太阳能热发电技术(第二版)

第1篇太阳能时代和太阳能热发电

1能源和能源危机002

1.1能源的发展002

1.1.1火的应用002

1.1.2煤炭时代003

1.1.3油气开发003

1.2石油能源的危机004

1.2.1石油的重要性004

1.2.2石油的紧缺005

1.3能源消费对环境的破坏006

1.3.1地球环境的演变006

1.3.2人类对地球环境的依存007

1.3.3大气温室效应增强可能导致的后果010

1.3.4臭氧层破坏010

1.3.5酸雨011

1.3.6热污染012

1.3.7生物多样性锐减013

1.3.8大气污染引起的健康危害014

1.3.9能源开发和运输过程所致的环境效应014

1.3.10能源使用的“误区”——现代高能农业016

1.3.11废弃物泛滥成灾017

1.3.12水资源短缺017

1.3.13太多的人口——68亿人的地球019

1.4能源危机与中国发展019

1.4.1中国人口019

1.4.2水资源020

1.4.3土地退化021

1.4.4中国酸雨状况021

1.4.5无处可扔的城市022

1.4.6物种减少023

1.4.7可持续发展重大阻力023

1.5中国采用新能源的紧迫性026



2重归太阳能028

2.1太阳能的基本知识028

2.1.1太阳辐照028

2.1.2日地关系031

2.2生物质能032

2.2.1生物质能状况032

2.2.2制约生物质能应用的因素033

2.3风能034

2.3.1风能状况034

2.3.2制约风能应用的因素035

2.4水能036

2.4.1水能状况036

2.4.2制约水能应用的因素036

2.5海洋能037

2.5.1海洋能状况037

2.5.2制约海洋能应用的因素038

2.6地热能038

2.6.1地热能状况038

2.6.2制约地热能应用的因素039

2.7天然气水合物040

2.7.1天然气水合物状况041

2.7.2制约天然气水合物应用的因素041

2.8核能043

2.8.1核能状况043

2.8.2制约核能应用的因素044

2.8.3轻核聚变046

2.9生态灾难047

2.9.1三峡工程的生态影响049

2.9.2汶川地震发生的可能原因049

2.10重归太阳能050

2.10.1美国太阳能计划052

2.10.2太阳能聚热发电技术053



3太阳能热利用：太阳能热利用在未来能源中的地位054

3.1太阳能热利用简史054

3.2我国太阳能资源058

3.3太阳能热利用技术060

3.3.1太阳能温室的结构类型060

3.3.2太阳灶概述062

3.4太阳能干燥概述065

3.5太阳能海水淡化066

3.6太阳能建筑理念068

3.7太阳能空调的意义069

3.8太阳能热水器070

3.9太阳能光伏发电和太阳能热发电技术比较071

3.10我国对太阳能热发电技术的发展规划074

3.11太阳能热发电在未来能源结构中的地位076



第2篇太阳能热发电专有技术

4聚光集热与聚光器080

4.1聚光集热080

4.1.1聚光集热概念080

4.1.2聚光作用083

4.1.3聚光反射材料083

4.1.4聚光集热温度086

4.1.5太阳能热发电常用的聚光集热技术087

4.2聚光器088

4.2.1聚光器的演化088

4.2.2几类反射镜090

4.2.3CPC聚光器091

4.2.4聚光器种类092

4.2.5透射式聚光器093

4.2.6聚光器的现状094

4.2.7定日镜095

4.2.8槽式反射镜096

4.2.9面聚光式聚光器101

4.2.10线聚光式聚光器102

4.2.11聚光集热器的发展方向103



5日照跟踪技术106

5.1日照跟踪技术的意义106

5.2太阳能自动跟踪装置108

5.2.1对控制系统的要求108

5.2.2太阳位置的计算108

5.2.3太阳跟踪装置109

5.2.4跟踪控制模式112

5.2.5开环、闭环、混合控制方式114

5.2.6影响聚光跟踪的因素117

5.3跟踪装置部分部件118

5.3.1传感器118

5.3.2光电传感器阵列布置118

5.3.3步进电机120

5.3.4减速器121

5.3.5谐波齿轮减速器121

5.3.6跟踪系统在工作过程中的损耗122

5.4别具一格的跟踪方式123



6接收器(太阳锅炉)125

6.1接收器的概念125

6.2太阳光谱选择性吸收薄膜126

6.2.1太阳光谱选择性吸收薄膜的发展历史126

6.2.2光谱选择性吸收薄膜基本原理127

6.2.3选择性吸收涂层的概念和组成128

