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第1篇 太阳能时代和太阳能热发电2

1 能源和能源危机2

1.1能源的发展2

1.1.1火的应用2

1.1.2煤炭时代3

1.1.3油气开发3

1.2石油能源的危机4

1.2.1石油的重要性4

1.2.2石油的紧缺5

1.3能源消费对环境的破坏6

1.3.1地球环境的演变6

1.3.2人类对地球环境的依存7

1.3.3大气温室效应增强可能导致的后果10

1.3.4臭氧层破坏10

1.3.5酸雨11

1.3.6热污染12

1.3.7生物多样性锐减13

1.3.8大气污染引起的健康危害14

1.3.9能源开发和运输过程所致的环境效应14

1.3.10能源使用的“误区”——现代高能农业16

1.3.11废弃物泛滥成灾17

1.3.12水资源短缺17

1.3.13太多的人口——68亿人的地球19

1.4能源危机与中国发展19

1.4.1中国人口19

1.4.2水资源20

1.4.3土地退化21

1.4.4中国酸雨状况21

1.4.5无处可扔的城市22

1.4.6物种减少23

1.4.7可持续发展重大阻力23

1.5中国采用新能源的紧迫性26

2 重归太阳能28

2.1太阳能的基本知识28

2.1.1太阳辐照28

2.1.2日地关系31

2.2生物质能32

2.2.1生物质能状况32

2.2.2制约生物质能应用的因素33

2.3风能34

2.3.1风能状况34

2.3.2制约风能应用的因素35

2.4水能36

2.4.1水能状况36

2.4.2制约水能应用的因素36

2.5海洋能37

2.5.1海洋能状况37

2.5.2制约海洋能应用的因素38

2.6地热能38

2.6.1地热能状况38

2.6.2制约地热能应用的因素39

2.7天然气水合物40

2.7.1天然气水合物简介41

2.7.2制约天然气水合物应用的因素41

2.8核能43

2.8.1核能状况43

2.8.2制约核能应用的因素44

2.8.3轻核聚变46

2.9生态灾难47

2.9.1三峡工程的生态影响49

2.9.2汶川地震发生的可能原因49

2.10重归太阳能50

2.10.1美国太阳能计划52

2.10.2太阳能聚热发电技术53

3 太阳能热利用：太阳能热利用在未来能源中的地位54

3.1太阳能热利用简史54

3.2我国太阳能资源58

3.3太阳能热利用技术60

3.3.1太阳能温室的结构类型60

3.3.2太阳灶概述62

3.4太阳能干燥概述65

3.5太阳能海水淡化66

3.6太阳能建筑理念68

3.7太阳能空调的意义69

3.8太阳能热水器70

3.9太阳能光伏发电和太阳能热发电技术比较71

3.10我国对太阳能热发电技术的发展规划74

3.11太阳能热发电在未来能源结构中的地位75

第2篇 太阳能热发电专有技术80

4 聚光与聚光器80

4.1聚光80

4.1.1聚光概念80

4.1.2聚光作用81

4.1.3聚光反射材料82

4.1.4聚光集热温度84

4.1.5太阳能热发电常用的聚光集热技术85

4.2聚光器87

4.2.1聚光器的演化87

4.2.2几类反射镜88

4.2.3 CPC聚光器89

4.2.4聚光器种类91

4.2.5透射式聚光器91

4.2.6聚光器的现状93

4.2.7定日镜93

4.2.8槽式反射镜95

4.2.9面聚光式聚光器100

4.2.10线聚光式聚光器101

4.2.11聚光集热器的发展方向102

5 日照跟踪技术104

5.1日照跟踪技术的意义104

5.2太阳能自动跟踪装置106

5.2.1对控制系统的要求106

5.2.2太阳位置的计算106

5.2.3太阳跟踪装置107

5.2.4跟踪控制模式110

5.2.5开环、闭环、混合控制方式112

5.2.6影响聚光跟踪的因素115

5.3跟踪装置部分部件116

5.3.1传感器116

5.3.2光电传感器阵列布置116

5.3.3步进电机118

5.3.4减速器119

5.3.5谐波齿轮减速器119

5.3.6跟踪系统在工作过程中的损耗119

5.4别具一格的跟踪方式121

6 接收器（太阳锅炉）122

6.1接收器的概念122

6.2太阳光谱选择性吸收薄膜123

6.2.1太阳光谱选择性吸收薄膜的发展历史123

6.2.2光谱选择性吸收薄膜基本原理124

6.2.3选择性吸收涂层的概念和组成125

6.2.4选择性吸收涂层的基本构造126

