太阳能热发电站设计 第二版

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。

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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。前言：前言2012年本书第一版出版后，中国科学院大学将其作为研究生教材使用了6年，作者在这6年的教学活动及与其他读者交流中发现第一版有些不足和需要改进之处，这些在第二版中都得到了更正和完善。太阳能热发电近7年来发生了很大变化，全球总装机容量从2012年的约4000MW增加到约7000MW。太阳能热发电站单机容量已达到槽式250MW和塔式150MW。我国太阳能热发电站的商业化发展也日新月异，至2019年7月，运行电站总装机达到236MW，单机最大达到100MW。传统的导热油槽式和熔融盐介质的塔式技术仍是这些新增容量的支撑。作者所在的中国科学院电工研究所北京延庆太阳能热发电研究基地也从2012年具有单一水介质塔式，发展到2019年的具有熔融盐介质塔式，导热油介质槽式，双轴槽式集热器，太阳能热电联供等系统的研究基地；同时还研发及购置了一批太阳能热发电专用测试装备及实验平台，成为了国际上实验条件最好的太阳能热发电研究基地之一。基于在这些先进装备的亲身科研实践，以及在中国科学院大学的教学实践，作者在第二版中对槽式和塔式太阳能热发电技术的基本概念、原理和基本装备进行深入解析，对电站设计的步骤进行了系统性阐述。作者认为对基础知识的牢固掌握和具有系统概念是研究和设计电站及其装备的必要基础。本书由王志峰完成全稿编写。参与本书编著的人员还有李鑫（6.5节），郭明焕（2.7节，3.2节，第4章），余强（2.6.1节），宫博（4.7节）等。郭明焕博士对第二版的修订付出了巨大的劳动。本书英文版《Design of solar thermal power plants》由Elsevier 出版社购买海外版权并于2019年4月出版，本书第二版与英文版是对应的。自2019年开始，国家重点研发计划“超临界二氧化碳太阳能热发电关键基础问题研究”项目启动，标志着我国第4代太阳能热发电技术研究启航。未来4年会有一批700℃以上集热、储热和换热技术装备产生，太阳能热发电成本有望较大幅度降低。这也是本书今后再版将关注的重点方向。感谢自1996年以来不遗余力支持作者进行太阳能热发电研究和实践的中国科学院徐建中院士，中国可再生能源产业开创人朱俊生先生，皇明太阳能股份公司董事长黄鸣先生！感谢同事和学生们的支持！特别感谢作者家人给予的关爱！作者在太阳能热发电研究活动中得到了国家863计划、973计划、支撑计划、科技部国际合作计划、国家自然科学基金、中国科学院知识创新工程、中国科学院国际合作计划、北京市科技计划、广东省珠江人才计划、国家电网公司科技计划，欧盟第6和第7框架计划的鼎力支持,在此一并深表感谢！作者对清华大学、西安交通大学、上海交通大学、武汉理工大学、华北电力大学、兰州理工大学、中国科学技术大学、中国科学院大学和中国科学院电工研究所等给予的支持表示感谢！作者水平有限，疏漏之处在所难免，欢迎批评指正，以便再版时更正。王志峰博士2019年7月5日于北京第一版前言我国自从1996年开始研究太阳能热发电以来，太阳能热发电技术经历了从低谷到高潮的过程。 “十一五”以来，太阳能热发电技术在我国发展很快，出现了一大批实验太阳能集热储热系统、实验电厂，核心部件和材料的制造工艺也有较大的突破，专业的太阳能热发电设备生产商也已出现。第一部太阳能热发电国家标准于2011年9月颁布。随着“十二五”期间技术的进一步深化和向商业化发展，太阳能热发电站设计参考书成为电站商业化的急需和必备。目前国际上还没有系统描述太阳能热发电站设计方法的书籍。本书论述的主要对象是聚光型太阳能热发电技术，主要包括塔式和槽式太阳能热发电技术。