6.2.4选择性吸收涂层的基本构造129

6.3选择性吸收涂层的分类和性能129

6.3.1选择性吸收涂层的分类129

6.3.2中高温选择性吸收涂层的性能130

6.4有关平板接收器133

6.4.1平板型太阳能集热器概述133

6.4.2索绪尔热箱134

6.4.3吸热板和真空管集热器135

6.4.4真空管用硼硅玻璃3.3 141

6.5直通式金属-玻璃真空集热管142

6.5.1真空集热管的特性142

6.5.2真空集热管的制造工艺及发展方向144

6.6热管式真空管集热器145

6.6.1热管的工作原理145

6.6.2中高温热管的制造工艺147

6.7中高温接收器148

6.7.1中高温接收器概述148

6.7.2接收器系统149

6.7.3管状集热接收器151

6.7.4圆柱接收器153

6.7.5直接照射太阳能接收器153

6.7.6管式和多孔体结构157



7太阳能热储存技术160

7.1热储存的意义160

7.1.1储热的作用与类型160

7.1.2储热与太阳能热发电站的设计165

7.2储热材料分类167

7.3显热储热材料168

7.3.1显热储热材料的性能要求168

7.3.2气体显热储热材料169

7.3.3液体显热储热材料169

7.3.4固体显热储热材料171

7.3.5两种介质储热172

7.4相变储热材料176

7.4.1相变储热材料性能176

7.4.2几类相变储热材料177

7.4.3无机盐相变材料178

7.4.4金属与合金相变储热材料180

7.5太阳能化学反应储存181

7.5.1太阳能化学反应储存概述181

7.5.2几类具有潜力的化学储热反应183

7.6太阳能热制氢185

7.6.1太阳能热制氢的意义185

7.6.2直接加热法制氢186

7.6.3热化学法制氢187

7.7跨季节储热太阳能集中供热系统(CSHPSS)188

7.7.1CSHPSS原理188

7.7.2太阳能热的地下储存189

7.8储热系统190

7.8.1储热装置技术190

7.8.2对储热容器的要求191

7.8.3储热装置的发展192

7.8.4储热罐193

7.8.5单罐储热和双罐储热194

7.8.6储热罐示例198

7.9热交换200

7.10热传输202



第3篇各类太阳能热发电技术

8塔式太阳能热发电206

8.1塔式太阳能热发电技术概述206

8.1.1历史与现状206

8.1.2塔式太阳能热电站系统207

8.1.3塔式太阳能热发电站的特点208

8.2塔和塔式电站工作原理209

8.2.1塔功能概述209

8.2.2太阳能接收器210

8.2.3塔式太阳能热发电站的储热210

8.2.4塔顶接收器热过程的应用211

8.2.5塔式电站工作原理212

8.3跟踪系统216

8.3.1跟踪方法216

8.3.2跟踪控制系统218

8.3.3定日镜误差222

8.3.4塔式太阳能技术的未来与定日镜的发展223

8.4定日镜场224

8.4.1定日镜场的设计要求224

8.4.2设计思考225

8.4.3有关系数228

8.4.4镜场设计228

8.4.5系统性能的综合分析230

8.4.6定日镜场布置231

8.5塔式太阳能热发电系统的运行和控制236

8.5.1概述236

8.5.2定日镜运行控制237

8.5.3跟踪控制系统基本情况238

8.5.4电站监控系统239

8.5.5流量控制示例240

8.6国内塔式电站的研制进展240

8.6.170kW塔式太阳能热发电系统240

8.6.2基本原理与总体思路241

8.6.3亚洲首座兆瓦级太阳能塔式热发电项目——北京延庆塔式电站246

8.7新型反射塔底式接收器248



9碟式/斯特林太阳能热发电252

9.1碟式太阳能热发电简介252

9.2装置与系统254

9.3碟式发电系统的旋转抛物面聚光器257

9.3.1旋转抛物面的聚光257

9.3.2聚光装置结构257

9.3.3碟式太阳能聚光器跟踪系统259

9.4接收器261

9.4.1接收器类型261

9.4.2热管式真空集热管在碟式太阳能热发电系统中的应用262

9.5太阳能斯特林发动机266

9.5.1斯特林发动机概述266

9.5.2斯特林热机工作原理267

9.5.3斯特林热机在太阳能发电中的应用269

9.5.4斯特林发动机的有关技术和部件271

9.6太阳能热声发电275

9.7太阳坑277

9.8空间站太阳能热发电278

9.8.1空间站太阳能热发电的优势278

9.8.2空间太阳能热发电系统的热机循环280

