槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)簡介

　　槽式太陽能熱發(fā)電是利用槽式聚光鏡將太陽光聚在一條線上，在這條線上安裝著一個管狀集熱器，用來吸收太陽能，并對傳熱工質(zhì)進(jìn)行加熱，再借助蒸汽的動力循環(huán)來發(fā)電。槽式聚光器的拋物面對太陽進(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年代中期槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展起來了，目前美國加利福尼亞州已經(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℃的過熱蒸汽來驅(qū)動汽輪機發(fā)電。

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

　　槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)特點

　　槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)最主要的特點是使用了大量的拋物面槽式聚光器來收集太陽輻射能，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，并推動汽輪機來發(fā)電。因為太陽能是不確定的，所以在傳熱工質(zhì)中加了一個常規(guī)燃料輔助鍋爐，以備應(yīng)急之用。

　　槽式太陽能熱發(fā)電的缺點是：

　?。?）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，但很難實現(xiàn)雙軸跟蹤，致使余弦效應(yīng)對光的損失每年平均達(dá)到30%。

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

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

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

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

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　　集熱管是槽式太陽能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，能夠?qū)⒎瓷溏R聚集的太陽直接輻射能轉(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，以實現(xiàn)聚集太陽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，使得太陽輻射能量透過玻璃管。

　　我國自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．諸如北京太陽能研究所、皇明太陽能集團(tuán)等，生產(chǎn)的集熱管經(jīng)過實驗室檢驗測試，能夠達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求，與國際同類產(chǎn)品相比，運行指標(biāo)均能達(dá)到國際同行業(yè)的相關(guān)技術(shù)要求。個別技術(shù)指標(biāo)還優(yōu)于國外技術(shù)水平。但是國內(nèi)研制生產(chǎn)的集熱管大多只用于實驗研究，缺少一定的工程實際運行經(jīng)驗。

　?。ǘ┘療徵R面

　　槽式太陽能熱發(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，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、硬度和強度能夠經(jīng)受住野外惡劣環(huán)境和極端氣候條件的考驗，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)對集熱陣列進(jìn)行一維跟蹤．以獲得有效太陽輻射能。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計需要經(jīng)過計算機模擬仿真研究、風(fēng)洞實驗和實際運行，在充分考慮最佳機械、光學(xué)和力學(xué)性能以及最小成本前提下進(jìn)行設(shè)計。

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

　　槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀

　　國外的發(fā)展現(xiàn)狀

　　太陽能熱發(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)，使得太陽能的利用發(fā)展緩慢。其中，由于太陽能熱電自身的技術(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，太陽能熱電工業(yè)又重新被激起。

　　隨者太陽能熱力發(fā)電技術(shù)和規(guī)模的發(fā)展，太陽能熱發(fā)電將具有與常規(guī)能源發(fā)電競爭的潛在優(yōu)勢。只是目前這種技術(shù)還不是很完備，在經(jīng)濟(jì)上還不具備競爭力。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，實現(xiàn)電站運行自動化，將運行費用由目前的3 美分/kWh 降低到0.8 美分/kWh 才行。因此，槽式太陽能發(fā)電技術(shù)今后的研究重點為：

　　1、加強項目點太陽能資源的調(diào)研;

　　2、發(fā)展直接汽化系統(tǒng)的熱能儲存技術(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。

　　國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國對太陽能熱發(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，湘潭電機廠與美國空間電了公司合作，研制了2組5 kW 的拋物面聚焦型太陽熱發(fā)電機，但由于價格過高，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。國家“八五。”計劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項目，于中國科學(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。美國加州LUZ 槽式太陽能熱發(fā)電站的成功運行引起了我國的廣泛關(guān)注，并計劃引進(jìn)該類機組在西藏拉薩建立- 一座35 MW 的LL Z 槽式太陽能熱發(fā)電站。當(dāng)時經(jīng)可行性評估，預(yù)計該電站的電能成本約為1.1元/kWh，運行成本為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)勢的。

　　總體來說，我國在太陽能熱動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)于國外60 年代的水平。盡管近年來我國對太陽能熱電技術(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)的國內(nèi)第一一座太陽能熱發(fā)電示范電站（容量7 kW ），但與國際發(fā)展水平的差距較大。為此，國家在“十一五”計劃中安排了數(shù)十億資金以開發(fā)太陽能熱發(fā)電技術(shù)?？紤]到我國目前的技術(shù)現(xiàn)狀，可以優(yōu)先開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，或?qū)⑻柲馨l(fā)電與小水電聯(lián)合、太陽能發(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- 一些儲能設(shè)備以減少對氣候條件的依賴。

　　槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

　　為了進(jìn)一步改善開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，提高其競爭力，可以采取以下措施：

　　一、是設(shè)計先進(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，聚光器單列長度100 m增長為150 m，這樣，一套驅(qū)動機構(gòu)就可以帶動更長的聚光器陣列：同時，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)而實現(xiàn)簡化系統(tǒng)、提高效率、降低成本的目的。

　　五、是加強可靠性研究，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的導(dǎo)熱油管路之間存在的密封連接問題。