主题：聚光太阳能热发电方向谈 -- hwd99
家园 聚光太阳能热发电方向谈 聚光太阳能热发电方向谈
太阳能热发电，使用低成本反射镜收集太阳能，成本优势明显，应是太阳能利用技术的发展方向（首先肯定我们的大方向正确）。
影响太阳能系统热发电成本的主要因素，除了制作成本外，关键因素在于：
第一：效率，成本与效率是成反比的，同样的系统，效率每增加1%，成本就会下降1%。
第二：规模，一般规律，规模每增加10倍，成本会下降50%。例如，热发电总是需要配发电机，单位发电功率的发电机成本与规模密切相关。例如，西屋公司701F燃气轮机，功率为235720kW，热效率36.77%，单位造价199美元/kW. 而solar公司的Saturn，功率为22120，效率仅23.24%，单位造价741美元/kW（以前收集的资料，不是现在报价和性能数据）。
下面主要根据这两条来分析主要系统。
补充几种太阳能聚光系统图：
塔式：
外链图片需谨慎，可能会被源头改槽式：
外链图片需谨慎，可能会被源头改碟式：
外链图片需谨慎，可能会被源头改线性菲涅耳：[IMGA]http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSoFlaxpGIhLeOGWwqMJCjkIeDc5ckr5KqE8uYnnGFEGN_CqzOw[/IMGA]
1、 效率：
1） 余弦因子，这个参数比较容易计算，国内外都有人计算过，结果大同小异，对塔式系统，年平均值约81%，对槽式系统，年平均约90%，而碟式系统是100%。此项上，碟式优势明显。还有线性菲涅耳系统，估计和塔式相近。
2） 大气吸收，与规模相关，塔式损失约5%，其他均可忽略
3） 阻挡和阴影：国内和西班牙人的计算认为，塔式有5%损失，碟式和槽式可忽略，线性菲涅耳，我们估算损失应与塔式相当。
4） 拦截率和热损：这两项是相关的，接收器做大了，可提高拦截率，但是，热损会较大。通常优化拦截率*（1－热损率）使其最大，故此一起讨论两个因素。塔式和碟式聚焦倍数高，通常较小，会损失效率3－7%，线性菲涅耳和槽式都很大，槽式约下降15－20%。线性菲涅耳可大至30%。具体集中体现在这些系统能达到的最高温度。
5） 其他因素都基本相同，不需比较。
效率因子 碟式 塔式 槽式 线性菲涅耳
余弦因子 100% 81% 90% ≈80%
大气吸收 100% 95% 100% 100%
阴影和阻挡 100% 95% 100% 95%
拦截率和热损 96% 95% 80% 75%
总计 96% 69% 72% 53%
总结：碟式系统效率最好，槽式和塔式相近，但槽式反而略好，线性菲涅耳最差。
待续
此文是为光伏太阳能网所写，推荐大家访问该网：
家园 3 规模效应：跟踪，接受和发电 3） 跟踪系统
跟踪系统成本同样受风阻和规模影响。风阻较大，将带来跟踪系统机械传递要求高，从而提高成本，但其影响有多大，需要详细研究。由于聚光太阳能热利用系统对跟踪要求较高，从而使跟踪系统成本，在系统中占的比例很大，在美国luz公司建成的槽式系统中，跟踪系统成本与反射镜或支撑架相当。
在esolar给印度人提出的报价中，跟踪系统价格更高，其每个定日镜跟踪系统价格是116美元（约790元，09年3月报价），定日镜其他部分加起来，仅54.5美元。使定日镜系统单位反射面积报价高达150美元/m2，比大定日镜方案价格高（美国sandia实验室报告估计，大批量生产，148平米定日镜单位面积价格是126美元/m2）。由于该系统使用的跟踪电机是普通步进电机，价格难以下降了，也就是说，基本没有改进余地。
估计esolar的优势在于，系统跟踪稳定，不容易丢失跟踪目标，原因是定日镜面积小，风阻小，从而工作稳定，此外，是用平面镜，象斑大小与入射角无关，不随时间变化，拦截率稳定。
线性菲涅耳系统使用一台驱动装置，驱动多排定日镜，但是每排定日镜需要设计不同的变换系统，其成本优化是需要研究的，还与拦截率和热损相关，但驱动设备数量较少，应是优势。
4） 接收器
塔式系统接收器[1]服务的定日镜场，收集的太阳能达到几十兆瓦，规模最大，线性菲涅耳，槽式和碟式系统相近，最大均是几百千瓦水平。不过目前槽式系统最成熟，成本最低。塔式系统接收器的报价还很高，例如，esolar 5MW系统报价是2000万人民币，而槽式系统，同样规模，接收器报价不到1000万人民币。由于接收塔造价与高度成指数上升，很明显，塔式系统接收器所服务的规模也是受制约的。
