Question

【題目】閱讀圖文材料,完成下列要求。

槽式太陽能熱發電系統借助大面積的槽式拋物面聚光鏡將太陽光聚焦反射到接收集熱器上,通過加熱集熱鋼管內熱載體進行熱量輸送,在熱交換系統中將水加熱成高壓、過熱蒸汽,然后驅動常規蒸汽渦輪發電機組進行發電。通常在發電系統中加入化石燃料發電機。槽式太陽能熱發電站的功率為10-1000兆瓦，是所有太陽能熱發電站中功率最大的。太陽能集熱器是各種利用太陽能裝置的關鍵部分。槽式太陽能集熱器比平板型太陽能集熱器具有更高的熱效率，在熱發電領域具有相當成熟的技術應用。圖a示意美國加利福尼亞州南部的莫罕夫沙漠地區的大型槽式太陽能熱發電站景觀和降水量分布,圖b為槽式太陽能集熱器與平板型太陽能集熱器結構示意圖。

（1）推測槽式太陽能熱發電系統中加入化石燃料發電機的原因。

（2）說明槽式太陽能集熱器比平板型太陽能集熱器具有更高熱效率的原因。

（3）簡析加利福尼亞州莫罕夫沙漠地區發展槽式太陽能熱發電的有利條件。

（4）試分析沙漠地區槽式太陽能熱發電的缺點。

Answer 1

【答案】（1）太陽能發電受天氣、晝夜變化等因素影響，存在著發電的不穩定性；太陽能不穩定時期，化石燃料發電機補充發電，保證發電的連續性與穩定性。

（2）槽式集熱器，集熱管四周均可受光，受光面更廣；凹槽結構，聚光強度大，集熱效果更好；集熱管表面積小，集熱過程中向四周散熱較少，熱量損失少。

（3）沙漠地區，氣候干旱，晴天多，光照時間長，光熱資源充足；沙漠地區，地廣人稀，土地資源充足、廉價；美國經濟發達，對能源的需求量大，市場廣闊；太陽能可再生、清潔，利于優化能源結構。

（4）沙漠地區多大風天氣，晝夜溫差大，影響發電系統結構的穩定性；多風沙天氣，聚光鏡面易積灰塵，影響聚光效果；集熱器裸露在空氣中，大風及空氣對流等造成熱量損失且易造成設備損壞。

【解析】

太陽能發電受天氣影響較大，不穩定，且沙漠中沙塵天氣多，對設備造成較大破壞。槽式太陽能集熱器比平板型太陽能集熱器具有更高的熱效率，在熱發電領域具有相當成熟的技術應用。

（1）通過比較光熱發電與燃料發電的差異進行原因分析，由燃料發電的連續性反推光熱發電的不足，即光熱發電的連續性、穩定性較差，由此進行分析作答。槽式太陽能熱發電系統借助大面積的槽式拋物面聚光鏡將太陽光聚焦反射到接收集熱器上,太陽能發電受天氣、晝夜變化等因素影響，存在著發電的不穩定性；通常在發電系統中加入化石燃料發電機,太陽能不穩定時期，化石燃料發電機補充發電，保證發電的連續性與穩定性。

（2）根據結構圖，對槽式太陽能集熱器和平板型大陽能集熱器進行聚光差異分析，主要可從受光角度、聚光強度以及集熱效果等方面進行分析作答。根據結構圖，槽式集熱器集熱管四周均可受光，受光面比平板式更廣；據圖可知槽式集熱器具有凹槽結構，聚光強度大，集熱效果比平板式更好；槽式集熱器集熱管表面積比平板式小，集熱過程中向四周散熱較少，熱量損失比平板式少。

（3）本題為資源開發條件的評價，主要從自然、人文的角度對資源狀況、市場需求等方面進行分析作答，自然條件側重于太陽能資源的豐歉程度、槽式太陽能熱發電站對土地規模的需求等，人文條件傾向于市場需求等。美國加利福尼亞州南部的莫罕夫沙漠地區建設的大型槽式太陽能熱發電站位于沙漠地區，降水少，氣候干旱，晴天多，光照時間長，光照強，光熱資源充足；沙漠地區，地廣人稀，土地資源充足、廉價，建設成本低；美國經濟發達，對清潔能源的需求量大，太陽能發電市場廣闊；太陽能可再生、清潔，利于優化能源結構，改善環境質量。

（4）應結合沙漠地區的環境特征與槽式太陽能熱發電系統的結構特點，考慮沙漠環境中風沙活動對發電系統產生的可能危害以及發電系統自身的結構缺陷具體可從發電系統結構的穩定性、聚光鏡的聚光效應。沙漠地區晝夜溫差大，多大風天氣，影響發電系統結構的穩定性，導致發電不穩定；多風沙天氣，沙塵多導致聚光鏡面易積灰塵，影響聚光效果，需要清除灰塵；集熱器裸露在空氣中，沙塵、大風及空氣對流等造成熱量損失且易造成設備損壞，影響發電穩定性。