高效率低成本太阳能发电系统

项目所属行业	能源电力,
项目实施地区	北京
项目分类	产业项目
项目投资总额	400（万 人民币）
尚缺资金	300（万 单位同上）
所需资金	300（万 单位同上）
融资方式	风险投资,组建合资公司,
项目概述	塔式太阳能发电概要设计方案 　　塔式太阳能热发电系统是在空旷平地上建立高大的塔，塔顶安装固定一个接收器(相当于锅炉)，塔的周围安置大量的定日镜，将太阳光聚集并反射到塔顶的接收器上产生高温，接收器内生成的高温蒸汽推动汽轮机来发电。 　　尽管塔式热发电系统起步较早，人们也一直希望通过尽可能多的定日镜，将太阳能量聚集到几十兆瓦的水平，但是塔式系统的造价一直居高不下，产业化困难重重，其根本原因在于定日镜系统的设计。目前典型的塔式热发电的定日镜有两个特点：一是定日镜的反射面几乎都采用普通的球面或平面；二是定日镜的跟踪都使用传统的方位角仰角公式。这两个设计特点导致塔式太阳能聚光接收器存在着以下难以克服的问题： 　　1、太阳在塔上聚焦的光斑在一天之内呈现大幅度变化，导致聚光光强大幅度波动。普通球面或平面反射镜无法克服由于太阳运动而产生的像差，由于太阳的盘面效应，各个反射镜在中央塔上形成的光斑大小随着它与中心塔的距离增加而线性增长，塔上最后形成的太阳聚焦光斑在一天之内可以随定日镜场的大小从几米变化到几十米之大，因此聚光光强出现大幅度波动，再加上各个定日镜的不同余弦效应，塔式系统的光热转换效率仅为60%左右。尽管目前在一些比较讲究的塔式系统的设计中，对不同的定日镜开始采用不同曲率半径的球面，以减小太阳在塔上光斑的尺寸，但光学设计复杂性大大增加导致制造成本也跟着大幅增长。 　　2、众多的定日镜围绕中心塔而建立，占地面积巨大。中央塔的建立必须要保证各个定日镜之间互相不能阻挡光线，各个定日镜之间的距离随着它们与中心塔距离的增加而大幅度增长，因而塔式热发电系统的占地面积随着功率等级的增加而呈指数性激增。 　　3、各个定日镜需要单独进行两维控制，控制系统极其复杂。在塔式系统中，各个定日镜相对于中心塔有着不同的朝向和距离，因此，每个定日镜的跟踪都要进行单独的两维控制，且各个定日镜的控制各不相同，这就极大地增加了控制系统的复杂性和安装调试特别是光学调整的难度。 　　4、为了减少众多定日镜的余弦效应，中心塔必须建得足够高才行。美国已经建成的Solar Two(10MW)塔式热发电的中心塔高达100多米。这样高的塔不仅不可避免地增加塔式系统的热发电成本，而且无法适应我国北部多风地区的工作环境。 　　由于上述这些问题，塔式热发电系统尽管可以实现1000度的聚焦高温，但一直面临着单位装机容量投资过大的问题(目前塔式系统的初投资成本为3.4～4.8万元/kW)，而且造价降低非常困难，所以塔式系统五十多年来始终停留在示范阶段而没有推广开来。 为了解决以上问题我们项目小组进行了以下设计 1、 太阳盘面效应的解决 为了减低太阳的盘面效应，我们采取大镜面拆分化，一个控制跟日单元由6*6=36块60cm小镜面组成，通过镜面固定桩调整每块小镜面的高度，使整体控制单元成为一个特定弧度的曲面，大大降低了制造成本， 2、 塔式热发电系统的占地面积随着功率等级的增加而呈指数性激增以及为了减少众多定日镜的余弦效应，中心塔必须建得足够高才行的解决 塔式热发电系统的占地面积随着功率等级的增加而呈指数性激增的根本原因定日镜的余弦效应；用塔式太阳能余弦效应是不可能避免的（对余弦效应简单的理解就是前面的玻璃板会阻挡后面的玻璃板）只能降低；  为了降低余弦效应我做了以下设计 A、 接收器(相当于锅炉)以及发电装置小型化，因为越小余弦效应越低，把单台功率大小设置在占地指数增长曲线还处在基本为线性的阶段我们已经找到了一个合适的功率数。 