5） 发电系统
对线性菲涅耳系统，槽式系统和塔式系统来说，发电系统的规模可以是相同的。对碟式斯特林系统来说，规模仅25kW，太小了。与碟式相比，槽式和塔式系统的发电系统成本可忽略不计了。这说明碟式斯特林系统是没有发展前途的。SES倒闭了。但是，碟式系统也可以类似槽式那样，采用聚光系统收集热能，集中发电澳大利亚国立大学的研究者支持这种主张，并认为单个碟式系统面积应达到500－1000平米。
美国一家公司提出了在方位跟踪装置上，设计多台碟式系统收集热能，集中发电方案，并在中国投资建彩熙太阳能环保技术（天津）有限公司(Solar ETC)，是较好的思路，跟踪设备数量明显减少一个数量级。设计图如上，但其接收器规模太小。
总结：碟式斯特林系统基本可以排除，其原因是发电系统规模太小。塔式系统优势在于接收塔成本有降低空间，虽然目前成本还比较高。我们设计的方位跟踪线性菲涅耳系统，在跟踪系统，接收器上都有明显的规模效应，在发电，反射镜方面与其他方法的规模类似，在支撑架上，因为反射镜高度低，从而受力小，降低了成本，因而成本较低。
家园 2、 规模影响：反射镜与支撑架 2、 规模
相比效率，规模影响更大。因为效率相差不大，例如，相差最大的碟式和线性菲涅耳之间，其差别也不超过一倍。而规模可以相差很多数量级，相差一个数量级，就可以弥补效率差别。问题是不能简单依据系统规模来分析，我们必须分析各主要组件，还要关注其成本。由于要讨论成本，而成本是根据市场不断变化的，这个分析，就存在很多不确定性。
聚光太阳能热发电系统主要包括组件有：反射镜和支撑架，跟踪系统，接收器，发电系统。此外，还有储热系统，但其规模是相近的，没有明显差别。
1） 反射镜：
碟式系统最大的反射镜面积是500平米，塔式定日镜最大面积是248平米，而槽式系统，20年前建成的槽式系统发电站，单个槽式反射镜面积是540平米。实际加工时，不可能一次加工这么大的反射镜，通常是用几个平米的反射镜拼装的。对于碟式系统来说，有研究表明，使用球面镜代替旋转抛物面镜，可以降低制造成本，而且光学误差较小。但是，这时使用较大球面镜，效率会下降。澳大利亚国立大学研制的500平米碟式系统，采用的球面镜是正方形，边长为1.17米。对于槽式系统来说，镜面是抛物柱面，镜面大小不影响光学性能，所以，主要根据光学加工设备来决定。对于塔式系统来说，定日镜使用球面镜，多个球面镜组合，性能与大小无关，与槽式反射镜是相同情况。
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比较特殊的是esolar公司的塔式系统，使用的定日镜本身面积仅1.14m2。对于反射镜规模来说，相差不大。由于定日镜采用的玻璃厚度主要是3－4mm，实际制造时，最大尺寸约1.8*1.2米，对成本影响不是很大。但是，采用小定日镜，需要更多数量的跟踪设备，从而增加跟踪系统成本。类似的线性菲涅耳系统，使用的镜面宽度为1－2米，在反射镜规模上也是接近最佳的。
2） 支撑架
虽然规模增加降低了成本，但是，规模增大，通常也伴随反射镜增高，带来风阻加大，从而需要更坚固的支撑架，从而增加了成本。一般来看，风速随高度的幂函数增加，表达式为：
u=v(z/z0)^n
v和u分别是同一地点高度为z0和z处的风速，n是常数，可根据试验测定，与地形相关，我们根据一份研究工作按0.2进行分析。通常风压与风速的平方成正比，可按下式：
P＝dv^2/2
这里d是当地空气密度，对于温度为15度，海平面附近，d＝1.2kg/m3； 8级大风时，压力可达到20kg/m2，与自重相近。而材料厚度，近似可看成是与压力成正比，对于大面积反射镜，例如，面积100平米的反射镜，高度10米，为了抵御风压作用，需要增加支撑材料厚度，从而增加材料成本。这说明，存在一个优化的反射镜高度。
Esolar的小定日镜，以及线性菲涅耳系统使用的宽1米反射镜，是否可以优化得更好，是需要研究的。
家园 成品油涨价 这次国内油价上涨恐怕是温家宝强制推进的，因为现在国际上油价在下跌。参见国际原油期货价格变化：
