Cleanergy碟式斯特林太阳能发电系统介绍

击败光伏替代核电：斯特林碟式太阳能聚光发电击败光伏替代核电：斯特林碟式太阳能聚光发电日本核泄漏给世界再一次敲响了警钟，能源安全问题已经成为世界的焦点，未来的希望在太阳能，太阳能最大的希望在斯特林碟式太阳能聚光发电我国每年太阳能资源可开发量折合标准煤达17000亿吨，而包括风能、水能、生物质能、地热能在内的其他可再生能源折合标准煤不到60亿吨。

未来20年，全球光热发电每年将会有164亿欧元的巨大市场。

到2025年，全球光热发电的装机总容量将达到36000兆瓦；到2040年，光热发电将满足世界上5％的电力需求。

相对于全球市场，国内光热发电市场潜力也是非常巨大。

据测算，到2015年，中国光热发电的规模将达到400到500兆瓦。

2015年以后，光热发电每年的装机规模都将达到300到500兆瓦。

从耗能和技术侧面来讲，光热更符合中国现阶段的国情和长远规划。

据统计，目前全球投入使用的太阳能光热发电电站装机容量约有700兆瓦，在建项目1200兆瓦，已经宣布建设的装机容量则为1.26万兆瓦，并且这些数字每周都在更新。

以目前的发展形势看，这个发电领域的后起之秀很有可能在不久的将来超越光伏，成为发电领域的一支重要力量。

斯特林热机应用在太阳能发电领域，成本与光伏发电比较将显著降低，并且纯转化效率比光伏发电高一倍以上。

热电联供转化效率更是高达5倍，在太阳能住宅应用领域前景广阔.大功率地搜集汇聚太阳能，用斯特林热机带动发电机发电，能够大功率地利用太阳能发电，是人类利用太阳能这种可再生能源的一种很好的方式. 用硅光电池光伏组件发电成本很高，一般只能用于小规模太阳能发电，较难进行大容量电力网供电，斯特林太阳能发电相对光伏系统太阳能发电成本要低得多，较成熟的斯特林太阳能发电，只有光伏系统发电成本的1/5—1/10。

由于斯特林太阳能发电功率较大，可以进入电力网供电。

成套斯特林太阳能发系统成本约4000元/千瓦。

进行大规模生产成本有望2000元/千瓦。

碟式斯特林太阳能热发电系统
汇报说明
一、碟式斯特林太阳能发电系统系统概述
碟式斯特林太阳能热发电系统包括聚光器、接收器、热机、支架、跟踪控制系统等主要部件。

系统工作时,从聚光器反射的太阳光聚焦在接收器上,热机的工作介质流经接收器吸收太阳光转换成的热能,使介质温度升高,即可推动热机运转,并带动发电机发电。

斯特林热发电系统的效率非常高,最高光电转换效率可达30%，其单机容量较小,一般在5～25kW之间,适合建立分布式能源系统,特别是在农村或一些偏远地区具有更强的适应性。

二、华电电科院开展的碟式斯特林太阳能发电项目介绍
华电电科院计划在青海格尔木建设一个98kWp（10台10kW）的斯特林光热电站，嵌入到在整个10MW光伏电站中。

每台斯特林发电系统都配有整流器，将输出的400V/50Hz的交流电整流成直流电，如图所示，然后10台为一组配逆变器，将输出电能逆变成符合电网要求的交流电，最后通过变压器将电压升直10kV，送入高压电网。

三、与华电电科院合作前景
碟式斯特林热发电系统的发电效率是光伏发电的2倍左右，成本约4万元/千瓦，实现国产化后，成本可降到2万元/千瓦，届时成本和光伏相当，而其发电量是光伏的2倍，按目前国家实行的1元/kWh上网电价，其利润较光伏发电高很多，应用前景广阔。

目前，华电电科院已经和瑞典厂家签订了12台斯特林发电机购买协议，其中10台用于在青海格尔木建设一个98kW的光热电站，另外2台放在其负责的国家能源局分布式能源中心研究核心部件的国产化技术。

