槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用槽式聚光鏡將太陽(yáng)光聚在一條線上，在這條線上安裝著一個(gè)管狀集熱器，用來(lái)吸收太陽(yáng)能，并對(duì)傳熱工質(zhì)進(jìn)行加熱，再借助蒸汽的動(dòng)力循環(huán)來(lái)發(fā)電。槽式聚光器的拋物面對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行的是一維跟蹤，聚光比為10~100，溫度可以達(dá)到400℃。20世紀(jì)80年代中期槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展起來(lái)了，目前美國(guó)加利福尼亞州已經(jīng)安裝了354 MW的槽式聚光熱發(fā)電站，其工作介質(zhì)是導(dǎo)熱油，換熱器可以使導(dǎo)熱油產(chǎn)生接近400℃的過熱蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

　　

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)最主要的特點(diǎn)是使用了大量的拋物面槽式聚光器來(lái)收集太陽(yáng)輻射能，并把光能直接轉(zhuǎn)化為熱能，通過換熱器使水變成高溫高壓的蒸汽，并推動(dòng)汽輪機(jī)來(lái)發(fā)電。因?yàn)樘?yáng)能是不確定的，所以在傳熱工質(zhì)中加了一個(gè)常規(guī)燃料輔助鍋爐，以備應(yīng)急之用。

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是：

　?。?）雖然這種線性聚焦系統(tǒng)的集光效率由于單軸跟蹤有所提高，但很難實(shí)現(xiàn)雙軸跟蹤，致使余弦效應(yīng)對(duì)光的損失每年平均達(dá)到30%。

　?。?）槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，在我國(guó)多風(fēng)、高風(fēng)沙區(qū)域難以立足。

　　（3）由于線型吸熱器的表面全部裸露在受光空間中無(wú)法進(jìn)行絕熱處理，盡管設(shè)計(jì)真空層以減少對(duì)流帶來(lái)的損失，但是其輻射損失仍然隨溫度的升高而增加。

　　

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)集熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　（一）集熱管

　　集熱管是槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，能夠?qū)⒎瓷溏R聚集的太陽(yáng)直接輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，溫度可達(dá)400℃。目前使用的集熱管內(nèi)層為不銹鋼管，外層為玻璃管加兩端的金屬波紋管。內(nèi)管涂覆有選擇性吸收涂層，以實(shí)現(xiàn)聚集太陽(yáng)直接輻射的吸收率最大且紅外波再輻射最小。兩端的玻璃一金屬封接與金屬波紋管實(shí)現(xiàn)密封連接，提供高溫保護(hù)，密封內(nèi)部空間保持真空。減少氣體的對(duì)流與傳導(dǎo)熱損，又加上應(yīng)用選擇性吸收涂層-使真空集熱管的輻射熱損降到最低。在另一側(cè)，金屬波紋管焊接在內(nèi)部吸熱管上。這些具有彈性連接功能的波紋管可以在吸熱管升溫和冷卻過程中補(bǔ)償內(nèi)部金屬管和外部玻璃管之間的熱脹冷縮的差異。聚焦的太陽(yáng)直接輻射能可以在集熱管表面轉(zhuǎn)化為熱能，傳送至導(dǎo)熱介質(zhì)，并將介質(zhì)加熱至最高溫度400℃。外部玻璃管可以作為附加防護(hù)，防止紅外波長(zhǎng)能量向外再輻射，以降低熱損玻璃管外部覆蓋有減反射涂層，使得太陽(yáng)輻射能量透過玻璃管。

　　我國(guó)自20世紀(jì)80年代中期開始研制真空集熱管，已攻克許多技術(shù)難關(guān)，并建立真空集熱管生產(chǎn)基地．諸如北京太陽(yáng)能研究所、皇明太陽(yáng)能集團(tuán)等，生產(chǎn)的集熱管經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)測(cè)試，能夠達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求，與國(guó)際同類產(chǎn)品相比，運(yùn)行指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)際同行業(yè)的相關(guān)技術(shù)要求。個(gè)別技術(shù)指標(biāo)還優(yōu)于國(guó)外技術(shù)水平。但是國(guó)內(nèi)研制生產(chǎn)的集熱管大多只用于實(shí)驗(yàn)研究，缺少一定的工程實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

　?。ǘ┘療徵R面

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電所用集熱鏡面采用超白玻璃材質(zhì)．在保證一定聚焦精度的同時(shí)，還具有良好的抗風(fēng)、耐酸堿、耐紫外線等性能。鏡面由低鐵玻璃彎曲制成、剛性、硬度和強(qiáng)度能夠經(jīng)受住野外惡劣環(huán)境和極端氣候條件的考驗(yàn)，玻璃背面鍍鏡后噴涂防護(hù)膜，防止老化。由于鐵含量較低．該種玻璃具有很好的太陽(yáng)光輻射透過性。

　?。ㄈ┲谓Y(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)

　　支撐結(jié)構(gòu)用于固定槽式拋物面聚光鏡，并配合控制系統(tǒng)對(duì)集熱陣列進(jìn)行一維跟蹤．以獲得有效太陽(yáng)輻射能。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬仿真研究、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行，在充分考慮最佳機(jī)械、光學(xué)和力學(xué)性能以及最小成本前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　（四）儲(chǔ)熱系統(tǒng)

　　可再生能源領(lǐng)域。儲(chǔ)能技術(shù)一直是急需解決的問題，但是，太陽(yáng)能光熱發(fā)電已經(jīng)擁有很成熟的儲(chǔ)能技術(shù)解決方案，這也是未來(lái)太陽(yáng)能熱發(fā)電有望趕超風(fēng)電、光電等其他新能源的最大優(yōu)勢(shì)。采用儲(chǔ)熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模太陽(yáng)能熱發(fā)電站的儲(chǔ)能問題。