6.3选择性吸收涂层的分类和性能126

6.3.1选择性吸收涂层的分类126

6.3.2中高温选择性吸收涂层的性能127

6.4有关平板接收器130

6.4.1平板型太阳能集热器概述130

6.4.2索绪尔热箱131

6.4.3吸热板和真空集热管132

6.4.4真空管用硼硅玻璃3.3138

6.5直通式金属-玻璃真空集热管139

6.5.1真空集热管的特性139

6.5.2集热管的制造工艺及发展方向141

6.6热管式真空管集热器142

6.6.1热管的工作原理142

6.6.2中高温热管的制造工艺144

6.7中高温接收器145

6.7.1中高温接收器概述145

6.7.2接收器系统146

6.7.3管状集热接收器148

6.7.4圆柱接收器150

6.7.5直接照射太阳能接收器150

6.7.6管式和多孔体结构154

7 太阳能热储存技术157

7.1热储存的意义157

7.1.1储热的作用与类型157

7.1.2储热与太阳能热发电站的设计161

7.2储热材料分类163

7.3显热储热材料163

7.3.1显热储热材料的性能要求164

7.3.2气体显热储热材料164

7.3.3液体显热储热材料165

7.3.4固体显热储热材料167

7.3.5两种介质储热168

7.4相变储热材料171

7.4.1相变储热材料性能171

7.4.2几类相变储热材料171

7.4.3无机盐相变材料172

7.4.4金属与合金相变储热材料174

7.5太阳能化学反应储存175

7.5.1太阳能化学反应储存概述175

7.5.2几类具有潜力的化学储热反应176

7.6太阳能热制氢178

7.6.1太阳能热制氢的意义178

7.6.2直接加热法制氢179

7.6.3热化学法制氢180

7.7跨季节储热太阳能集中供热系统（CSHPSS）181

7.7.1 CSHPSS原理181

7.7.2太阳能热的地下储存182

7.8储热系统183

7.8.1储热装置技术183

7.8.2对储热容器的要求184

7.8.3储热装置的发展185

7.8.4储热罐186

7.8.5单罐储热和双罐储热187

7.8.6储热罐示例191

7.9热交换193

7.10热传输195

第3篇 各类太阳能热发电技术198

8 塔式太阳能热发电198

8.1塔式太阳能热发电技术概述198

8.1.1历史与现状198

8.1.2塔式太阳能热电站系统199

8.1.3塔式太阳能热发电站的特点200

8.2塔和塔式电站工作原理201

8.2.1塔功能概述201

8.2.2太阳能接收器202

8.2.3塔式太阳能热发电站的储热202

8.2.4塔顶接收器热过程的应用203

8.2.5塔式电站工作原理204

8.3跟踪系统207

8.3.1跟踪方法207

8.3.2跟踪控制系统210

8.3.3定日镜误差214

8.3.4塔式太阳能技术的未来与定日镜的发展215

8.4定日镜场216

8.4.1定日镜场的设计要求216

8.4.2设计思考217

8.4.3有关系数219

8.4.4镜场设计220

8.4.5系统性能的综合分析221

8.4.6定日镜场布置图223

8.5塔式太阳能热发电系统的运行和控制224

8.5.1概述224

8.5.2定日镜运行控制225

8.5.3跟踪控制系统基本情况226

8.5.4电站监控系统227

8.5.5流量控制示例228

8.6国内塔式电站的研制进展228

8.6.1 70kW塔式太阳能热发电系统228

8.6.2基本原理与总体思路229

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234

8.7新型反射塔底式接收器235

9 碟式/斯特林太阳能热发电237

9.1碟式太阳能热发电简介237

9.2装置与系统239

9.3碟式发电系统的旋转抛物面聚光器242

9.3.1旋转抛物面的聚光242

9.3.2聚光装置结构242

9.3.3碟式太阳能聚光器跟踪系统244

9.4接收器245

9.4.1接收器类型246

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246

9.5太阳能斯特林发动机250

9.5.1斯特林发动机概述250

9.5.2斯特林热机工作原理252

9.5.3斯特林热机在太阳能发电中的应用254

9.5.4斯特林发动机的有关技术和部件256

9.6太阳坑259

9.7空间站太阳能热发电260

9.7.1空间站太阳能热发电的优势260

