槽式太阳能热发电系统综述

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1、第36卷第l2期华电技术Vo1．36No．122014年l2月HuadianTechnologyDee．2014槽式太阳能热发电系统综述郭苏，刘德有，王沛，许昌(河海大学能源与电气学院，南京210098)摘要：槽式太阳能热发电系统(槽式系统)符合“大容量一高参数一长周期储热”的国际太阳能热发电技术发展趋势，是世界上商业化最成功的太阳能热发电模式。介绍了槽式系统的原理、特点及分类情况，论述了导热油槽式系统和直接蒸汽发电(DSG)槽式系统的结构特点、发展现状，指出以水为工质的DSG槽式系统是槽式系统的发展方向。关键词：太阳能热发电；槽式系统；直接蒸汽发电；导热油；工质中图分类号：T

2、K513文献标志码：A文章编号：1674—1951(2014)12—0070—060引言2l世纪，全人类都面临着同样的能源问题。当面临全球污染严重、常规能源近乎枯竭，又急需大量能源的双重矛盾时，全人类达成了共识：依靠科技进步，大规模开发利用太阳能、风能、生物质能等可再生清洁能源。近年来，太阳能热发电在欧美地区快速发展。目前，国际太阳能热发电的发展趋势是建设承担基础电力负荷的“大容量一高参数～长周期图1美国加州SEGSIII槽式太阳能热发电站口储热”电站。槽式太阳能热发电符合太阳能热发电合效率较低。的上述发展趋势，也是世界上迄今为止商业化最成集热管里的工质通常是导热油，但随着科学

3、技功的太阳能热发电模式。本文对槽式太阳能热发电术的发展，工质可以扩展到熔融盐、水、空气等物质。系统(以下简称槽式系统)进行详细论述⋯。目前实际应用的工质主要有2种，即导热油和水。1槽式太阳能热发电系统槽式技术按其工质不同，分为导热油槽式系统和直接蒸汽发电(DSG)槽式太阳能集热系统(以下简称槽式系统(如图1所示)将由抛物线槽式聚光DSG槽式系统)。镜、集热管等构成的大量槽式太阳能聚光集热器1．1导热油槽式系统(以下简称槽式集热器)布置在场地上，再将这些槽传统槽式系统的工质为导热油，导热油工质被式集热器加以串、并联，抛物线槽式聚光镜采用单轴加热后，流经换热器加热水产生过热蒸汽，借

4、助于蒸跟踪方式追踪太阳运动轨迹，将直射太阳辐射聚焦汽动力循环推动常规汽轮发电机组发电J。导热到位于抛物线焦线的集热管上，集热管中的传热工油槽式系统工作原理如图2所示，主要由聚光集热质被加热到400℃左右用以产生高温高压蒸汽，从子系统、换热子系统、发电子系统、蓄热子系统、辅助而推动汽轮发电机组发电。能源子系统等构成。槽式系统结构简单、成本较低、土地利用率高、聚光集热子系统是系统的核心，由众多分散布安装维护方便，而且导热油工质的槽式太阳能热发置的槽式集热器组成，而槽式集热器包括抛物线槽电技术(以下简称槽式技术)已经相当成熟。由于式聚光镜、集热管和跟踪装置等3部分。抛物线槽槽式系统可

5、将多个槽式集热器串、并联排列组合，因式聚光镜为线聚焦装置，阳光经镜面反射后，聚焦为此可以构成较大容量的热发电系统。但也因为其热一条线，集热管就放置在这条线上，用于吸收阳光加传递回路很长，传热工质的温度难以再提高，系统综热工质(如图3所示)。目前，集热管有真空集热管收稿日期：2014—07—07；修回日期：2014—09—25和空腔集热管2种结构形式。跟踪装置由单片机、基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973计划)伺服电机、传感器等组成。太阳辐射传感器瞬时测(2010CB227102)；江苏省自然科学基金(BK20131369)定太阳位置，通过计算机控制伺服电机，带动反射镜

6、第12期郭苏，等：槽式太阳能热发电系统综述·71·石类燃料以作不时之需，这样可以节省昂贵的能量储存装置，降低整个太阳能热发电系统的初次投资，而且优化了太阳能热发电站的设计，大大降低了生产单位电能的平均成本。1．2DSG槽式系统目前，导热油槽式技术已经比较成熟，但导热油工质本身却存在着很多不足之处J。(1)导热油在高温下运行时，化学键易断裂分解氧化，从而引起系统内压力上升，甚至出现导热油循环泵的气蚀。因此，导热油槽式系统一般运行温度为400℃，不易再提高，这直接造成导热油槽式系图2导热油槽式系统工作原理示意统的效率不高。(2)导热油在炉管中流速必须在2m／s以上，流速越小油膜温度

7、越高，易导致导热油结焦。(3)油温必须降到80℃以下，循环泵才能停止运行。(4)一旦导热油发生渗漏，在高温下将增加引起火灾的风险。美国LUZ公司的SEGS电站就曾经发生过火灾，并为防止油的泄漏和对已漏油的回收投入大量资金。鉴于导热油工质的上述问题，Cohen和Kear．ney于1994年提出了以水为工质的DSG槽式集热器概念，作为槽式集热器未来的发展方向。DSG槽式系统是采用DSG槽式集热器，利用抛物线形槽图3槽式系统聚光原理示意式聚光器将太阳光聚焦到集热管上，直接加热集热面绕轴跟踪太阳。槽