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1、塔式太阳能热发电技术进展摘要：在介绍塔式太阳能热发电系统的基本原理、系统组成的基础上,回顾了塔式太阳能热发电系统的发展历程,着重阐述了塔式热发电所涉及的关键技术,包括定日镜、接收器、传热蓄热工质的研究进展,并通过分析我国气象、地理条件及能源需求,指出塔式太阳能热发电在我国的西藏、内蒙等西北部地区具有广阔的应用前景。关键词：太阳能热发电;塔式发电系统;蓄热;定日镜;接收器一引言塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群,将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温,加热工质产生过热蒸汽或高温气体,驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电,从而将太阳能转换为电能。二
2、发电原理与系统塔式太阳能热发电系统,也称集中型太阳能热发电系统,主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成,基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中,再利用高温介质加热水产生蒸汽,驱动汽轮发电机组发电。塔式太阳能热发电系统中,吸热器位于高塔上,定日镜群以高塔为中心,呈圆周状分布,将太阳光聚焦到吸热器上,集中加热吸热器中的传热介质,介质温度上升,存入高温蓄热罐,然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽,利用蒸汽驱动汽轮机组发电,汽轮机乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回
3、到低温蓄热罐中,再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图所示。三发展简史塔式太阳能热发电系统的设计思想是20世纪50年代由前苏联提出的。1950年,前苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置,对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。据不完全统计,1981一1991年的10年间,全世界建造了兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座,其中主要形式是塔式电站,最大发电功率为80MW。世界上几个具有代表性的太阳能塔式热发电站如表1所示。20世纪80年代末,安装在意大利西西里岛的,由法国、原联邦德国和意大利等欧洲9国联合建造的,世界上第一座塔式太阳
4、能热电站并网运行。电站塔高50米,占地2万平方米,额定功率为1MW,蓄热器由硝酸盐组成,采用了50平方米定日镜70个、23平方米定日镜112个。1981年,美国在加利福尼亚州南部沙漠地区附近建成盯塔式太阳能热发电站,1982年投入运行,总耗资1.42亿美元,共有定日镜1818台,每台定镜面积40平方米。中央接收器位于80高的塔顶,产生516℃的高温蒸汽,装机容量10MW,是当时世界上最大的塔式太阳能热发电站。传热介质为水,蓄热介质为导热油和石块,所储存的热量可保证4H的7MW电能输出,保证了在恶劣的气候条件下及夜间正常运行。经过一段时间试验运行后,在SolarOne的基础上又
5、建造了。塔式太阳能热发电站,并于1996年6月投入运行。SolarOne的参数如下:1926块定日镜,其中40平方米耐定镜1818台,95平方米定日镜108台,镜面总面积82980平方米。采用熔盐蓄热系统,有2个储热罐,一个储存565℃的高温熔盐,另一个储存288℃的低温熔盐。熔盐可有效蓄热,日落后SolarOne能够向一万个家庭供电3个小时。由于增加了蓄热系统,使太阳塔输送电能的负载因子高达65%。SolarOne塔式试验电站蓄热系统从1996年一直运行到1999年结束,是目前最成熟的熔盐蓄热系统。SolarOne验证了采用熔盐技术可以使电站具有较好的技术和经济性,极大地推
6、进了塔式太阳能热发电站的商业化进程。1983年西班牙工业部和能源部开始投资兴建CESA一1,采用了面积为39.6平方米的定日镜300个,定日镜双轴跟踪误差1.5mard,反射率92%。塔身为钢混结构,高80M,载荷能力为100T。目前该装置作为实验平台用于试验塔式接收系统的不同部件,如定日镜、接收器、储热器以及控制部分的性能。法国的THEMIS电站建于上世纪80年代,发电功率为2,5MW,使用熔盐作为吸热器和储热器的介质,塔高100M,单面定日镜面积为45平方米。该项目是为确立总体设计和部件的技术可行性,并评价出口潜力。该电站在1983一1986年成功运行,为未来电站的建设提
7、供了大量的资料。现已停运多年,目前定日镜已有30%以上的玻璃无法满足设计要求,因此40%的定日镜被法国电力公司收购并改造成为跟踪光伏发电场,其余60%左右定日镜被重新改造,用于1.5MW燃气发电试验电站。建于西班牙Seville的PS10发电厂于2007年月3发电,发电功率11MW。该项目初期论证过采用空气吸热器加燃气轮机的BRAYTON循环技术,最后由于成本高和技术风险大,转而采用直接产生蒸汽的方式。PS10塔高90M,有981面121平方米的定日镜,PS10电站每年向电网提供19.2GWh的电力,年
