太阳能热发电站设计（第2版）

　　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。

　　王志峰，中国科学院电工研究所研究员，博士生导师。1985年获得武汉理工大学材料学院无机非金属材料学学士学位，1990年获武汉理工大学材料学院无机非金属材料学硕士学位，1993年获清华大学工程热物理专业博士学位，中国科学院“百人计划”，国家首批“万人计划”， 中国科学院首批特聘核心骨干研究员。 研究方向：太阳能热发电技术，太阳能建筑技术。

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
2.10全球太阳法向直射辐射资源分布60
2.10.1卫星太阳法向直射辐照度的现场修正60
2.10.2全球太阳法向直射辐射资源分布60

3太阳能热发电站总体设计63
3.1电站设计点63
3.1.1设计点的意义63
3.1.2利用设计点的计算实例63
3.2塔式电站定日镜聚光场效率分析64
3.2.1定日镜场光学分析软件HOC简介64
3.2.2定日镜场光学分析软件HOC的算法原理64
3.2.3定日镜场光学分析软件HOC的两个具体版本67
3.2.4镜面反射率的取值70
3.2.5大气透过率分析71
3.2.6塔式吸热器热损76
3.3抛物面槽式太阳能集热器热性能83
3.3.1槽式真空管热损系数84
3.3.2槽式集热器热性能测量方法现状85
3.3.3槽式集热器热性能测试方法92
3.4电站设计需要的基础资料112
3.5设计的主要参数和原则112
3.6电站总体参数描述113
3.7年发电量计算113
3.7.1采用设计点方法计算113
3.7.2年发电量计算实例114
3.7.3热发电站容量优化117
3.7.4基于逐时模拟的发电量计算方法117
3.7.5地理位置对抛物面槽式集热器效率计算的影响122
3.8储热量的确定126
3.8.1储热量选取的原则126
3.8.2储热功率选取的原则127
3.9电站总平面规划要点127
3.10聚光场布置注意事项131

4聚光系统设计133
4.1系统总体描述133
4.1.1聚光系统的组成133
4.1.2聚光器调控原则和模式133
4.1.3聚光场控制模式133
4.1.4CFSC控制室位置和环境要求134
4.1.5聚光场输出的计算方法134
4.1.6反射镜积灰的影响134
4.2聚光场布置原则135
4.2.1定日镜基本知识135
4.2.2球面定日镜聚光像散特性137
4.2.3轮胎面定日镜简介138
4.2.4槽式聚光器的光学损失139
4.2.5聚光场布置的一般原则141
4.3塔式电站聚光场设计143
4.3.1定日聚光场基本运行模式及基本设计参数143
4.3.2定日聚光场优化设计方法144
4.3.3塔式吸热器系统的设计148
4.4塔式电站聚光场控制设计150
4.4.1聚光场控制系统技术条件150
4.4.2定日镜跟踪误差的校正151
4.5槽式电站聚光场设计154
4.5.1聚光场的轴向布置155
4.5.2槽式集热器集热效率评价159
4.5.3槽式集热场设计164
4.6槽式电站聚光场控制设计165
4.6.1槽式电站聚光场控制系统技术条件165
4.6.2控制系统结构165
4.7集热器的风载特性165
4.7.1风洞实验——定日镜风载特性166
4.7.2外场测量——槽式聚光器风载170

5吸热器系统设计187
5.1系统总体描述187
5.1.1吸热器系统配置187
5.1.2吸热器组成及其调控原则188
5.1.3吸热器额定功率的确定原则190
5.2吸热器系统的材料选用191
5.2.1传热介质191
5.2.2吸热体材料191
5.2.3吸热体表面涂层192
5.2.4塔式吸热器保温材料192
5.2.5管材192
5.3吸热器系统的管路和泵选用192
5.4吸热器系统的控制193
5.4.1吸热器控制系统逻辑193
5.4.2控制设计范围194
5.4.3控制方式194
5.5吸热器系统运行方式设计195
5.5.1总则195
5.5.2吸热器启动195
5.5.3吸热器工作模式195
5.5.4吸热器的技术改进195
5.6吸热器的排污系统及其设备196
5.6.1排污范围196
5.6.2排污方式196
5.6.3排污装置197
5.6.4排污原则和方法197
5.7抛物面槽式吸热管真空性能197
5.7.1抛物面槽式吸热管结构概述197
5.7.2抛物面槽式吸热管真空可靠性研究现状199
5.7.3抛物面槽式吸热管放气性能205
5.7.4抛物面槽式吸热管放气性能测试208
5.7.5抛物面槽式吸热管渗气性能216
5.7.6抛物面槽式吸热管渗氢量预测219

