沈檬
中国能源工程（海门）发展有限公司 北京市 100020
摘要：槽式太阳能发电是目前最成熟、成本最低的太阳能热发电技术，在美国和欧洲均有多家商业化运行的槽式电站。本文简要介绍了槽式太阳能发电的系统构成和主要设备选型，初步提出项目系统集成方案。
关键词：槽式太阳能；热发电系统；集成方案
一 槽式太阳能热发电系统构成
槽式太阳能发电系统一般分为聚光集热子系统、换热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统几个部分。
（一）聚光集热子系统
聚光集热子系统是系统的核心，它将太阳辐射能聚焦到聚光集热器，将太阳能转化成热能储存在热传输介质如导热油、水或熔融盐中。
一般多个聚光集热单元组成一个标准的聚光器，多个聚光器组装在一起形成太阳能集热阵列。主要由反射镜、集热管、支撑结构、跟踪系统组成。
应满足以下几点要求：①具有较高的反射率；②具有良好的聚光性能；③具有足够的刚度；④具有良好的抗疲劳能力；⑤具有良好的抗风载荷能力；⑥具有良好的抗腐蚀能力；⑦具有良好的运动性能；⑧具有良好的保养、维护、运输性能。
聚光集热子系统是槽式太阳能发电系统的核心，也是太阳能发电厂造价最昂贵的系统之一。
（二）换热子系统
换热子系统由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器等换热器组成，主要作用是将热传输介质中的热能传导给发电系统，产生高温高压蒸汽推动汽轮机发电。当工质为导热油时，此时为双回路系统，即接收器中的油被加热后，进入换热子系统中产生蒸汽，蒸汽在进入发电子系统。当采用DSG系统时，换热子系统可以得到简化。
（三）发电子系统
发电子系统的作用是利用换热系统产生的高温高压蒸汽推动汽轮机发电，由汽轮机、凝汽器、给水泵、高低压加热器等设备构成，但因为太阳能发电系统存在间歇性的特点，所以需要辅助能源系统保持持续发电，故发电子系统需要配备专用装置，用于太阳能集热场与辅助能源系统之间的切换。
（四）蓄热子系统
蓄热子系统的作用是在太阳辐射较强的时将太阳能集热场多余的热量储存起来，在辐射不足或夜晚无太阳辐射时释放供给换热系统利用。蓄热系统可分为热罐冷罐双罐蓄热方式和斜温层单罐蓄热方式两种。双罐蓄热是目前技术上较成熟的蓄热方式。单罐蓄热结构较复杂，但可以降低电厂的蓄热成本。
（五）辅助能源子系统
辅助能源子系统的作用是在太阳辐射不足或夜晚时启动，以保证发电系统的持续运行。辅助子能源系统由一套和汽轮机功率相匹配的备用加热器或备用锅炉构成。当蓄热不足或在夜间时，辅助能源子系统切入系统代替太阳能集热场开始工作，保证电厂的持续运行，在蓄热充分或白天辐射强度足够使，辅助能源子系统自动切出系统依靠太阳能热发电。
二 主要设备选型
（1）热发电站主要设备包括：太阳能集热场、换热流体系统、换热流体-水热交换系统、动力区、辅助设施以及仪表和控制等；
（2）太阳能集热场部分主要设备包括：反射镜，集热元件，太阳集热场控制系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（3）集热元件：以50万m2的太阳能集热面积计算需要集热元件22500多支；
（4）换热流体是一种特别的合成油，它将集热元件中收集的热量，通过管道系统输送给热交换器。循环泵、回收容器和膨胀容器是该系统的工作部件；
（5）热交换系统连接着太阳集热场的传热回路和动力区的蒸汽回路，由预热器、蒸汽发生器和过热器三部分组成；
（6）动力区像常规热发电站一样，包括汽轮机、发电机、给水与加热设备、水泵、空气冷凝器、空气压缩机及冷凝系统构成；
（7）仪表和控制以及需要的所有电气设备。集散控制系统、监控控制器和局部控制器向中央控制室提供热发电站运行所需的信息；
（8）辅助设施包括：车间、备件储存和完成配置的消防设备。
三 槽式太阳能热发电项目系统集成方案
（一）槽式太阳能热发电站系统设计原则
（1）确定汽轮发电系统主要参数
根据1MW热发电系统中，对汽轮发电机组的要求：汽轮机进汽温度为300℃，进汽压力为3.0MPa，蒸汽流量为5700kg/h，汽轮机转速5600r/min。发电机功率1MW，转速3000r/min，频率50Hz。
（2）确定热采集系统的主要参数