本书不仅对聚光型太阳能热发电系统的设计进行了描述，还对其关键装备，如定日镜、定日镜场、抛物面槽式聚光器、槽式真空管、全厂DCS等的设计方法和运行方式也进行了较详细的阐述，给出了设计的基本依据和需要考虑的重点。太阳能热发电的设计主要包括资源评价、选址、聚光场光学效率设计、吸热器热控和电气设计、储热容量和充放热设计、换热与蒸发设计、全厂电气、全厂热控仪表、电站建筑和全厂安防设计等内容。本书针对以上内容分章给出了计算和设计方法，并结合作者的实践给出了一些算例，帮助读者理解。太阳能辐射是太阳能利用的基础。太阳能热发电所用太阳能资源的评价是电站设计和选址的最基本过程，虽然已有很多著作文章叙述过该部分，但作者还是结合自己的研究对该部分进行了阐述，特别强调了它和热发电厂选址的关系。聚光器、吸热器和储热器是太阳能热发电的三大核心部件，本书对这些部分着墨较多，描述了设备的使用、设备性能评价方法、设备的设计思路和方法等。在性能评价中，定日镜的光斑误差分析难度较大。本书给出了对不同类型定日镜光斑误差分析的数学方法和试验方法，这些方法基本来源于作者和研究生们的研究成果。对吸热器热损分析是吸热器设计的核心。分析方法有很多种，本书提出了一种较为简单的计算方法，并给出了相应的算例。本书最初定位是写一本类似设计手册的工具书，特别参考了中华人民共和国国家标准《小型火力发电厂设计规范》（GB 50049），读者从总体编排中就可看出。但随着写作的进展，发现由于太阳能热发电技术的书籍和参考资料在我国还不多，很多方法也在发展和演化过程中，因此对重要的基本概念和基本方法需讲得透彻一些。这些描述和分析内容的加入会使本书更容易读懂和更有参考价值，但也大大冲淡了“设计手册”的风格。本书由王志峰完成主要编写，其他作者还有李鑫（5.5）、郭明焕（2.4，4.2.2）、余强（2.6）、宫博(4.7)等。本书是在作者及同事们和学生们多年来在太阳能热发电研究和工程实践基础上总结而成的。写作原则是和读者分享自己“亲手种植的果实”，尽量少摘录他人工作。从2010年初开始写作，本书原计划一年完成，能赶上2011年年底“十一五”863项目验收。但随着研究工作进展，特别是2011年7月北京延庆大汉塔式太阳能电站产汽，2012年8月发电，电站逐步投入运行，作者对太阳能热发电技术的认识逐步加深。发现要提供给读者尽量有用的内容，没有自己原汁原味的理论及实验是不够的。特别是太阳能热发电技术还处于发展期，很多基本概念和术语在文章和著作中表达都有不同，例如电站设计中最重要的概念“设计点”。作者对类似的重点内容都进行了深入的理论和实验研究，在本书中表达出自己的观点。因此本书历时5年才迟迟奉献给读者。今后随着工作的深入，本书还会不断修改，争取能把自己更新的“果实”奉献给读者和行业，例如在储热单元的设计和运行方式等。本书作者特别感谢十余年来不遗余力支持作者进行太阳能热发电研究和实践的中国科学院徐建中院士和皇明太阳能股份公司董事长黄鸣先生，同时也感谢作者家人的关爱和支持。作者在太阳能热发电的研究实践活动中，得到了国家“863计”,“973计划”(2010CB227100),“国家自然科学基金”,“北京市政府科技计划”,“中国科学院知识创新工程”,“科技部国际合作计划”以及欧盟“第6”和“第7”框架计划的鼎力支持，在此一并深表感谢。本书试图能吸收国内外太阳能热发电技术的发展经验和精华奉献给读者，但由于作者水平有限，参加太阳能热发电站研发和建设的实践还远远不够，难免有许多不妥之处，恳请读者提出批评、指正。王志峰2014年3月

本书作为太阳能热发电站设计的经典图书，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。本书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。本书为“十二五”国家重点图书并受到国家科学技术学术著作出版基金（2013年度）资助。