集团公司拥有良好的机械加工基础，可以和华电电科院共同开展斯特林发电机的国产化合作，抢占国内光热发电市场。

一、技术开发单位
船舶重工集团第七一一研究所
二、技术简介
斯特林发动机（热气机）是一种闭式循环往复式外燃机，理论上按斯特林循环工作。

与柴油机和蒸汽机等不同的是：它的工作气体(一般为氢气或氦气)是封闭在机器内的，并在各腔室间循环，反复使用。

运行时依靠气缸外的热量加热加热器部件内的工质，工质受热膨胀推动活塞做功，完成做功的工质被冷却收缩具备再次受热膨胀做功的能力。

通过机构将这一工作过程按一定规律进行循环，即斯特林循环即可使发动机实现连续做功。

利用这一原理我们可以将太阳光聚焦在斯特林发动机的加热器部件上，加热工质实现斯特林发动机的做功和发电。

碟式斯特林太阳能热发电系统还可以设计成光气互补型，实现在没有阳光的条件下通过燃烧可燃气体发电的目标，达到系统24h连续发电的目的，这是光伏发电所不具备的功能。

三、技术特点
碟式斯特林太阳能热发电属于太阳能热发电技术，这种技术是将太阳辐射能汇集生成热能、通过热力循环发电的技术。

与光伏发电相比，太阳能热发电的初始投资和电价均较低，其发电的中高温余热还可用于热电联供或海水淡化等。

根据聚光方式的不同，太阳能热发电主要分为三类：槽式、塔式和碟式。

几种方式中，斯特林（热气机）碟式太阳能热发电系统单机功率相对较小，但系统效率最高（超过30％），既适合分布式发电，也可模块化组合后形成规模发电。

碟式斯特林太阳能热发电系统还可以设计成光气互补型，实现在没有阳光的条件下通过燃烧可燃气体发电的目标，达到系统24h连续发电的目的，这是光伏发电所不具备的功能。

碟式太阳能斯特林光热发电装置原理及前景1816年，苏格兰牧师罗伯特·斯特林(RobertStirling)发明了一种独特的外燃热机。

这是一种外燃的闭式循环往复活塞式热气机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。

此种热气机被称为斯特林发动机。

时隔近200年后的今天，伴随太阳能发电技术的开发，这种斯特林机正在被应用在太阳能光热发电领域。

记者日前获悉大连星火新能源发展有限公司研发成功25KW太阳能斯特林发动机。

斯特林发动机也称外燃机，它的发明距今已有近200年时间，和蒸汽机的历史差不多，它的特点首先是燃烧连续，由于工质不燃烧，因此没有内燃机的爆震现象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃烧室在外，燃烧的过程与工质无关，适用于各种热源，对燃烧方式无特殊要求，体积小、重量轻、噪音低、寿命长、维护方便、燃烧效率高。

这种热气机目前在世界上应用于军事领域较多，特别是在潜艇上的应用十分广泛。

斯特林发动机应用于太阳能热发电领域的优势：光伏方面，无论是单晶硅、多晶硅或薄膜电池技术应用在光伏发电上的光电转化效率一般都在8%—15%左右，而且其转化效率衰减快，一般3—5年就衰减5—8%。

光热方面，目前应用较多的太阳能槽式、塔式光热发电的光电转化率也只有9%和11%。

相比之下，碟式太阳能斯特林光热发电的光电转化率高达33%。

而且还存在应用灵活、无需消耗大量水资源、占地面积小等优势。

斯特林光热发电不但可以应用于建设大面积的光热发电站，也可采取风光互补的发电方式，应用于现有的风电场；同时还可以采用光热、燃气综合加热的混合发电方式。

同时，也特别适合在沙漠、山丘等缺水地区；适合于在缺水、缺电的偏远海岛、农村、牧区、海洋钻井平台等地区建立分布式电站，也适用于城市楼宇家用小型电站离并网供电方式。

碟式太阳能斯特林光热发电达到批量化应用后，其成本预计可以达到1美元/瓦，与光伏发电的投资成本接近，更低于传统的槽式光热发电的2.7美元/瓦和塔式光热发电2.5美元/瓦的平均成本。