　　

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀

　　國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀

　　太陽(yáng)能熱發(fā)電工業(yè)經(jīng)歷了幾次起落，原因是多方面的。早在20 世紀(jì)初就有關(guān)于太陽(yáng)能熱發(fā)電的研究，可由于2 次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)和近東地區(qū)石油的發(fā)現(xiàn)，使得太陽(yáng)能的利用發(fā)展緩慢。其中，由于太陽(yáng)能熱電自身的技術(shù)落后、效率低以及生產(chǎn)成本高也是阻礙其發(fā)展的重要原因。直到20 世紀(jì)70 年代的石油危機(jī)，太陽(yáng)能熱電工業(yè)又重新被激起。

　　隨者太陽(yáng)能熱力發(fā)電技術(shù)和規(guī)模的發(fā)展，太陽(yáng)能熱發(fā)電將具有與常規(guī)能源發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)的潛在優(yōu)勢(shì)。只是目前這種技術(shù)還不是很完備，在經(jīng)濟(jì)上還不具備競(jìng)爭(zhēng)力。因此，要推廣這種技術(shù)，就必須進(jìn)一-步降低發(fā)電成本，提高系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行自動(dòng)化，將運(yùn)行費(fèi)用由目前的3 美分/kWh 降低到0.8 美分/kWh 才行。因此，槽式太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)今后的研究重點(diǎn)為：

　　1、加強(qiáng)項(xiàng)目點(diǎn)太陽(yáng)能資源的調(diào)研;

　　2、發(fā)展直接汽化系統(tǒng)的熱能儲(chǔ)存技術(shù);

　　3、提高熱載體的工作溫度;

　　4、開發(fā)高效的吸熱管鍍層技術(shù)，使集熱表面的溫度進(jìn)步提高到550-600 C。

　　國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研究起步較晚，直到20 世紀(jì)70 年代才開始一一些基礎(chǔ)研究，在“七五”期間，湘潭電機(jī)廠與美國(guó)空間電了公司合作，研制了2組5 kW 的拋物面聚焦型太陽(yáng)熱發(fā)電機(jī)，但由于價(jià)格過高，加上工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)等沒有得到根本解決，而未能得到推廣使用。國(guó)家“八五。”計(jì)劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項(xiàng)目，于中國(guó)科學(xué)院電工研究所內(nèi)建成了小型拋物面槽式真空管高溫集熱裝置。美國(guó)加州LUZ 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站的成功運(yùn)行引起了我國(guó)的廣泛關(guān)注，并計(jì)劃引進(jìn)該類機(jī)組在西藏拉薩建立- 一座35 MW 的LL Z 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站。當(dāng)時(shí)經(jīng)可行性評(píng)估，預(yù)計(jì)該電站的電能成本約為1.1元/kWh，運(yùn)行成本為0.1元/kWh，與拉薩地區(qū)燃煤電站的電能成本0.8 元/kWh 相比還是有一一定優(yōu)勢(shì)的。

　　總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)在太陽(yáng)能熱動(dòng)力方面的研究還是比較落后的，20 世紀(jì)80 年代的研究水平只相當(dāng)于國(guó)外60 年代的水平。盡管近年來(lái)我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱電技術(shù)的研究給予了相當(dāng)大的重視，并且也得到了一一定的發(fā)展，如南京江寧區(qū)2005 年建設(shè)的國(guó)內(nèi)第一一座太陽(yáng)能熱發(fā)電示范電站（容量7 kW ），但與國(guó)際發(fā)展水平的差距較大。為此，國(guó)家在“十一五”計(jì)劃中安排了數(shù)十億資金以開發(fā)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)?？紤]到我國(guó)目前的技術(shù)現(xiàn)狀，可以優(yōu)先開發(fā)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，或?qū)⑻?yáng)能發(fā)電與小水電聯(lián)合、太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合，組成各種聯(lián)合系統(tǒng)，也可以采用- 一些儲(chǔ)能設(shè)備以減少對(duì)氣候條件的依賴。

　　

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

　　為了進(jìn)一步改善開發(fā)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，提高其競(jìng)爭(zhēng)力，可以采取以下措施：

　　一、是設(shè)計(jì)先進(jìn)的聚光器，結(jié)構(gòu)形式由軸式單元向桁架式單元發(fā)展，聚光器單列長(zhǎng)度100 m增長(zhǎng)為150 m，這樣，一套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就可以帶動(dòng)更長(zhǎng)的聚光器陣列：同時(shí)，不斷優(yōu)化聚光鏡材料、玻璃厚度等，以最大限度地降低整機(jī)重量。

　　二、是充分考慮方位角和高度角的影響，采用極軸跟蹤技術(shù)，使聚光集熱器陣列由原來(lái)的南北向水平放置改為南北向的傾斜軸（傾斜角度與緯度有關(guān)），從而更有效地接收太陽(yáng)輻射能。

　　三、是研發(fā)高性能的高溫真空管接收器。

　　四、是開發(fā)直接用水作為介質(zhì)的新型槽式發(fā)電技術(shù)。利用這一技術(shù)，可以取代大量的換熱器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高效率、降低成本的目的。

　　五、是加強(qiáng)可靠性研究，綜合考慮溫度、壓力、密封等相關(guān)因素，改進(jìn)高溫真空接收器在聚光器陣列兩端與布置在地面上不動(dòng)的導(dǎo)熱油管路之間存在的密封連接問題。