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第三章 能源技术新进展

121 Progress of Magnetic Confined Fusion Energy Research Li Jiangang (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences) Fusion is the process that powers the sun and the stars.

Magnetic Confined Fusion (MCF) research offered developing a safe, abundant and environmentally responsible energy source. Fusion energy application is very important for China. Significant progresses have been made in MCF for past

50 years. Tokamak is the leading configuration which will lead to future fusion reactor. ITER which designed to demonstrate the scientific and technological feasibility of fusion power will be the world '

s largest experimental fusion facility by seven party'

s joint efforts. Efforts have been made for the past few years within world fusion community for solve the scientific and technical problems to ITER construction and safe operation. Successful control of edge localized mode instability (ELM) and adopt W as divertor material are the key progresses. Chinese fusion scientists and engineers have contributed many efforts for ELM control and W material on EAST superconducting tokamak and HL-2A tokamak. EAST also achieved world records for the longest H-mode duration and over 400s divertor plasma discharge. Combining microwave beams for ELMs suppression with the advanced lithium wall treatment on EAST could provide a fruitful new direction for fusion-energy development. This combination of techniques offers an attractive regime for high- performance, long-pulse operations for next generation device. By joining ITER project together with fast domestic MCF program, Chinese MCF will be further enhance in near future for a goal to build Chinese fusion engineering test reactor around 2020. 3.

4 太阳能技术新进展 沈文忠 王如竹 (上海交通大学) 太阳能技术主要是指人类主动利用太阳能资源, 并将其作为一种有效的能源形 式用于生活、 生产的技术方式. 根据原理与技术的不同, 太阳能技术可分为两大类, 即光热技术与光伏技术. 太阳能光热技术 (包括光热发电) 是将太阳辐射能转换为 热能并加以利用, 主要由光热转换和热能利用两个部分组成. 太阳能光伏技术的核

2014 高技术发展报告

122 心器件是太阳电池, 其主要原理是利用半导体材料的光伏效应与半导体器件工艺来 实现发电. 下文将重点介绍该两类技术的发展现状, 并展望其未来.

一、 国际重大研发进展

(一) 太阳能光热技术 世界各国, 特别是欧美等发达国家和地区纷纷制定政策规划, 以推进太阳能的 利用. 较为著名的有欧盟的

2020 战略 , 即到

2020 年欧盟各国可再生能源占总能 耗的 20% , 其中太阳能热利用达到

12 兆吨油当量①,

2010 ~

2020 年的年增长率为 23. 1% ;

太阳能热发电规模将达

15 吉瓦, 发电量为

43 太瓦时,

2010 ~

2020 年的年 增长率为 31. 1% . 近3年来, 欧盟还开始了太阳能中温集热技术的工业应用― ― ―太 阳能锅炉, 并通过一系列示范推进了太阳能空调的使用. 美国能源部于

2008 年启动 的 太阳计划 (SunShot Initiative)[1] , 连续多年为太阳能热发电技术的研发提供了 支持,

2013 年该计划资助了多个美国国家实验室承担热发电方面的研究项目. 1. 太阳能光热利用 太阳能光热利用是以热能转换为主的太阳能转换和利用过程, 主要涉及太阳能 中低温热利用, 如太阳能常规利用、 太阳能热利用与建筑一体化、 太阳能空调制冷、 太阳能海水淡化等. 近期, 国际上的主要进展包括太阳能中温集热技术、 太阳能空 调技术及与此相关的太阳能蓄热技术. (1) 太阳能中温集热技术: 主要是利用太阳能获得

80 ~ 250℃ 范围的热能, 涉及: ①真空管中温集热涂层技术. 涂层技术的突破, 可以使 150℃ 的集热效率达 45% ;

②采用菲涅耳透镜线聚焦技术, 可产生 200℃ 左右的热能;

③采用槽式集热 器线聚焦技术, 可产生 200℃ 以上的热能. 原来用于中高温热发电 (槽式和菲涅耳 式) 的太阳能集热器正通过降低集热管的成本来扩大其工业应用的范围. (2) 太阳能空调技术. 主要有溴化锂-水吸收式制冷、 硅胶-水吸附式制冷、 氨-水吸收式制冷, 以及利用干燥剂除湿的除湿制冷[2] . 太阳能低温干燥储粮技术、 太阳能中央空调、 住宅用空调制冷/ 供热系统已有应用. 德国 SolarNext 公司开发了 ① 吨油当量 (ton of oil equivalent, toe) 是指量

1 吨原油所含的热量相当于某种能源品种多少所含热量, 约为

42 吉焦耳.

