，这样不仅使太阳能发电系统有较高的热效率，而且容易获得配套设备。2007年我国在南京就建成了70KW的太阳能塔式热电厂。


光伏电厂模型
太阳能塔式热电厂模型
 
2. 太阳能槽式热发电
太阳能槽式热电厂采用多个抛物线槽型镜面集热器，将太阳能光聚集到位于焦线的中心管上，使管内的导热介质水加热至350-390度，然后循环的被加热介质经热交换产生过热蒸汽，过热蒸汽推动汽轮发电机组发电。
槽式太阳能热发电系统包括五个子系统。
1、聚光集热子系统。由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。
2、换热子系统。由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。
3、发电子系统。基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。
4、蓄热子系统。太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行。蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。
5、辅助能源子系统。在夜间或阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。
目前槽式热发电系统的功率可达10-1000兆瓦，是目前所有太阳能热发电站中功率最大，也是目前最具商业化运用条件的太阳能发电模式。
三、太阳能热发电的模拟设计
随着太阳能热电厂的迅猛发展和示范项目的成功兴建，Thermoflow作为唯一一家商业化的电厂模拟设计软件公司，也积极和国际知名电力设计公司合作开发太阳能热发电系统。截止到Thermoflex19.0，软件中已包含了常见的太阳能槽式热电厂模型（线形菲涅尔式，抛物槽式），用户还可以自定义太阳能模型。
1 、Thermoflex模拟设计太阳能热电厂的功能优势：
a、Thermoflex加上PEACE可以对太阳能热发电系统进行设计、模拟和成本估算。
b、Thermoflex有三种模式：
Thermodynamic Design-可输入热工参数设计太阳能热发电系统；
Engineering Design-可以改变元件的物理属性来优化系统；
Off Design-可对设计好的系统进行变工况分析。
c、Thermoflex非常灵活，可以按照你的设计要求，用工具框中的模块元件搭建模型。
工具框中的模块元件可以满足你搭建任意类型的电厂系统。
d、软件中内置太阳能模型中可以定义采光效率，工质流量，工质出口温度，辐射照射度，集热器的截面、布置，传热特性等。
Thermoflex以上的功能特点不仅可以帮助您完整设计您的太阳能热发电系统，还可帮你确保在进行实验前太阳能发电系统中的热循环是可靠的，避免盲目实验造成的经济和时间损失。



 
2、Thermoflex太阳能热电厂模拟实例
Thermoflex中内置有大量的与太阳能模拟的元件和充足的调整参数，以便模拟设计丰富多样的太阳能热电系统模型。
a、下面系统就是模拟美国加州的一个太阳能热电系统。
从抛物槽镜面上反射的光照射到装有导热油的管子上，被加热的导热油在换热器中加热水，水被加热成过热蒸汽后推动汽轮机发电机组发电。在输出报告中可以知道太阳能反射镜的布置，镜面面积，总出力，净电效率等。

 
b、下面的实例是用线性菲涅尔式模拟太阳能热发电系统
线性菲涅尔式是多个反射镜面按照一定角度把反射光投到装有水的管道中，水变成过热蒸汽后推动汽轮机做功，采用空冷凝结器的冷凝蒸汽。

 
c、整体式太阳能联合循环系统
本实例是太阳能与燃汽轮机联合发电模型。反射光加热导热介质后，导热介质加热从余热锅炉中抽出的饱和蒸汽，然后再注入到余热锅炉中再次过热后与余热锅炉中的过热蒸汽一起推动汽轮机做功。该模型中考虑到太阳能利用的一些局限性，比如黑夜，雨天等，因此采用与燃气轮机联合使用就可以保证电力的正常供应。

 
从以上实例可以看出，Thermoflex软件可以满足你搭建任意太阳能发电的模型，帮助您完善设计，模拟变工况分析，让您在有限的条件下就知道整个太阳能发电系统。从而提高您研究该系统的效率，节约研究和实验时间，加快开发进程，早一步掌握太阳能发电的核心技术和获取相关专利。
Thermoflex20.0版本将添加新的太阳能模型，并且可以生成太阳能热发电系统的三维效果布置图。

 
四、太阳能热发电的前景
据欧盟报道，到2050年全球能源供给分配应为：40%太阳能、30%生物能、15%风能、10%水能、5%原油。可见，太阳能热发电的继续开发利用的多么的必要。
随着我国技术的发展，在2006年，我国的一些企业已迈进了全球前列，标志着我国即将成为全球新能源科技的中心之一。我国的一些电力设计院也在使用Thermoflex设计模拟开发太阳能热发电系统，并取得了较大进步。我相信在不久将来，随着太阳能热发电技术的不断发展，Thermoflex软件将给您带来更大的效益。