集光式太陽熱能發電系統分析評估

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姓名

廖欽承(Chin-chen Liao) 查詢紙本館藏

畢業系所

能源工程研究所

論文名稱

集光式太陽熱能發電系統分析評估
(Analysis and evaluation of concentrating solar power system)

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摘要(中)

本文針對集光式太陽熱能發電(concentrating solar power, CSP)系統的性能進行模擬，並評估台灣設置CSP系統的可行性。太陽熱能屬於再生能源的一種，不同於一般太陽光發電，CSP系統是藉由聚光型收集器收集太陽輻射，加熱流體帶動朗肯發電循環發電。由於太陽能為取之不盡的天然資源，且美國加州的SEGS (solar electricity generating systems)自1984年以來有很成功的商業運轉記錄，故已有數個國家正資助相關的CSP的研究。
本文考慮的CSP系統模擬以裝置容量30 MW的SEGS VI為原型，使用TRNSYS軟體建立模型，搭配台灣地區氣象資料模擬CSP系統在冬、夏兩季的發電性能，並觀察不同熱傳遞流體條件對CSP性能的影響。分析顯示由於台灣夏季的日照充足且穩定，系統效率維持19%，而冬季的日照條件相對較差，使得CSP發電效果不佳。
此外，以整年日照情況與發電系統的土地使用量轉換(land transformation)進行分析，當年日照量分布約在800~1500 kW/m2a時，相較於PV系統並無明顯優勢，CSP系統的土地需求大於600 m2/GWh，遠高於火力及核能發電廠所需。但是另一方面，CSP系統的CO2排放量相較於火力和核能電廠就相當少，僅為13 gCO2e/kWh。就分析結果而言，台灣先天日照量的不足限制了CSP系統輸出性能，但CSP系統與火力及核能發電相比較則各有其優缺點，經過適當的規劃，台灣有機會以CSP取代部分現有的發電系統，達到CO2減量及能源自?的目標。

摘要(英)

This research focuses on simulation of concentrating solar power (CSP) and feasibility assessment of this technology in Taiwan. Unlike conventional concentrating PV system, solar thermal power energy collected solar irradiation by concentrated collector to heating the HTF and drive the Rankine cycle. The Solar Electric Generating Systems (SEGS) in California has a long and successful commercial operation record since 1984, therefore several countries are funding CSP research.
This study chooses the SEGS VI system (install capacity is 30 MW) as the prototype, and use TRNSYS to incorporate Taiwan’s weather data to simulate the performance of CSP plant in different season and with various heat transfer fluids (HTF). Because low irradiation in winter which is not enough to support CSP system, results show poor electricity production for such system in Taiwan.
Furthermore, compare to conventional PV system, CSP had no advantage in land transformation for the range of annual irradiation 800~1,500 kWh/m2-a. The required land transformation of CSP is larger than 600 m2/GWh, which higher than that of coal-fired and nuclear power plant. On the other hand, CSP emit much lower CO2 amount (13 gCO2e/kWh) than coal-fired and nuclear powerplants. It can reduce greenhouse gas effectively. Therefore, limitations and advantage are coexist for developing CSP system in Taiwan.

關鍵字(中)

★ 集光式太陽熱能發電
★ 熱傳遞流體
★ 太陽熱能技術評估

關鍵字(英)

★ Assessment of solar thermal power technology
★ Concentrating solar power
★ Heat transfer fluid

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 ii
目錄 iii
圖目錄 v
符號說明 x
第一章序論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究內容 4
第二章集光太陽熱能發電系統 5
2.1 系統簡介 5
2.2 太陽熱能 8
2.2.1 直射太陽光 8
2.3 太陽熱能收集場 12
2.3.1 太陽光收集器 13
2.3.2 熱收集元件 20
2.3.3熱傳遞流體 21
2.4熱儲存系統 23
2.4.1熱儲存介質 24
2.4.2系統運轉模式 28
2.5發電廠動力循環 31
第三章模擬系統建立 37
3.1 TRNSYS軟體 37
3.2 氣象資料 41
3.2.1 微型氣象站 42
3.3 CSP系統模型建立 45
3.4 發電循環模型建立 50
第四章結果與討論 54
4.1 台灣地區氣候及地理環境 54
4.2 日照量對系統影響 62
4.3 熱傳遞流體對系統影響 72
4.4 不同型式發電廠土地使用狀況與二氧化碳排放比較 79
第五章結論及建議 88
5.1 結論 88
5.2 未來改進方向 89
參考文獻 90

參考文獻

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指導教授

吳俊諆(Jiunn-chi Wu)

審核日期

2009-7-2

推文