摘要：本文简要论述太阳能光热发电技术的原理和分类，同时介绍了空冷系统的三种形式及其特点，并开展了光热发电空冷系统的选型分析及直接空冷系统运行背压的优化进行分析，不同的空冷系统（直冷、间冷等）对光热发电的影响均不一样。
关键词：光热发电；空冷系统；选型分析
引言
太阳能是一种用之不尽、取之不竭的清洁能源，在能源与环境问题日趋严峻的今天，很多国家都对太阳能发电技术进行了研究和实践，并取得了一些成果。太阳能光热发电是太阳能利用的一种有效方式。随着光热发电技术的不断完善发展，光热发电将进入实用化商业时代。太阳能热发电系统与常规火力发电系统的工作原理基本相同，但是光热汽轮发电机组，单机容量较小，对其空冷系统选型和优化分析有其特殊的需求。
1光热发电技术
光热发电是将太阳光聚集并将其转化为工作流体的高温热能，通过常规的热机或其它发电技术将其转换成电能的技术。一般，光热发电分为两大类：直接发电和间接发电。通常所说的光热发电，主要是指间接光热发电，可分为聚光型和非聚光型，其主流技术为聚光型。根据聚光方式的不同，聚光型还有线聚焦和点聚焦之分：线聚焦把太阳光聚集到线性集热管上，包括槽式和菲涅耳式；而点聚焦则是将太阳光聚集到中央吸热器上，包括塔式和碟式。
太阳能热发电系统与常规的化石能源发电系统的工作原理类似，主要区别在于热源，前者以太阳能为热源，后者以煤炭、石油和天然气等化石燃料作为热源。太阳能热发电利用聚光集热装置将太阳能聚集到吸热器上，被吸热器中的传热介质吸收，并输送到储热子系统中，把能量存储起来，当需要能量时储热介质通过换热器将热量传递给热机工质，或经过换热器直接将热能传递给动力回路中的工质，产生高温高压的工质，驱动热机发电。太阳能热发电通过热储存和与其他能源的互补，能够提供稳定的电力供应，对电网冲击小，具备调频、调峰能力，规模效益显著。
2空冷系统
发电厂空冷技术是一种节水型发电技术，采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽。空冷技术不但可以大大增加选址的灵活性，避免水资源的大量消耗等影响。当前，用于发电厂的空冷系统主要有三种，即直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统和带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统。直接空冷多采用机械通风方式，两种间接空冷多采用自然通风。混合式间接空冷系统以微正压的低压水系统运行，较易掌握；其年平均背压低于直接空冷机组，稍低于表面式间接冷却机组，具有较好的运行效率，但是由于部分关键技术尚未实现国产化，初期投资成本较高，综合经济性不如表面式间接空冷系统。此外，混合式间接空冷系统设备多，系统复杂，冷却水循环泵的泵坑较深，自动控制系统复杂，全铝散热器的防东性较差。
机械通风直接空冷系统的优势在于：一方面空冷器布置在汽机房前的高架平台上，平台下布置有变压器及配电间，占地面积比间接空冷系统小；林一方面系统调节灵活，直接空冷系统可通过改变风机转速或停运部分风机来调节进风量，防止空冷器结冰，调节相对灵活，冬季运行防冻调节灵活可靠。但是直接空冷系统受环境风影响大，运行时噪音大，并且由于汽轮机排汽需由大直径管道引出，冷凝排汽需要较大的冷却面积，从而导致真空系统的庞大，系统含氧量较高。
表面式凝汽器间接空冷系统的优势在于：厂用电率较低，设备少；冷却水和凝结水分成两个独立系统，其水质可按各自水质标准和要求进行处理，系统便于操作；冷却水量可根据季节调整，在高寒地区，在冷却水系统中可充以防冻液防冻。但是其防冻控制较繁琐，风筒式冷却塔占地面积大，基建投资较高；系统中需进行两次换热，且都属表面式换热，使得全厂热效率有所降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