9.8.3空间电站系统部件技术发展282



10槽式太阳能热发电/线性菲涅尔式太阳能热发电285

10.1槽式和线性菲涅尔式电站简介285

10.1.1槽式技术和线性菲涅尔式技术发展历程285

10.1.2槽式聚光集热器的集热效率287

10.2槽式太阳能热发电系统中的聚光集热器288

10.2.1集热管288

10.2.2聚光器291

10.2.3跟踪机构294

10.3聚光集热器阵列295

10.3.1槽式电站原理295

10.3.2镜场设计296

10.4聚光器集热工质298

10.4.1可以选用的集热工质298

10.4.2DSG技术300

10.5槽式电站的储热308

10.5.1两种储热系统308

10.5.2双罐储热运行模式309

10.5.3储热形式及储热介质选择310

10.5.4储热系统设备312

10.5.5槽式太阳能热发电站315

10.6线性菲涅尔反射式太阳能热电站316

10.6.1聚光系统316

10.6.2镜场布置320

10.6.3发展及应用前景322

10.6.4菲涅尔曲面透镜的应用323

10.7塔式系统与槽式系统比较325

10.7.1两种技术的优缺点325

10.7.2两种技术的效率和环境影响326

10.7.3对我国槽式和塔式发电技术的一些思考327

10.8一种超低温太阳能发电技术329



11太阳能热气流发电/太阳能半导体温差发电334

11.1概述334

11.1.1太阳烟囱发电技术的发展过程334

11.1.2太阳烟囱发电技术的优点335

11.2太阳烟囱发电原理和进展336

11.2.1原理336

11.2.2太阳烟囱技术337

11.2.3进展340

11.3太阳烟囱发电新技术341

11.3.1强热发电技术341

11.3.2浮动烟囱太阳能热风发电341

11.3.3斜坡太阳烟囱发电341

11.3.4太阳烟囱发电技术在建筑中的应用342

11.4太阳烟囱发电展望344

11.4.1太阳烟囱的生态环境优势344

11.4.2太阳烟囱与超高建筑345

11.4.3太阳烟囱与天篷式建筑346

11.5其他太阳能热发电技术简介347

11.5.1碱金属热电转换348

11.5.2磁流体发电348

11.5.3热离子发电350

11.5.4半导体温差发电351



12太阳池热发电和海水温差发电358

12.1太阳池热发电技术简史358

12.2太阳池热电站系统359

12.2.1电站系统组成359

12.2.2太阳池工作原理360

12.3太阳池系统稳定运行的影响因素361

12.4太阳池储热能力和效率362

12.5太阳池的维护363

12.6太阳池热发电技术的展望364

12.7海水温差发电技术概述365

12.8海水温差发电技术原理366

12.8.1循环方式366

12.8.2设备368

12.8.3主要技术369

12.8.4组合利用370

12.8.5海水温差能与海洋波浪能结合的技术370

12.9海水温差发电技术特点371

12.10海水温差技术应用前景372

12.11太阳能热水力发电373

12.12太阳能热土壤温差发电373

12.12.1太阳能-土壤源热泵系统(SESHPS)373

12.12.2有机朗肯循环374



第4篇太阳能热发电技术的发展趋势

13太阳能热发电技术的集成整合及未来378

13.1当前太阳能热发电技术的特点及现状和面临的问题378

13.1.1太阳能热发电技术的特点及类型与技术的比较378

13.1.2单纯太阳能热发电技术现状及面临的问题379

13.1.3降低太阳能热发电成本的途径381

13.2聚焦太阳能热发电(CSP)技术的发展385

13.2.1发展趋势385

13.2.2当前发展目标386

13.2.3中国太阳能热发电技术的发展目标388

13.3太阳能互补发电系统390

13.3.1太阳能互补发电系统的概念390

13.3.2互补系统的形式391

13.3.3太阳能-燃气-蒸汽整体联合循环系统392

13.4太阳能热的应用395

13.4.1太阳热动力水泵、海水淡化395

13.4.2太阳能热与火力发电耦合397

13.4.3一种太阳能加热站集中供暖系统400

13.4.4线性菲涅尔式太阳能热联合循环发电401

13.5太阳能热化学复合系统402

13.5.1太阳能天然气重整发电402

13.5.2太阳能双工质联合循环发电405

13.5.3太阳能与其他几类能源的集成407

13.6太空太阳能发电410

13.6.1太阳塔、太阳碟与太阳盘410

13.6.2月球太阳能电站411

13.6.3地球太阳能电力网络413



参考文献415