B、 用多塔联合以及反向反射等技术(本处牵涉到知识产权我们的专利正在申请中不合适做太多说明)使余弦效应降一半，并且同时使塔已经接收器的数量降低了一半。 3、 各个定日镜需要单独进行两维控制，控制系统极其复杂，并且安装调试特别是光学调整非常难 定日镜系统是塔式太阳能的核心之一，它的造价占整个系统的70%，并且定日镜系统的性能(定位是否准确)关系到整个系统的效率。 定日镜系统分为3个部分，其一为镜面，其二太阳位置传感器， 其三为定日镜系统方向调整机械装置。 镜面已经在太阳盘面效应的解决一节中叙述过了，传感器与方向调整机械装置的造价占定日镜系统的70%以上，为了大大降低造价，我们设计了主动对塔系统(本处牵涉到知识产权我们的专利正在申请中不合适做太多说明) 主动对塔系统需要的太阳位置传感器的数量由以前的n*m（一个面）减低到n+m（变成2条线），；方向调整机械装置不是用的现有的昂贵步进电机与无缝隙齿轮盘（一套系统需要5-10万），而是使用普通的交流电机以及普通的万向节（一套系统需要1-2千），大大降低了成本，另外我们设计的主动对塔系统不需要对定日镜系统进行位置定焦(位置定焦是安装的难点)，系统能自动定焦，能自动消除由于经多长时间运行由机械磨损而产生的误差（由机械磨损而产生的误差是维护的难点，并且精度会产生不可逆转的降低）
项目前景预测	产业化分析 系统在设计初期我们就以产业化的思想来进行设计，因为我们感觉，一项发明创造如果不能产业化，那发明不能为社会创造价值，不能为社会创造价值的发明创造就没有价值。 一项发明创造要想最快的产业化最好的途径是能利用现有的工业基础，能使用现有的设备。在系统的设计时我们选择的所有原材料，所有的机电设备、电子设备都是在世界上存在有10-20年，都是已经有非常深的工业基础、已经量产的设备，我们选择这样的设备既能大大降低系统的成本，也能大大降低系统研制的风险。 前景分析 根据我们计算，（20-25）公里*（20-25）公里的面积一年所发出的电量跟三峡水电站一年的发电量相当。并且占地面积跟三峡水电站淹没的面积相当，但是跟三峡水电站淹没的是良田沃土不同，我们只需要占沙漠、戈壁或者盐碱地等不毛之地。40个这样规模的太阳能电站即可满足全国现有的用电，只要投资300-500亿，占用（7-10）公里*（7-10）公里的面积即可满足一个地级市的用电要求。   我们设计的系统造价非常低。造价只有现在3.4～4.8万元/kW（现在的所有太阳能方案都是因为造价太高不能商用） 的1/3，我们的造价为1.1万/kW，相当三峡水电站万元与kW比的125%，已经达到了可商业运行的价格。 商业利润 当前国家大力发展新能源，现在上海市太阳能发电的并网电价是4-8元一度电，国家发改委已经出文，太阳能发电的并网电价是4元一度电这样我们1.5年即可收回投资。 现在海外特别是德国、法国等欧美国家，大力推广太阳能，我们的价格具有绝对的优势。
公司名称	陈平坚
公司介绍	我们是清华大学的老研究生处副处长退休后成立的公司，主要研究人员是清华大学的毕业生
所需点数	原价: 0点
所需积分	原价: 70分

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