斯特林发动机与碟式太阳能热发电技术的研究进展作者：唐大伟李铁桂小红来源：《新材料产业》 2012年第7期文/唐大伟李铁桂小红中国科学院工程热物理研究所目前，太阳能发电技术主要分为太阳能光伏发电和太阳能热发电2种形式，其中，太阳能热发电具体又分为槽式、塔式和碟式3种形式。

在碟式太阳能热发电系统中，将光能转换成电能的核心装置就是斯特林发动机，可以说，斯特林发动机的工作特性决定了碟式太阳能热发电系统的工作特性，其技术的发展程度也决定了碟式太阳能热发电技术的成熟程度。

一、斯特林发动机与碟式太阳能热发电系统的工作原理及特点1.斯特林发动机简介斯特林发动机，又称热气机，是一种外燃机，即依靠外部热源对密封在机器中的气体工质加热，使其不断热胀冷缩，进行闭式循环，推动活塞做功。

斯特林发动机最早由英国的罗伯特.斯特林于1816年发明，用于矿井取水。

目前，用于斯特林发动机的常见气体工质有空气、氦气、氢气。

斯特林发动机对外燃方式无特殊要求，只要外部热源的温度高于机器中工质的温度即可，加热方式灵活，既可以使用传统的化石燃料，又可以使用太阳能、生物质能，以及具有一定温度的工业废热作为热源。

根据斯特林发动机的设计要求，热源温度可高可低，几十摄氏度的温差即可使其运转起来。

斯特林发动机的热效率很高，在热力学理论上等于同温限下的概括性卡诺循环效率。

斯特林发动机与内燃机最大的区别在于：在做功时，内燃机是通过燃料在气缸内部瞬间气化，上升到很高的温度和压力，然后以爆震的方式推动活塞；而斯特林发动机是依靠外部的热源对热膨胀气缸中的工质持续传热，使其不断升温升压，然后推动活塞做功。

因此，斯特林发动机在工作时较内燃机平稳，而且噪声也小很多。

在石化能源危机越来越严重的今天，斯特林发动机由于具有不受热源形式限制、运行噪声低、热效率高等突出优点，在几十、几百甚至几千瓦的小功率级别分布式供能领域里，日益受到重视，并有望发展成为一种用于微小型分布式供能系统的成熟可靠的动力设备。

