李　磊

（北京天瑞星光熱技術(shù)有限公司 北京 100190）

1　槽式集熱電廠系統(tǒng)

槽式集熱電廠是通過(guò)一系列工藝流程將太陽(yáng)能最終轉(zhuǎn)為電能。首先利用反射鏡把太陽(yáng)能收集起來(lái)，通過(guò)反射鏡裝置將集熱管中的液體加熱，液體在被加熱后吸收大量熱量。通過(guò)熱交換器使得吸收的熱量與水進(jìn)行換熱，使得水變?yōu)檎羝?，蒸汽通過(guò)管道送至汽輪機(jī)進(jìn)汽口，從而推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[1]。

槽式集熱電廠系統(tǒng)主要包括鏡場(chǎng)、動(dòng)力島和儲(chǔ)熱島三大部分。

2　鏡場(chǎng)

鏡場(chǎng)的主要作用是將太陽(yáng)能的熱量轉(zhuǎn)化為熱能。鏡場(chǎng)系統(tǒng)包括反射鏡、支架、集熱管、追蹤系統(tǒng)。

反射鏡主要用于吸收太陽(yáng)照射，將太陽(yáng)照射的熱量傳導(dǎo)至集熱管上。反射鏡要保持清潔，同時(shí)反射鏡安裝和設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證反射鏡的便捷打掃和更換。

集熱管在收到反射鏡傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的熱量后，將反射鏡上的熱量傳遞給管中的工質(zhì)。通常在集熱管中配置導(dǎo)熱油傳導(dǎo)熱量。

追蹤機(jī)構(gòu)主要由控制系統(tǒng)和追蹤機(jī)構(gòu)本體構(gòu)成，主要作用是根據(jù)太陽(yáng)位置變化改變集熱器的朝向，使得在太陽(yáng)移動(dòng)后能夠移動(dòng)集熱器，集熱器始終能夠接受到最大的熱量。根據(jù)控制方式的不同追蹤機(jī)構(gòu)可以分為中央控制追蹤機(jī)構(gòu)和就地控制追蹤機(jī)構(gòu)[2]。共同點(diǎn)是都需要針對(duì)太陽(yáng)高度的不同調(diào)整油動(dòng)機(jī)的位置，從而使得集熱器的角度進(jìn)行調(diào)整。不同點(diǎn)是中央控制方式是采用自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)算，當(dāng)工作人員將太陽(yáng)高度角輸入后，控制系統(tǒng)可以進(jìn)行一系列運(yùn)算后得出液壓信號(hào)，對(duì)集熱器油動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)集熱器的位置調(diào)整。就地控制方式則是每一步都需要經(jīng)過(guò)人工確認(rèn)后進(jìn)行。

3　動(dòng)力島

槽式集熱電廠的動(dòng)力島部分多個(gè)子系統(tǒng)，包括各種水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)。與常規(guī)電廠基本相似。

3.1　換熱系統(tǒng)

換熱系統(tǒng)的作用是通過(guò)反射鏡、鏡場(chǎng)等裝置將太陽(yáng)熱量吸收并輸送至換熱裝置。換熱系統(tǒng)運(yùn)行工質(zhì)通常為導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油運(yùn)行化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)高，可以很好的將吸收的熱量傳遞給換熱工質(zhì)。為了確保換熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為換熱系統(tǒng)同時(shí)配置防凝系統(tǒng)、油凈化系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)。防凝系統(tǒng)的主要作用是為了防止在環(huán)境溫度比較低時(shí)導(dǎo)熱油發(fā)生凝結(jié)的現(xiàn)象，油凈化系統(tǒng)是為了防止導(dǎo)熱油油質(zhì)變壞，將導(dǎo)熱油進(jìn)行凈化。膨脹系統(tǒng)的主要作用是在導(dǎo)熱油溫度變化時(shí)導(dǎo)熱油的體積將會(huì)發(fā)生較大的變化，為了防止導(dǎo)熱油管內(nèi)壓力過(guò)高，當(dāng)導(dǎo)熱油溫度升高后產(chǎn)生體積膨脹，將系統(tǒng)內(nèi)多余體積的導(dǎo)熱油輸送至膨脹系統(tǒng)中，當(dāng)導(dǎo)熱油溫度降低后，體積收縮，從膨脹系統(tǒng)中將部分導(dǎo)熱油補(bǔ)充至換熱系統(tǒng)中，從而保持換熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力穩(wěn)定[3]。目前對(duì)于換熱系統(tǒng)的介質(zhì)的第二種方案是采用熔鹽，熔鹽性能穩(wěn)定而且經(jīng)濟(jì)性好。