第三章 能源技术新进展

123 半效溴化锂-水吸收式制冷机和硅胶-水吸附制冷机, 可实现 75℃ 热水制冷①. 日本 矢崎 (Yazaki) 公司开发成功

10 ~

30 千瓦低热水温度 (68℃) 驱动太阳能溴化锂吸 收式空调②. 随着太阳能热利用与常规化石能源 (天然气) 的结合, 单双效结合的 太阳能溴化锂-水吸收式空调应运而生. 由于太阳能中温集热技术的突破, 太阳能 驱动的可单-双效转化的溴化锂-水吸收式空调获得成功应用. (3) 太阳能蓄热技术. 近年潜热蓄存材料已经商品化.

2011 年, 英国 PCMP 公 司推出的 A164 相变材料, 在相变温度为 164℃ 时蓄热密度达到

306 千焦/ 千克[3] .

2012 年, 德国 Zschimmer &

Schwarz 化学公司推出的 RT110 相变材料, 在相变温度 为112℃时蓄热密度达到

213 千焦耳/ 千克. 德国巴斯夫 (BASF) 公司

2011 年推出 的Micronal 相变蓄存材料为封装型材料, 具有高传热率、 不腐蚀金属等特点, 可用 于太阳能空调的蓄冷, 寿命可达

30 年. 利用吸附和吸收过程储热的化学蓄热技术也 已经成为国际储热研究的热点. 2. 太阳能热发电技术 太阳能热发电主要采用聚焦集热技术, 以产生发电时驱动热力机所需要的高温 液体或蒸汽. 根据聚焦技术的不同, 聚光光热发电 (CSP) 可分为槽式、 塔式、 碟 式和菲涅耳式发电技术. 槽式发电已有多年商业运行的经验, 塔式发电已证明了商 业运行的可行性. 常规火力发电机组的技术已经成熟, 而太阳能热发电的热-功转 换部分与常规火力发电机组基本相同, 因此特别适宜于大规模使用.

2012 年全球 CSP 容量增长超过 60% , 其总规模达到了

2550 兆瓦电量[4] . (1) 槽式热发电系统的结构相对简单, 采用串、 并联排列方式, 可构成较大容 量的热发电系统, 已较早实现了商业化. 随着技术的不断发展, 系统的效率已由初 始的 11. 5% 提高到 13. 6% , 发电成本已由 26.

3 美分/ 千瓦时降到 9.

1 美分/ 千瓦时. 德国肖特公司研发的集热管涂层, 发射率≤9. 5% , 吸收率≥95. 5% ;

热损耗循环测 试证实, 其工作温度 400℃时热损小于

250 瓦/ 米. 集热管利用太阳能辐射加热专用 的合成导热油, 可使最高温度达到 400℃;

直接采用水做传热介质, 可降低太阳能 热电站的建设和运营成本.

2010 年, Abengoa 公司在美国建设的直接蒸汽型槽式系 统的示范工程成功发电.

2011 年, 德国肖特公司生产的槽式系统采用熔盐作为导热 介质, 其最高工作温度可达 550℃ [5] . (2) 塔式太阳能热发电可实现高聚光比, 使吸热器能够在

500 ~ 1500℃ 范围内 ① ② 参见: http: / / www. solarnext. eu / eng/ home/ home_ eng. shtml. 参见: http: / / www. yazakienergy. com/ products. htm.

2014 高技术发展报告

124 运行, 在提高发电效率方面具有很大的潜力. 塔式系统从光到电的年平均效率已提 高到 20% . 传统的中央接收器温度低于 600℃, 热力循环效率约为 40% ;

在较高温 度下, 熔盐工质变得不稳定. 使用固体颗粒直接吸收, ........