碟式太阳能热发电系统的高效能量转换技术研究太阳能作为一种清洁可再生能源，被广泛应用于发电领域。

碟式太阳能热发电系统作为一种新型的太阳能利用技术，具有高效能量转换和紧凑结构的特点，正逐渐受到研究者和工程师的关注。

本文将介绍碟式太阳能热发电系统的工作原理以及目前已取得的高效能量转换技术，并展望未来的发展方向。

碟式太阳能热发电系统主要由太阳能反射器、碟式集热器、储热器和发电装置组成。

首先，太阳能反射器的作用是将太阳辐射的能量聚焦到碟式集热器上，提高能量利用效率。

然后，碟式集热器将太阳辐射能转化为热能，常用的材料是高温抗氧化陶瓷。

储热器将集热器产生的热能储存起来，在夜间或阴天时提供持续的热能供应。

最后，热能通过发电装置转化为电能，常用的发电装置是斯特林发动机或塔形燃气轮机。

要实现碟式太阳能热发电系统的高效能量转换，需要关注以下关键技术。

首先，太阳能反射器的设计对能量转换效率有着重要的影响。

通过优化反射器的形状和表面特性，可以提高反射效率以及匹配度，使得更多的太阳辐射能聚焦到集热器上。

同时，使用高反射率的材料可以减少反射能量的损失，提高热能转换效率。

其次，碟式集热器的设计也是提高能量转换效率的关键。

由于碟式集热器的结构紧凑，热损失较小，能够更有效地将太阳辐射能转化为热能。

同时，采用多层结构和纳米材料等技术，可以增加集热器的表面积，提高热传导效率，从而进一步提高能量转换效率。

另外，储热器的设计也对能量转换效率有着重要影响。

通过选择合适的储热材料和优化储热系统的结构，可以提高热能的储存密度和热能的释放速率，从而确保系统在夜间或阴天时能够持续供应热能。

研究人员还可以探索利用相变材料和化学反应等方法来增加储热系统的能量存储密度和热能的释放速率。

此外，发电装置的选择也会影响能量转换效率。

斯特林发动机和塔形燃气轮机是两种常用的发电装置。

斯特林发动机具有高效能转换、低排放以及低噪音等优点，适用于低温热能转换。

而塔形燃气轮机则适用于高温热能转换，可以实现更高的电能转换效率。

刘巍，等：碟式太阳能热发电系统１０ｌ配气活塞的．卜室和下室．卜室和热源交换器耦合，将吸热器的热量传递给工质，工质受热膨胀推动动力活塞运动做功，输出功率．下室通过中间介质回路把余热传递给回热器，工质通过旁路往复流动完成循环．热机提供的机械能带动发电机运转，可以进一步将机械能转化为电能．１．５电力变换装置由于太阳能辐射随天气变化很大，所以热电转换装置发出的电力不是十分稳定，特别是小功率的便携式太阳能发电装置发出的电流小、电压低，不能直接提供给用户，需要经过整流、ＤＣ—ＤＣ升压、储能、ＤＣ—ＡＣ逆变等环节的处理，才能输出２２０Ｖ的工频电．１．６交流稳压装置碟式太阳能热动力发电系统发出的电经过电力变换装置变成２２０Ｖ的工频电可以直接提供给普通用户或并人电网，但并不能满足高精密负载的要求，需要在输入电压与负载之间增没一台高稳压精度的宽稳压范围的交流稳压装置．２碟式聚焦器设计聚光设计的理论最优方案是抛物线反射面，由于抛物线设计没有球差，能够获得很好的聚焦效果．聚焦器由多块反射玻璃组成，凶此每块玻璃及安装位置的不同而造成聚光效果不Ｉ＿Ｊ，需要克服光线离轴位置的影响．反光碟支撑架采用三角形绗架形式．由于三角形结构稳定性好，其刚性、抗扭转等性能好．三角形设计，比一般方形的形状保持性能好．反光碟支撑架的基本结构元件采用圆管，采用工业标准中最薄的管件即町，其优点是力学性能均匀，四品长条形构件和外燃机托架的刚性很好，可作为支点使用．碟式聚焦器可分为反光镜组件、支架组件、驱动与传动组件、支撑柱、控制‘Ｊ跟踪系统、地嘶基座等几部分．反射镜的几何外形采用球面的形式，镀银反射面的保护采用复合材料与树脂涂层固化，采用中间过度层增加涂层的粘结牢度；树脂同化层与支撑结构的连接采用弹性胶连接，保证强度和刚性；反射采脂普通玻璃，用控制其成型厚度的方式减少反射效率的损失；反光面安装钢架的形式选择三角形桁架结构，单立柱支撑，高度角采用丝杆传动，方位角度以高精度机械传动，也町采用一般精度齿轮传动＋阻尼消间隙的方式实现；开闭环结合控制方式，以开环控制方式实现大范围跟踪、以闭环方式实现精确对准；聚焦器在ＩＦ常休息位置时，采用发电机伸出臂端部固定，提高聚焦器的抗风能力，此时的反光面略朝下，背面略朝上，增强抗击冰雹、雪灾等的能力；该系统町以稳定丁作３０年，太阳聚焦器如图ｌ所示．图ｌ太阳聚焦器３跟踪控制系统设计开环控制太阳能跟踪器有很多优点，比如町以抵抗风等外界引起的十扰等等，从整体运行来看，开环控制在受到风力或者运行误差的干扰后，能够在一段时间内回到正确的跟踪位置，但其响应时间比较长，无法忍耐这样的系统在３级风速的天气下比较长的时间内设备不能正常工作．为了提高太阳能发电的效率、降低成本，太阳跟踪装置是太阳能发电系统中必不可少的装置，需要设计和研制一个能够实时对太阳进行大范围跟踪的太阳跟踪系统，能够实现在方位角３６００和高度角１８０。