3.2　電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)與常規(guī)能源電廠設(shè)計(jì)基本一致，需要配置汽機(jī)發(fā)電機(jī)、變壓器、GIS、勵(lì)磁系統(tǒng)，同時(shí)需要配置與之配套的各種電壓等級(jí)的動(dòng)力控制中心。與常規(guī)能源電廠相比，槽式集熱電廠的電氣系統(tǒng)配置更為簡(jiǎn)單。

3.3　汽水循環(huán)系統(tǒng)

槽式集熱電廠的汽水循環(huán)系統(tǒng)與常規(guī)能源電廠系統(tǒng)類似，包括凝結(jié)水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、回?zé)嵯到y(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)和再熱蒸汽系統(tǒng)。汽輪機(jī)本體與常規(guī)電廠不同，主要原因是槽式集熱電廠的蒸汽參數(shù)與常規(guī)電廠相比比較低，同時(shí)穩(wěn)定工況下運(yùn)行時(shí)蒸汽參數(shù)不夠恒定。是由于太陽(yáng)能的變化特點(diǎn)決定的[4]。與核電的熱機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)比較類似，只是系統(tǒng)比較小。槽式集熱電廠的汽輪機(jī)本體由高壓缸和低壓缸組成，其中高壓缸的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，低壓缸的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的一半轉(zhuǎn)速。

4　儲(chǔ)熱系統(tǒng)

由于太陽(yáng)能的特性使得在夜間或者太陽(yáng)照射不強(qiáng)時(shí)集熱場(chǎng)無(wú)法加熱工質(zhì)，使得電廠需要停運(yùn)或者運(yùn)行時(shí)間比較短。為了進(jìn)一步提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)集熱電廠的運(yùn)行時(shí)間，避免電廠機(jī)組頻繁停運(yùn)，在槽式集熱電廠設(shè)置儲(chǔ)熱系統(tǒng)[5]。主要作用是將太陽(yáng)能通過(guò)儲(chǔ)熱系統(tǒng)將熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在夜間時(shí)將熱量釋放出來(lái)，從而維持集熱發(fā)電機(jī)組的較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。儲(chǔ)熱系統(tǒng)有多種，包括混凝土、熔鹽、導(dǎo)熱油等，其中熔鹽蓄熱由于其經(jīng)濟(jì)性較好而得到廣泛應(yīng)用。

5　關(guān)于換熱系統(tǒng)采用熔鹽系統(tǒng)和導(dǎo)熱油系統(tǒng)的分析

關(guān)于槽式集熱電廠系統(tǒng)配置主要包括上述系統(tǒng)，其中關(guān)于換熱系統(tǒng)的運(yùn)行工質(zhì)包括兩種，分別為導(dǎo)熱油和熔鹽。目前應(yīng)用導(dǎo)熱油居多，熔鹽多被用于集熱電廠的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。熔鹽通常為硝酸鹽和硝酸鉀混合物，經(jīng)過(guò)論證，熔鹽可以作為換熱系統(tǒng)的工質(zhì)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性比導(dǎo)熱油要好。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)槽式集熱電廠的各種系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和分析，槽式集熱電廠的部分系統(tǒng)和常規(guī)能源電廠系統(tǒng)類似，同時(shí)需要根據(jù)太陽(yáng)能自身特點(diǎn)加入些特殊的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)能的功能。同時(shí)導(dǎo)熱油和熔鹽都可以作為換熱介質(zhì)。

[1]黃定寅.槽式太陽(yáng)能集熱器光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程中的分析[J].水電與新能源,2014,17(8):62-67.

[2趙聰穎，閆素英，田瑞，等．SiO2納米流體在太陽(yáng)能集熱管中的傳熱特性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(20):236-243.

[3]張邵波.納米流體強(qiáng)化傳熱的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[D].杭州:浙江大學(xué),2009.

[4]張宏麗，王存旭，王樹群，等.拋物槽式集熱器太陽(yáng)入射角的計(jì)算[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2016，37(1):98-102.

[5]岑幻霞.太陽(yáng)能熱利用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1997，2-5.