本书主要内容包括塔式、槽式、菲涅尔式和碟式四种光热发电方式的组成与原理,光热电站关键设备的结构与生产工艺,光热电站换热器及太阳能储热技术,国内外已建光热电站概况及光热电站发展近况等。

本书涵盖的专业知识内容及相关数据均结合了国家太阳能光热产业技术创新战略联盟及CSPPLAZA 网发布的专业技术和光热电站项目动态,本书内容框架也经过光热专业教师团队紧密对接专业培训内容及调研企业需求进行了多次重构。书本中穿插了教学课件和微课视频及专业知识点对应的思政教育元素。

本书适合作为高等职业院校太阳能光热技术与应用专业及太阳能相关专业的教材,也可供相关行业内技术人员参考阅读。

我国在太阳能低温和高温利用方面居于世界前列,在高温利用方面虽起步较晚,但近十年来,在国家支持、政策引导、科技投入和有识之士及相关企业的努力下,太阳能光热发电技术得以快速发展。

2021 年3 月15 日召开的中央财经委员会第九次会议提出,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。这是中央层面首次明确了新能源在未来电力系统中的地位。构建以新能源为主体的新型电力系统,意味着随机波动性强的风电和光伏将成为未来电力系统的主体,目前占主导地位的煤电将成为辅助性能源。据预测,在“双碳”目标下,2060 年我国一次能源消费总量将达到46 亿t 标煤,其中非化石能源占比将达到80% 以上,风、光成为主要能源,且主要转换成电能进行利用,2060 年电力占终端能源消费比例将达到79% ~92%。

不同的发电方式都具有其自身的特点,不同特性的发电方式都可以在不同场合发挥其优势,光热发电具有将不可控的太阳辐射能输入转变为可控的电力输出,我国光热发电技术经过十几年的发展,以其可大容量储热、可连续发电、可灵活调节可再生能源等特点和优势有望成为主要的调节电源之一。

国家发展改革委员会2021 年6 月7 日颁布的《关于2021 年新能源上网电价政策有关事项的通知》中提出:鼓励各地出台针对性扶持政策,支持光伏发电、海上风电、光热发电等新能源产业持续健康发展。《2030 年前碳达峰行动方案》明确提出:积极发展太阳能光热发电,推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调节的风光热综合可再生能源发电基地。光热发电可以储热连续发电,可以作为调峰电源,是风力发电和光伏发电不具备的特点,因此在高比例可再生能源并网下,太阳能光热发电可实现与风电光伏及其他能源互补结合的平滑效益,可以起到利用可再生能源、消纳可再生能源作用。由此可见,太阳能光热发电技术是未来新能源体系中不可或缺的一个必需项目。

全书共分七章。第一章介绍了太阳能光热发电基础知识,包括太阳辐射、聚光原理、光热电站选址、光热发电发展历史和现状等;第二章至第五章介绍了光热发电的四种形式:槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式的特点与组成、关键设备、镜场设计、储热设计等专业知识;第六章介绍了光热电站中的换热器特点与相关设计计算;第七章介绍了储能技术,特别介绍了光热发电中的储热技术。

本书的主要特点如下:

(1)专业知识内容均来自编者多年的教学与学习积累,编写团队将多次参与的光热行业培训内容、在教学过程中的经验与学情分析、光热相关平台的最新工艺与动态三者进行了有机融合。

(2)以具有思政特色的光热行业动态作为导读引出学习内容,在学习知识的同时也进行了思政教育学习。

(3)对光热发电主要知识体系的结构框架进行了重构,对知识体系的难易程度进行了筛选,以二维码的形式穿插了丰富的教学资源,适合课程教学的特点,更有利于学生快速学习与掌握。

(4)每一章最后都有思考题作为巩固加深,附表前的练习题可以检验学习效果,方便抓住学习重点。随着光热发电发展的深入及后续教学素材的积累,本书还会不断地进行修改完善,力求将不断更新的专业知识体系呈现出来,力争做到让更多的人越来越了解光热行业,期待我国光热发电行业能得到更好更快的发展。

本书由陈思超任主编,刘阳平、唐芳任副主编。本书编者要特别感谢中国光热产业技术创新战略联盟,为宣传我国太阳能光热发电技术收集推送最新资料,联络各相关单位组织线上或线下的光热学术专题交流等,为我国光热事业做了很大贡献,我们深感钦佩;本书也参考借鉴了很多来自光热联盟的数据;还要衷心感谢湖南理工职业技术学院黄建华教授给予的工作指导;感恩我们光热教学团队的相互帮助。

本书在编写过程中,得到了编者所在学校湖南理工职业技术学院的大力支持和经费资助,系湖南理工职业技术学院2022 年校级教材资助项目研究成果( 项目编号:2022JC003)。

本书在编写过程中,尽管编者尽心尽力,但由于水平所限,参加太阳能光热发电站的实际建设经验远远不足,书中不妥之处在所难免,恳请广大读者批评指正。

  编者

2022 年6 月

第一章太阳能光热发电基础知识1
第一节太阳能光热发电简述2
第二节太阳辐射相关参数8
第三节太阳的视运动与追踪13
第四节太阳能光热发电聚光原理16
第五节太阳能光热发电光学损失分析19
第六节太阳能光热电站选址25
第七节太阳能光热发电发展现状与前景分析34
第二章槽式光热发电技术42
第一节槽式电站组成与特点43
第二节典型槽式电站45
第三节槽式电站真空集热管51
第四节抛物面反射镜59
第五节传热介质导热油71
第六节太阳能槽式锅炉系统73
第三章塔式光热发电技术80
第一节塔式电站组成与特点81
第二节典型塔式电站83
第三节塔式电站吸热器与定日镜91
第四节传热介质熔融盐97
第五节塔式电站设计计算99
第六节塔式电站储热系统设计106
第四章碟式光热发电技术115
第一节碟式光热发电系统组成与特点116
第二节碟式太阳能聚光器121
第三节碟式太阳能接收器123
第四节斯特林发动机125
第五章线性菲涅尔光热发电技术130
第一节线性菲涅尔光热发电系统的组成与特点131
第二节菲涅尔集热器132
第三节线性菲涅尔光热电站介绍133
第四节“全球首个”光热发电项目136
第六章光热电站换热器146
第一节换热器的分类与光热电站换热器特点147
第二节光热电站换热器流道选择149
第三节光热电站换热器换热量计算150
第四节光热电站中的绝热保温151
第七章储能技术介绍153
第一节机械储能154
第二节热力储能158
第三节蒸汽蓄热器技术162
第四节太阳能储热技术164
第五节固体蓄热与水蓄热、熔融盐蓄热的对比167
第六节我国储能产业发展现状与特点169
练习题171
附表175
参考文献181

    陈思超，湖南理工职业技术学院

本书主要内容包括塔式、槽式、菲涅尔式和碟式四种光热发电方式的组成与原理,光热电站关键设备的结构与生产工艺,光热电站换热器及太阳能储热技术,国内外已建光热电站概况及光热电站发展近况等。

本书涵盖的专业知识内容及相关数据均结合了国家太阳能光热产业技术创新战略联盟及CSPPLAZA 网发布的专业技术和光热电站项目动态,本书内容框架也经过光热专业教师团队紧密对接专业培训内容及调研企业需求进行了多次重构。书本中穿插了教学课件和微课视频及专业知识点对应的思政教育元素。