碟式斯特林光热发电
太阳能碟式斯特林光热发电技术发展一直在缓慢中前行，在碟式斯特林技术面临的一系列挑战中，斯特林发动机的造价昂贵，使得整个发电系统的成本居高不下，成本过高迟滞了该技术的成熟化发展和商业性应用。

一、斯特林碟式聚光太阳能技术特点：
（1）发电效率高、发电（并网）质量好、发电量无衰减；
（2）斯特林聚光碟使用干式冷却，无需大型冷却系统或冷凝塔，无需消耗大量水资源；
（3）既可以应用于建设大面积的光热发电站，也可采取风光互补的发电方式，应用于现有的风电场；同时还可以采用光热、燃气综合加热的混合发电方式，可以实现电热冷“三联产”；
（4）标准组具有高度规模扩展性和灵活性特点，即可规模化部署，也适用于分布式发电；
（5）对地形要求低，占地面积小，可充分利用荒地，特别适合在沙漠、山丘等缺水地区以及适合于在缺水、缺电的偏远海岛、农村、牧区、海洋钻井平台等地区建立分布式电站。

二、产业发展情况：
从国内外来看，太阳能碟式光热发电项目总体上处于示范阶段，主要是用来记录运行数据，监控其运行性能，兆瓦级的示范项目还没
有，还不具备大规模化生产制造能力，从示范推向商业化规模的应用还需要技术进步和政策扶持。

三、存在的关键问题：
1、由于没有规模化的量产拉动，斯特林光热发电系统的关键零部件加工工艺、加工质量和加工成本还不成熟稳定。

需要在规模化量产的基础上，优化设计、改进工艺，降低加工成本，从而提高设备运行的稳定性，使设备发电效率达到最优。

2、国内政府的相关鼓励和扶持政策迟迟未出台，特别是光热发电标杆电价政策还没有明晰，导致太阳能碟式光热发电产品与技术在国内进入市场化与商业化运作的进程缓慢。

1前言太阳能热发电技术是当今世界太阳能热利用研究领域的前沿课题。

它利用高精度聚光器将低密度的太阳能汇聚成高密度热能，通过加热工质来驱动发电机，实现光电转化，具有零排放、可持续利用的优点。

太阳能热发电分为槽式、塔式和碟式三种形式。

目前，最具发展潜力的是碟式太阳能高温发电技术，尤其是近几年碟式斯特林太阳能发电技术因其惊人的发展速度更是令世界瞩目。

碟式斯特林发电系统利用旋转抛物面反射镜将太阳光聚焦到位于抛物面焦点的接收器上，接收器内的工质被加热到750℃左右，驱动斯特林发电机发电。

它具有光电转换效率高、耗水量低、发电方式灵活及可逐步规模化等特点。

碟式斯特林热发电技术在20世纪70年代由瑞典Kockums 公司、美国福特公司、麦道公司、南加州爱迪生公司及美国能源部等发起研究，此后美国的斯特林能源系统公司(SES)、STM 公司、Sunpower 公司、Infinia 公司和德国的SOLO 公司相继展开此项技术的研发，各自制作了碟式斯特林原型发电系统并进行了测试。

测试结果表明，其光电转换效率远远高于其他太阳能技术。

近来，SES 公司和Infinia公司正在世界各地示范推广碟式斯特林系统，为不久的将来这项技术的大规模应用奠定了基础。

国内相关科研单位20世纪70年代末也开始了碟式太阳能热发电技术的研究，经过30年的努力，在该领域某些方面也取得了一定的成绩。

本文通过综述国内外碟式斯特林太阳能发电系统的最新进展，对碟式斯特林热发电技术的现状和发展趋势进行综合分析，旨在与国内同行共同寻找一条中国碟式斯特林太阳能热发电技术的发展道路。

2国外主要碟式斯特林发电系统最新进展2.1SES 公司碟式斯特林系统———SunCatcher 单元SES 公司成立于1996年，是一家系统组合和项目管理公司，开发可再生能源电厂和发电系统分配设备。