1MW热发电系统的热能采集系统，其提供的导热介质为导热油，出口温度为390℃，出口压力为1.0MP。流量的确定需根据热交换系统、蓄热系统的设计要求计算。
（3）确定热采集系统的布置
热采集系统包括总平面布置、导热介质管网系统布置、镜面支架结构设计、测量仪表及自动控制系统设计、交通组织设计、土建结构设计、给排水专业设计、电力专业设计、压缩空气系统设计、非标设备专业设计。
1 热采集系统的总平面布置
系统所在场地地质、气象等要素的符合性；考虑场地周边工程地质构造对场地的影响；场地周边污染源对镜场的影响；考虑场地风向、风速、风力对镜场的影响；热采集系统的平面布置原则上采用集热管多排串联布置或串并联结合布置方式；集热管布置，应当根据工程项目所在地的日照时间、日照强度等多项气象指标确定。集热管布置两排间的间距，应充分考虑在阳光最小角度的情况下，尽量减少遮挡后一排反射镜的影响，同时考虑留出检修通道的最小净距。集热管数量的确定，应当根据气象参数计算出单根集热管的吸热指标，主要是确定辐射热吸收量，同时考虑空气对流换热等其他因素造成集热管对热能吸收的损耗。设计确定传热温度梯度，通过控制导热油的流速及流量达到控制出口温度的要求。
2 土建结构设计
确保镜面支架的载荷能满足地质承载力的要求。考虑侧向风荷载对支架基础的影响。因镜场是露天，还需考虑雨水对地质构造、设备基础砼的影响。周边地质构造对场区的影响等因素。
（4）确定热交换系统的主要参数
热交换系统是保障汽轮发电机正常运行的重要系统，热交换系统主要包括蒸汽发生系统、蒸汽过热系统、蓄热系统、除氧系统、预热系统等。
1 蒸汽发生系统
蒸汽发生系统是将工质水通过加热蒸发形成对应压力下的饱和蒸汽。导热油通过管道表面热交换将水加热为蒸汽。1MW槽式热发电站蒸汽发生器换热量约为2842kW。
2 蒸汽过热系统
蒸汽过热系统是将对应压力下的饱和蒸汽继续加热，提高热焓值，提供在汽轮机里作功的能量。过热蒸汽的出口温度300℃～305℃。蒸汽流量为5700kg/h（凝汽式汽轮机）。蒸汽压力为3.0MPa。过热器换热量约为340kW。
3 蓄热系统
蓄热系统是将导热油携带的部分热能通过表面热交换传递到蓄热介质，并将蓄热介质进行存储。在无阳光的情况下将蓄热介质储存的热能通过表面热交换传输给导热油，用以确保汽轮发电系统的连续运行。蓄热介质应选择热容量较大的介质，一般选择熔盐蓄热介质容积的确定需根据有无其他补充能源、太阳日照时长、平均年日照天数等参数进行计算。蓄热介质温度确定应在350～360℃
（5）确定热交换系统的布置
热交换系统包含的蒸汽发生系统和过热蒸汽系统应布置在一体，以减少传输中能量的损耗。两系统不同的是各自的热交换温度等级不同、介质相态不同。布置位置尽量靠近太阳能采集系统的出口端，可位于镜场的侧面。蓄热系统应布置于采集系统出口与蒸汽发生系统之间或侧面，距离不宜过远。除氧系统、预热系统均应布置于蒸汽发生系统和汽轮发电机系统之间。
（二）技术路线选择
1 导热油式抛物槽技术
该技术具有最长的市场运营经验，美国加州太阳能发电系统电厂从上世纪80年代起，已经运行多年，经过反复的维护维修，目前运行良好。该技术也称作导热油技术。
2 水/汽式抛物槽技术
槽式太阳能电站真空吸热管中用水做介质，直接产生蒸汽进入汽轮机组发电的技术，比较导热油技术而言，DSG技术具有以下优点：控制系统更复杂、造价更高，这是因为真空吸热管内的双相流及水汽热动力特性不同所引起的。
四 结论
综上所述，目前已经存在的太阳能热发电技术路线有很多种，但其中技术最为成熟、商业化最广、经历时间最长的是使用导热油做传热介质的抛物槽式技术。中国的太阳能热发电产业刚刚起步，采用具有足够商业化经验的以导热油作传热介质的抛物槽式集热技术，可将技术风险降至最低水平，这为确保本项目的顺利实行，乃至推动中国太阳能热发电产业的健康发展至关重要。
参考文献
[1]槽式抛物面太阳能热发电系统发展现状与探讨[J]；发电设备；2015年01期
论文作者:沈檬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/6
标签：系统论文; 蓄热论文; 子系统论文; 蒸汽论文; 太阳能论文; 热交换论文; 介质论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;