外链图片需谨慎，可能会被源头改下表是我国成品油价格变化：
新浪财经讯 发改委决定明日零时起，将国内汽、柴油价格每吨均上调600元。以下为历次调整情况一览表：
2012年3月20日
汽柴油价格每吨上涨600元；
2012年2月8日
汽柴油价格每吨上涨300元；
2011年10月9日
汽、柴油价格每吨均下调300元；
2011年4月7日
汽、柴油价格每吨分别上调500元和400元；
2011年2月20日
汽、柴油价格每吨均上调350元；
2010年12月22日
汽、柴油价格每吨分别上调310元和300元；
2010年10月26日
汽、柴油价格每吨分别上调230元和220元；
2010年6月1日
汽、柴油价格每吨分别下调230元和220元；
2010年4月14日
汽、柴油价格每吨均上调320元；
2009年11月09日
汽、柴油价格每吨均上调480元；
2009年9月1日
汽、柴油价格每吨上调300元；
2009年7月28日
汽、柴油价格每吨降低220元；
2009年6月30日
汽、柴油价格每吨均提高600元；
2009年6月1日
汽、柴油价格每吨均提高400元；
2009年3月25日
汽、柴油价格每吨分别提高290元和180元；
2009年1月14日
汽油出厂价每吨降低140元；柴油出厂价每吨降低160元
2008年12月19日
汽油出厂价每吨降低900元；柴油出厂价每吨降低1100元；航空煤油出厂价每吨降低2400元；
2008年6月20日
上调汽油、柴油价格每吨1000元； 上调航空煤油价格每吨1500元；
2007年10月31日
上调汽油出厂价格每吨提高500元；上调柴油出厂价格每吨500元；上调航空煤油出厂价每吨500元；
2007年1月14日
下调汽油出厂价格每吨220元；下调航空煤油出厂价每吨90元；
2006年5月24日
上调汽、柴、航空煤油每吨500元；
2006年3月26日
上调汽油出厂价格每吨300元；上调柴油出厂价格每吨200元；上调航空煤油出厂价每吨300元；
2005年7月23日
上调汽油出厂价格每吨300元；上调柴油出厂价格每吨250元；上调航空煤油出厂价格每吨300元；
2005年6月25日
上调汽油出厂价格每吨200元；上调柴油出厂价格每吨150元；上调航空煤油出厂价格每吨300元；
2005年5月23日
降低汽油出厂价格每吨150元；
2005年5月10日
上调柴油出厂价格每吨150元；
2005年3月23日
上调汽油出厂价格每吨300元；
国内历次成品油调价一览 (新浪财经制表)
家园 送花，外加请教问题 一直想讨论这个问题，谢谢你开了一个好头！
余以为聚光太阳能相对光伏发电最大的优势还不是转化率高，而是其能量是以热能先存储起来再发电，这样的发电方式是电网最欢迎的，因为可以预测，鲁棒性比起光伏产品高不知道多少倍。退一步讲，即使不上网，几十上百台的10~30KW级产品组合起来给小区或者大中型企业供电（电网反过来作为备份和补充），完全是可行的。而光伏产品就几乎不可能，只有上网一条路。这就是为什么我国电网不要光伏的电，光伏产品在我国的销量就几乎忽略不计。
即使是破产的斯特林系统公司25KW碟式产品，将斯特林发动机举起来到聚焦点，他的聚光热传导部件还是有很好的热能存储，相当于光伏电池配了一个巨型超级电容。
另外请教一下“余弦因子”是什么东东，英文是怎么写的？有没有参考材料看看？
家园 余弦因子是入射角余弦 cosine factor
家园 送花，外加请教问题 一直想讨论这个问题，谢谢你开了一个好头！
余以为聚光太阳能相对光伏发电最大的优势还不是转化率高，而是其能量是以热能先存储起来再发电，这样的发电方式是电网最欢迎的，因为可以预测，鲁棒性比起光伏产品高不知道多少倍。退一步讲，即使不上网，几十上百台的10~30KW级产品组合起来给小区或者大中型企业供电（电网反过来作为备份和补充），完全是可行的。而光伏产品就几乎不可能，只有上网一条路。这就是为什么我国电网不要光伏的电，光伏产品在我国的销量就几乎忽略不计。
即使是破产的斯特林系统公司25KW碟式产品，将斯特林发动机举起来到聚焦点，他的聚光热传导部件还是有很好的热能存储，相当于光伏电池配了一个巨型超级电容。
另外请教一下“余弦因子”是什么东东，英文是怎么写的？有没有参考材料看看？