浅谈太阳能光热发电系统技术和应用.pdfVIP

浅谈太阳能光热发电系统技术及应用 王御风 中国水电顾问集团国际工程有限公司 北京 100101 【摘要】进入21世纪以后，全球对太阳能光热发电系统技术的研究越来越 深入，应用也更加广泛。本文介绍了太阳能光热发系统技术，分析了几种太阳能 光热发电系统的应用现状，最后，对太阳能光热发电系统技术的发展趋势进行了 预测。 【关键词】太阳能；光热发电系统；技术；应用 中图分类号： TK511 文献标识码： A 前言 目前，世界各国开始慢慢重视太阳能光热发电系统技术的应用，但是，技术 水平还有待于提高，太阳能的利用效能也有待于提高。所以，研究太阳能光热发 电系统技术还非常有必要。 1太阳能光热发电系统技术 1.1太阳能发电系统分类 目前，较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。太 阳能光热发电技术又分为塔式太阳能光热发电、槽式太阳能光热发电和碟式太阳 能光热发电。目前槽式和塔式太阳能光热发电站实现了商业化示范运行，而碟式 发电系统仍处于示范阶段。 1.2槽式太阳能光热发电系统 利用槽式抛物面聚光器聚光的太阳能光热发电系统简称分散型系统。 该系统一般由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置和辅助能源装置 （如 锅炉）等组成 （图1）。槽式抛物面将太阳光聚在一条线上，在这条焦线上安装 管状集热器，以吸收聚焦的太阳辐射能，常将众多的槽式聚光器串并联成聚光集 热器阵列。槽式聚光器对太阳辐射进行一维跟踪。 图1为90年代投产的SEGSI 电站太阳能光热发电系统示意图，该系统采用 双回路设计，集热油回路和动力蒸汽回路分离，经过一系列换热器交换热量，利 用导热油作为 集热介质，293℃的低温导热油从储油罐中泵入槽式太阳能集热场，被加热 到391℃，然后依次通过再热器、过热器、蒸发器、预热器等，将收集到的太阳 热能交换给动力回路中的蒸汽，产生10.4MPa/370℃的过热蒸汽，进入汽轮机中 做功。 当太阳能供应不足时，利用辅助加热器 （天然气）加热导热油，从而实现系 统的稳定、连续运行。由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛 物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右。 因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本 方面的难度较大。 1.3塔式太阳能光热发电系统 塔式太阳能光热发电系统也称为集中式太阳能光热发电，利用定日镜将太阳 光聚焦在中心吸热塔的吸热器上，聚焦的辐射能转变成热能，然后传递给热力循 环的工质，再驱动汽轮机做功发电。塔式太阳能光热发电系统 （图2）主要分熔 盐系统、空气系统和水/蒸汽系统。无论采用哪种工质，系统的蓄热至关重要。 由于太阳能的间隙性，必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太 阳能的不足，否则发电系统将无法正常工作。 （1）塔式水/蒸汽系统。水/蒸汽系统以水为传热介质。 在这类系统中，过冷水经泵增压后被送到塔顶吸热器，在吸热器中蒸发并过 热后被送至地面，驱动汽轮机做功发电。 图2为美国SolarOne试验电站示意图。SolarOne的吸热器是一个外圆柱式 吸热器，由24块管板组成，每块管板有70根吸热管。整个吸热器实际上就是一 个将水直接加热到过热蒸汽的“太阳能锅炉”。吸热器出口的蒸汽参数为516℃、 10.1MPa，直接用于驱动汽轮机。 过热蒸汽也可以送入一个 “油-沙石”蓄热系统进行能量的存储。尽管 SolarOne 电站成功地证明了塔式发电技术的可行性，但蓄热系统不能提供足够 的蒸汽用于汽轮机发电。电站最主要的运行模式是将太阳能接收器和汽轮机耦合 起来，蓄热系统设置为旁路，系统所产生的多余蒸汽进入蓄热系统实现能量存储， 蓄热系统只产生辅助蒸汽，用于系统的启停和离线运行时保温。 （2）塔式熔盐系统。熔盐吸热、传热系统（图3）一般以熔融硝酸盐为工 作介质，系统低温侧一般为290℃，高温侧为565℃。低温熔盐通过熔盐泵从低 温熔盐储罐被送至塔顶的熔盐吸热器，吸热器在平均热流密度约430kW/m2 的聚 焦辐射照射下将热量传递给流经吸热器的熔盐。熔盐吸热后温度升高至约565 ℃，再通过管道送至位于地面的高温熔盐罐。 来自高温熔盐罐的熔盐被输送至蒸汽发生器，产生高温过热蒸汽，推动汽轮 机做功