直接空冷系统初投资较低，但运行费用较高，而间接空冷系统具有初投资高，运行经济性好的特点，循环效率较直接空冷机组高约1%~1.5%。
3光热发电厂空冷系统选型分析
按照国际通用标准，太阳直射值（DNI）大于每年1800kWh/m2，太阳能热发电才会具有较好的经济效益。在我国，宁夏北部，甘肃西北部，新疆南部、西藏西南部、青海西部、内蒙古西南部等地区都是潜在的光热发电站候选地址，但是这些地区水资源匮乏，不适合建设常规湿式冷却塔。由于湿式冷却塔产生的水雾气团使空气能见度下降，导致反射镜光学效率下降。因此，光热发电厂的主机冷却一般采用空冷系统。
对于塔式光热发电，间冷系统十分适合，尤其是混凝式间冷系统。可利用集热塔兼顾空冷塔的功能，不用再单独设空冷塔。此塔结构采用钢结构塔型，便于施工和安装，不但减小了初投资，而且节省了大量耗电，使机组多发电。散热器垂直布置于集热塔（空冷塔）四周；对于槽式、蝶式和菲涅尔式光热发电，采用间冷系统，往往受厂址边界和全厂总体布置的限制，例如场地为狭长型，无论空冷塔布置于聚光集热子系统的东侧或西侧，均存在光线遮挡，影响光照时间，且塔越高，遮挡越多，同时不利于全厂的总体灵活布置。间冷系统散热器管束的最佳流速为1.0～1.5m/s，而采用常规间冷系统散热器管束流速比较低仅为0.4～0.7m/s，当机组运行背压比较低时，需要的间冷系统配置规模比较大，极易造成散热器在冬季运行时发生冻裂事故。因此不建议采用间冷系统，宜采用直接空冷系统。
4直接空冷系统运行背压的优化
光热发电不同于火电机组，1d中温度最高时段为12:00~16:00点之间，光照强度也最高，机组负荷相应时段发电量最高。在环境温度高温时段，机组想要发更多的电，一种措施为直冷空冷系统风机110%转速运行，另一种措施为增加散热面积及风机风量，最终都将导致耗电量增多。如何确定合理的夏季环境温度和设计背压，既能满足业主多发电的需求，又不至于多发出的电量与风机额外增加的功耗相抵消，甚至多发出的电量还不够风机额外增加的功耗。因此，直接空冷配置规模和机组的设计背压存在一个最佳经济点。建议直接空冷系统的设计背压取值在10 kPa 为宜，夏季环境温度取值典型年的最高温度，以满足机组满发出力的需求。
结语
光热发电空冷系统选型，不仅要考虑直接空冷系统和间接空冷系统各自有其固有的特点，同时应结合当地的特点如建设地点、气象条件、用地条件等以及综合技术经济比较，还需结合光热发电的特殊需求，经充分论证后进行选择。不同的空冷系统（直冷、间冷等）对光热发电的影响均不一样，需要对比选择，从中选择适宜光热发电的空冷系统，供工程应用参考。空冷系统的运行背压直接影响着光热系统的发电量，通过对直接空冷系统不同运行背压的优化和比较，得到一个最佳经济点，即以最合理的空冷系统运行背压，来获得光热机组最大的发电量。
参考文献:
[1]宋记锋, 丁树娟. 太阳能热发电站[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2]丁尔谋. 发电厂空冷技术[M].北京：水利电力出版社，1992.
[3]孙玉庆, 张海新. 光热发电空冷系统选择与优化配置[J].山西电力, 2018, 3.
[4]朱军, 唐燕萍, 陈建萍. 直接空冷系统与表凝式和混合式空冷系统的比较[J].发电设计, 2009, 6.
[4]林汝谋, 韩巍, 金红光, 赵雅文. 太阳能互补的联合循环（ISCC）发电系统[J].燃气轮机技术, 2013, 26(2): 1 - 15.
论文作者:寿恩广,叶家铭, 金宇航
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：光热论文; 系统论文; 机组论文; 太阳能论文; 技术论文; 散热器论文; 风机论文; 《电力设备》2019年第6期论文;