塔式太阳能热发电技术

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1、塔式太阳能热发电技术浅析14121330彭启1.前言太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能汇聚，生成高密度的能量，通过热功循环来发电的技术[1]。我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，一些高等院校和科研所等单位和机构，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套功率为lkW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为lKW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置[2~3]。目前主流的太阳能热发电技术主要有4种方式：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式[4]，这4种太阳能光热

2、发电技术各有优缺点。塔式太阳能聚光比高、运行温度高、热转换效率高，但其跟踪系统复杂、一次性投入大，随着技术的改进，可能会大幅度降低成本，并且能够实现大规模地应用，所以是今后的发展方向。槽式技术较为成熟，系统相对简单，是第一个进入商业化生产的热发电方式，但其工作温度较低，光热转换效率低，参数受到限制。碟式光热转换效率高，单机可标准化生产、既可作分布式系统单独供电，也可并网发电，但发电成本较高、单机规模很难做大。线性菲涅尔式结构简单、发电成本低、具有较好的抗风性能，但工作效率偏低、且由于发展历史较短，技术尚未完全

3、成熟，目前处于示范工程研究阶段。2.发电原理与系统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[5]。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

4、。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1所示。图1塔式太阳能电站系统流程示意图3.系统构成3.1定日镜定日镜由刚性金属结构支撑，通过控制系统调整方位和角度，实现对太阳

5、光线的准确跟踪接收，并聚集反射太阳光线进入塔顶的接收器内，如图2所示。定日镜由反射镜、跟踪传动机构、镜架及基座组成，是塔式电站最关键也是最昂贵的部件，美国SolarOne电站1.42亿美元投资中，定日镜占52％[5]。目前，定日镜的控制精度、运行稳定性和安全可靠性及降低建造成本是定日镜研究开发的主要内容。图2美国SolarOne塔式太阳能热发电站美国在塔式太阳能热发电技术方面，除建成SolarTwo电站外，还开发研制了一种新型的张膜式定日镜[6]，其反射镜由镀银聚合物薄膜覆盖于薄金属箔上制成，然后张紧到金属构

6、架上，对太阳的平均反射率约为0.92。这种薄膜定日镜的制造成本较低，不到玻璃反射镜的1/3。3.2接收器除定日镜群外，塔式太阳能热发电集热系统的另一主要组成部分是太阳能接收器，也称为太阳锅炉，是光热转换的关键部件。接收器位于定日镜群中央的高塔上，将定日镜捕捉、反射、聚焦的太阳能直接转化为可以高效利用的高温热能，加热工作介质至500℃以上，驱动发电机组产生电能。国际上现有的塔式太阳能接收器主要分为间接照射接收器和直接照射接收器两大类。间接照射接收器向载热工质的传热过程不发生在太阳照射面，工作时聚焦入射的太阳能先

7、加热受热面，受热面升温后再通过壁面将热量向另一侧的载热工质传递。管状接收器即为间接式。直按照射接收器也称空腔式接收器，特点是接收器向载热工质的传热与入射阳光加热受热面在同一表面发生，由于特定形状的内表面具有几近黑体的特性，可有效吸收入射的太阳能，避免选择性吸收涂层的问题[7]。按照制作材料，接收器又可分为金属和非金属两大类。金属接收器的整体密封性、导热性、承压能力较好，但耐高温性能比非金属差。非金属接收器的优点在于耐高温、耐腐蚀，使用寿命长，常用材料有陶瓷、石墨、玻璃及氟塑料等。塔式太阳能热发电站SolarO

8、ne采用的是管状接收器，管外壁涂有耐高温吸收涂层，能最大限度吸收太阳辐射热能，结构如图3所示。工质介质为水/蒸汽；SolarTwo仍采用管状接收器，工作介质为熔盐，在平均太阳辐射能流密度430KW／m2条件下，吸热器额定功率为42.2MW，将进口温度为288℃的熔盐加热到565℃，经管道和泵输往热盐罐储存。图3SolarOne管状接收器空腔式接收器最早应用在PHOEBUS系统中，利用金属丝网直接吸收