9.7.2空间太阳能热发电系统的热机循环262

9.7.3空间电站系统部件技术发展263

10 槽式太阳能热发电/线性菲涅尔式太阳能热发电267

10.1槽式和线性菲涅尔式电站简介267

10.1.1槽式技术和线性菲涅尔式技术发展历程267

10.1.2槽式聚光集热器的集热效率269

10.2槽式太阳能热发电系统中的聚光集热器270

10.2.1集热管270

10.2.2聚光器273

10.2.3跟踪机构276

10.3聚光集热器阵列277

10.3.1槽式电站原理277

10.3.2镜场设计278

10.4聚光器集热工质279

10.4.1可以选用的集热工质279

10.4.2 DSG技术282

10.5槽式电站的储热289

10.5.1两种储热系统289

10.5.2双罐储热运行模式290

10.5.3储热形式及储热介质选择291

10.5.4储热系统设备293

10.6线性菲涅尔反射式太阳能热电站295

10.6.1聚光系统295

10.6.2镜场布置298

10.6.3发展及应用前景301

10.7塔式技术与槽式技术比较302

10.7.1两种技术的优缺点302

10.7.2两种技术的效率和环境影响303

10.7.3对我国槽式和塔式发电技术的一些思考304

11 太阳能热气流发电/太阳能半导体温差发电307

11.1概述307

11.1.1太阳烟囱发电技术的发展过程307

11.1.2太阳烟囱发电技术的优点307

11.2太阳烟囱发电原理和进展309

11.2.1原理309

11.2.2太阳烟囱技术310

11.2.3进展313

11.3太阳烟囱发电新技术313

11.3.1强热发电技术314

11.3.2浮动烟囱太阳能热风发电314

11.3.3斜坡太阳烟囱发电314

11.3.4太阳烟囱发电技术在建筑中的应用314

11.4太阳烟囱发电展望316

11.4.1太阳烟囱的生态环境优势316

11.4.2太阳烟囱与超高建筑317

11.4.3太阳烟囱与天篷式建筑318

11.5其他太阳能热发电技术简介319

11.5.1碱金属热电转换320

11.5.2磁流体发电320

11.5.3热离子发电322

11.5.4半导体温差发电323

12 太阳池热发电和海水温差发电328

12.1太阳池热发电技术简史328

12.2太阳池热电站系统329

12.2.1电站系统组成329

12.2.2太阳池工作原理330

12.3太阳池系统稳定运行的影响因素331

12.4太阳池储热能力和效率332

12.5太阳池的维护333

12.6太阳池热发电技术的展望334

12.7海水温差发电技术概述335

12.8海水温差发电技术原理336

12.8.1循环方式336

12.8.2设备338

12.8.3主要技术338

12.8.4组合利用340

12.8.5海水温差能与海洋波浪能结合的技术340

12.9海水温差发电技术特点341

12.10海水温差技术应用前景342

12.11太阳能热水力发电343

12.12太阳能热土壤温差发电343

12.12.1太阳能-土壤源热泵系统（SESHPS）343

12.12.2有机朗肯循环344

第4篇 太阳能热发电技术的发展趋势348

13 太阳能热发电技术的集成整合及未来348

13.1当前太阳能热发电技术的特点及现状和面临的问题348

13.1.1太阳能热发电技术的特点及类型与技术的比较348

13.1.2单纯太阳能热发电技术现状及面临的问题349

13.1.3降低太阳能热发电成本的途径351

13.2聚焦太阳能热发电（CSP）技术的发展354

13.2.1发展趋势354

13.2.2当前发展目标355

13.2.3中国太阳能热发电技术的发展目标357

13.3太阳能互补发电系统359

13.3.1太阳能互补发电系统的概念359

13.3.2互补系统的形式360

13.3.3太阳能-燃气-蒸汽整体联合循环系统361

13.4太阳能热的应用363

13.4.1太阳热动力水泵、海水淡化363

13.4.2太阳能热与火力发电耦合365

13.4.3一种太阳能加热站集中供暖系统369

13.4.4线性菲涅尔式太阳能热联合循环发电370

13.5太阳能热化学复合系统370

13.5.1太阳能天然气重整发电370

13.5.2太阳能双工质联合循环发电373

13.5.3太阳能与其他几类能源的集成375

13.6太空太阳能发电377

13.6.1太阳塔、太阳碟与太阳盘377

13.6.2月球太阳能电站378

13.6.3地球太阳能电力网络379

参考文献381