6储热系统229
6.1系统总体描述229
6.1.1储热系统的作用229
6.1.2储热系统分类230
6.1.3储热方式选择231
6.1.4储热材料存放231
6.2储热系统的技术要求231
6.3储热材料和模式232
6.3.1熔融盐储热和室温离子流体材料232
6.3.2混凝土储热材料232
6.3.3混凝土储热器的换热设计233
6.3.4相变材料储热235
6.3.5固体材料储热用于空气吸热器系统235
6.3.6饱和水/蒸汽储热236
6.3.7合金相变储热材料236
6.4储热系统分类与组成237
6.4.1主动型直接储热系统237
6.4.2主动型间接储热系统239
6.4.3被动型储热系统240
6.4.4储热系统的组成242
6.5储热材料和容器的选用243
6.6储热容器的充放热设备及流程设计243
6.7储热系统控制244
6.7.1控制系统组成244
6.7.2储热系统控制逻辑244
6.8储热系统检修设施244

7厂址选择、电力负荷与发电流程245
7.1厂址选择245
7.1.1选址原则245
7.1.2宏观选址245
7.1.3生态保护245
7.1.4储热容器放置245
7.1.5太阳能资源与选址246
7.1.6厂址用地选择246
7.1.7站址标高确定247
7.1.8发电站厂址的地震烈度247
7.1.9厂址位置确定247
7.1.10发电站居住区位置的选择248
7.2电力负荷与发电流程248
7.2.1电力负荷资料248
7.2.2电力负荷规划248
7.2.3电力输出时段选择248

8厂区规划249
8.1基本规定249
8.1.1发电站的厂区规划原则249
8.1.2发电站的厂区规划设计要求249
8.1.3厂区规划注意事项250
8.1.4厂区绿化的布置250
8.1.5厂区主要建筑物的方位250
8.1.6吸热塔耐温防火250
8.2主要建筑物和聚光场的布置250
8.2.1主厂房位置的确定250
8.2.2塔式电站吸热塔布置251
8.2.3聚光场内道路布置251
8.2.4厂区围墙251
8.3交通运输251
8.4竖向布置252
8.5管线布置253
8.5.1厂区地下管线的布置253
8.5.2架空管线的布置253
8.5.3管线与周边环境的协调253

9主厂房布置254
9.1主厂房方位254
9.2主厂房与储热器254
9.3太阳能储热系统布置254

10水处理设备及系统255
10.1吸热器和蒸发器补给水处理255
10.2水处理设备的计算255
10.3给水、炉水校正处理及热力系统水汽取样255
10.4防腐256

11电力系统257
11.1发电站与电力网的连接257
11.2系统保护257
11.3系统通信257

12电气设备及系统258
12.1高压配电装置258
12.2电气主控制室258
12.3直流系统258
12.4电气测量仪表258
12.5继电保护和安全自动装置258
12.6照明系统259
12.7电缆选择与敷设259
12.8过电压保护和接地259
12.9爆炸火灾危险环境的电力装置259

13热工自动化260
13.1基本规定260
13.2控制方式260
13.3热工检测260
13.4自动调节261
13.5热工保护261
13.6联锁261
13.7电源和气源261
13.8控制室261
13.9电缆、导管和就地设备布置262
13.10采暖的基本规定262
13.11太阳能吸热塔262
13.12厂区采暖热网及加热站262

14建筑和结构264
14.1基本规定264
14.2防火264
14.3室内环境265

15辅助及附属设施266

16太阳能热发电站的环境保护267
16.1基本规定267
16.2环境保护设计要求267
16.3污染防治267
16.4环境保护设施268

参考文献269