槽式集熱電廠系統(tǒng)配置優(yōu)缺點研究

李　磊

（北京天瑞星光熱技術有限公司 北京 100190）

1　槽式集熱電廠系統(tǒng)

槽式集熱電廠是通過一系列工藝流程將太陽能最終轉為電能。首先利用反射鏡把太陽能收集起來，通過反射鏡裝置將集熱管中的液體加熱，液體在被加熱后吸收大量熱量。通過熱交換器使得吸收的熱量與水進行換熱，使得水變?yōu)檎羝?，蒸汽通過管道送至汽輪機進汽口，從而推動汽輪機旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電[1]。

槽式集熱電廠系統(tǒng)主要包括鏡場、動力島和儲熱島三大部分。

2　鏡場

鏡場的主要作用是將太陽能的熱量轉化為熱能。鏡場系統(tǒng)包括反射鏡、支架、集熱管、追蹤系統(tǒng)。

反射鏡主要用于吸收太陽照射，將太陽照射的熱量傳導至集熱管上。反射鏡要保持清潔，同時反射鏡安裝和設計過程中要保證反射鏡的便捷打掃和更換。

集熱管在收到反射鏡傳導過來的熱量后，將反射鏡上的熱量傳遞給管中的工質。通常在集熱管中配置導熱油傳導熱量。

追蹤機構主要由控制系統(tǒng)和追蹤機構本體構成，主要作用是根據(jù)太陽位置變化改變集熱器的朝向，使得在太陽移動后能夠移動集熱器，集熱器始終能夠接受到最大的熱量。根據(jù)控制方式的不同追蹤機構可以分為中央控制追蹤機構和就地控制追蹤機構[2]。共同點是都需要針對太陽高度的不同調整油動機的位置，從而使得集熱器的角度進行調整。不同點是中央控制方式是采用自動化系統(tǒng)運算，當工作人員將太陽高度角輸入后，控制系統(tǒng)可以進行一系列運算后得出液壓信號，對集熱器油動機進行調整，最終實現(xiàn)對集熱器的位置調整。就地控制方式則是每一步都需要經(jīng)過人工確認后進行。

3　動力島

槽式集熱電廠的動力島部分多個子系統(tǒng)，包括各種水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)。與常規(guī)電廠基本相似。

3.1　換熱系統(tǒng)

換熱系統(tǒng)的作用是通過反射鏡、鏡場等裝置將太陽熱量吸收并輸送至換熱裝置。換熱系統(tǒng)運行工質通常為導熱油，導熱油運行化學性質比較穩(wěn)定，同時導熱系數(shù)高，可以很好的將吸收的熱量傳遞給換熱工質。為了確保換熱系統(tǒng)的正常運行，為換熱系統(tǒng)同時配置防凝系統(tǒng)、油凈化系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)。防凝系統(tǒng)的主要作用是為了防止在環(huán)境溫度比較低時導熱油發(fā)生凝結的現(xiàn)象，油凈化系統(tǒng)是為了防止導熱油油質變壞，將導熱油進行凈化。膨脹系統(tǒng)的主要作用是在導熱油溫度變化時導熱油的體積將會發(fā)生較大的變化，為了防止導熱油管內壓力過高，當導熱油溫度升高后產(chǎn)生體積膨脹，將系統(tǒng)內多余體積的導熱油輸送至膨脹系統(tǒng)中，當導熱油溫度降低后，體積收縮，從膨脹系統(tǒng)中將部分導熱油補充至換熱系統(tǒng)中，從而保持換熱系統(tǒng)的內部壓力穩(wěn)定[3]。目前對于換熱系統(tǒng)的介質的第二種方案是采用熔鹽，熔鹽性能穩(wěn)定而且經(jīng)濟性好。

3.2　電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)與常規(guī)能源電廠設計基本一致，需要配置汽機發(fā)電機、變壓器、GIS、勵磁系統(tǒng)，同時需要配置與之配套的各種電壓等級的動力控制中心。與常規(guī)能源電廠相比，槽式集熱電廠的電氣系統(tǒng)配置更為簡單。

3.3　汽水循環(huán)系統(tǒng)

槽式集熱電廠的汽水循環(huán)系統(tǒng)與常規(guī)能源電廠系統(tǒng)類似，包括凝結水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、回熱系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)和再熱蒸汽系統(tǒng)。汽輪機本體與常規(guī)電廠不同，主要原因是槽式集熱電廠的蒸汽參數(shù)與常規(guī)電廠相比比較低，同時穩(wěn)定工況下運行時蒸汽參數(shù)不夠恒定。是由于太陽能的變化特點決定的[4]。與核電的熱機系統(tǒng)運行狀態(tài)比較類似，只是系統(tǒng)比較小。槽式集熱電廠的汽輪機本體由高壓缸和低壓缸組成，其中高壓缸的轉速為額定轉速，低壓缸的轉速為額定轉速的一半轉速。

4　儲熱系統(tǒng)

由于太陽能的特性使得在夜間或者太陽照射不強時集熱場無法加熱工質，使得電廠需要停運或者運行時間比較短。為了進一步提高運行經(jīng)濟性，延長集熱電廠的運行時間，避免電廠機組頻繁停運，在槽式集熱電廠設置儲熱系統(tǒng)[5]。主要作用是將太陽能通過儲熱系統(tǒng)將熱量儲存起來，在夜間時將熱量釋放出來，從而維持集熱發(fā)電機組的較長時間運行。儲熱系統(tǒng)有多種，包括混凝土、熔鹽、導熱油等，其中熔鹽蓄熱由于其經(jīng)濟性較好而得到廣泛應用。

5　關于換熱系統(tǒng)采用熔鹽系統(tǒng)和導熱油系統(tǒng)的分析

關于槽式集熱電廠系統(tǒng)配置主要包括上述系統(tǒng)，其中關于換熱系統(tǒng)的運行工質包括兩種，分別為導熱油和熔鹽。目前應用導熱油居多，熔鹽多被用于集熱電廠的儲熱系統(tǒng)。熔鹽通常為硝酸鹽和硝酸鉀混合物，經(jīng)過論證，熔鹽可以作為換熱系統(tǒng)的工質，同時經(jīng)濟性比導熱油要好。

結語

本文對槽式集熱電廠的各種系統(tǒng)進行了介紹和分析，槽式集熱電廠的部分系統(tǒng)和常規(guī)能源電廠系統(tǒng)類似，同時需要根據(jù)太陽能自身特點加入些特殊的系統(tǒng)來實現(xiàn)利用太陽能的功能。同時導熱油和熔鹽都可以作為換熱介質。

[1]黃定寅.槽式太陽能集熱器光熱轉換過程中的分析[J].水電與新能源,2014,17(8):62-67.

[2趙聰穎，閆素英，田瑞，等．SiO2納米流體在太陽能集熱管中的傳熱特性[J].農業(yè)工程學報，2014，30(20):236-243.

[3]張邵波.納米流體強化傳熱的試驗和數(shù)值模擬研究[D].杭州:浙江大學,2009.

[4]張宏麗，王存旭，王樹群，等.拋物槽式集熱器太陽入射角的計算[J].太陽能學報，2016，37(1):98-102.

[5]岑幻霞.太陽能熱利用[M].北京:清華大學出版社，1997，2-5.