自成立以来，SES 一直与Kockums 公司、美国能源部、NASA-Glenn 实验室及波音公司合作开发碟式斯特林发电系统，现已发展成为全球太阳能斯特林技术领导公司。

碟式太阳能热发电系统的功率调节与平稳运行技术随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能热发电系统作为一种清洁、可持续的能源解决方案，受到了广泛关注。

碟式太阳能热发电系统作为一种新型的太阳能热发电技术，具有高效、紧凑、灵活的特点，越来越受到研究者的关注。

在系统运行过程中，如何实现功率调节和平稳运行是一个关键问题。

本文将介绍碟式太阳能热发电系统的功率调节与平稳运行技术。

首先，我们需要了解碟式太阳能热发电系统的基本原理。

碟式太阳能热发电系统通过将太阳聚焦在一个高温点上来产生高温流体，再利用高温流体驱动涡轮机产生电力。

系统的核心是聚光器，它将太阳光线聚焦在一个小的区域内。

由于太阳光的变化和天气条件的不确定性，系统输出功率会出现波动。

因此，系统需要能够及时调节功率并保持稳定运行。

为了实现碟式太阳能热发电系统的功率调节，可以采用多种技术。

首先，可以利用光学系统来调节系统的功率。

光学系统包括反射镜和透镜，可以控制太阳光的聚焦位置和强度。

通过调整反射镜和透镜的角度，可以改变聚焦点的位置，从而调节系统的输出功率。

此外，还可以通过增加或减少反射镜和透镜的数量来改变聚光器的焦距，从而实现功率调节。

其次，可以利用液体储热系统来调节系统的功率。

液体储热系统可以用来储存和释放热能，以平衡系统的功率波动。

当系统的功率超过需求时，多余的热能可以被储存在液体中，当系统功率不足时，储存的热能可以释放出来，以提供额外的热量。

液体储热系统可以通过控制液体的流动速度和温度来实现功率调节。

另外，可以利用控制系统来实现碟式太阳能热发电系统的功率调节和平稳运行。

控制系统可以监测系统的输入功率和输出功率，根据需求调整系统的工作参数。

例如，可以通过调整涡轮机的转速来实现功率调节。

此外，还可以通过调整系统的温度控制装置来实现功率平稳运行。

控制系统可以根据实际工况，自动调整系统的参数，以保持系统的稳定性和高效性。

此外，还可以利用天气预测技术来实现碟式太阳能热发电系统的功率调节与平稳运行。

碟式太阳能斯特林发电系统
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系统组成：
碟式太阳能聚光跟踪系统、太阳能斯特林发动机
产品系列：
10kW、25kW
产品介绍：
碟式太阳能斯特林光热发电系统由碟式太阳能聚光跟踪系统和太阳能斯特林发电机组成。

碟式太阳能聚光跟踪系统由采用地平坐标系的双轴跟踪机构和碟式抛物面聚光器组成。

双轴跟踪机构能使碟式聚光器实时跟踪太阳。

碟式聚光器由若干抛物面组成，聚光器能将阳光高倍聚光
于碟的焦点处的接收器上，接收器吸收热量后驱动与之相连的斯特林发电机组发电。

产品特点：
1、聚光性能好，聚光比可达1500倍以上；
2、发电效率高，光电转化率可达26%-30%；
3、系统构成简单；
4、分布灵活，可集中并网，也可建造分布式电站；
5、占地面积小，场地适应性好；
6、无需水源；
7、发展潜力大。

建造大规模的太阳能光热电站；
可应用于无电、缺电的海岛、农村、海洋钻井平台等地区，建立分布式电站、个体电站；
可建立适合独立的“一家一户”、“一楼一寓”的离、并网供电方式。

碟式太阳能聚光跟踪系统应用于海水淡化项目
利用碟式太阳能聚光跟踪系统进行太阳能海水淡化。

其原理是利用碟式太阳能聚光跟踪系统，直接将海水加热、蒸发，经过蒸馏后将淡水与盐分分离，从而解决了淡水资源缺乏的问题。