劉勝 陳麗文

摘要：眾所周知，當(dāng)今世界所依賴的能源不外乎石油、煤炭、核電、水力，然而這些能源儲量有限，且開發(fā)利用時會引起環(huán)境污染或生態(tài)環(huán)境破壞，尋找一種可取代現(xiàn)有能源并對地球環(huán)境無污染的新能源是現(xiàn)今世界發(fā)展的迫切需要。太陽能是我們一直在盡力開發(fā)的全新可再生能源，目前發(fā)展比較成熟的與太陽能有關(guān)的技術(shù)有太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，太陽能熱水器等等，該文主要針對太陽能光伏光熱發(fā)電控制策略進(jìn)行分析。

隨著全球氣候的變化，自然災(zāi)害的頻發(fā)，都對人類的生存帶來巨大的挑戰(zhàn)，環(huán)境污染及能源利用問題現(xiàn)也已成為制約世界各國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的瓶頸，所以越來越多的國家開始實(shí)施推進(jìn)可再生能源路線圖計(jì)劃，推動可再生能源的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球目前每年的能源消耗的總和只相當(dāng)于太陽在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量，所以太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的無限可再生能源，得到了全世界的普遍關(guān)注和積極開發(fā)利用，如現(xiàn)在太陽能熱水器、太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電等技術(shù)日漸成熟，現(xiàn)已進(jìn)入快速發(fā)展時期。

一、太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡介

（一）太陽能發(fā)電系統(tǒng)分類

目前，較為成熟的太陽能發(fā)電技術(shù)是太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)又分為塔式太陽能光熱發(fā)電、槽式太陽能光熱發(fā)電和碟式太陽能光熱發(fā)電。目前槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行階段，塔式太陽能已開始進(jìn)入示范運(yùn)行階段，而碟式發(fā)電應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域較窄，目前仍處于試驗(yàn)階段。下面簡單介紹這3種太陽能光熱發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀。

（二）槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

利用槽式拋物面聚光器聚光的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡稱分散型系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般由聚光集熱裝置、蓄熱裝置、熱機(jī)發(fā)電裝置和輔助能源裝置（如鍋爐）等組成。槽式拋物面將太陽光聚在一條線上，在這條焦線上安裝管狀集熱器，以吸收聚焦的太陽輻射能，常將眾多的槽式聚光器串并聯(lián)成聚光集熱器陣列。槽式聚光器對太陽輻射進(jìn)行一維跟蹤。

由于槽式聚光器的幾何聚光比低及集熱溫度不高，使得拋物槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中動力子系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)功效率偏低，通常在35%左右。因此，單純的拋物槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)一步提高熱效率、降低發(fā)電成本方面的難度較大。

（三）塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)也稱為集中式太陽能光熱發(fā)電，利用定日鏡將太陽光聚焦在中心吸熱塔的吸熱器上，聚焦的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能，然后傳遞給熱力循環(huán)的工質(zhì)，再驅(qū)動汽輪機(jī)做功發(fā)電。塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要分熔鹽系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和水/蒸汽系統(tǒng)。無論采用哪種工質(zhì)，系統(tǒng)的蓄熱至關(guān)重要。由于太陽能的間隙性，必須由蓄熱器提供足夠的熱能來補(bǔ)充烏云遮擋及夜晚時太陽能的不足，否則發(fā)電系統(tǒng)將無法正常工作。

（四）碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)是利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽光聚集在焦點(diǎn)上，放置在焦點(diǎn)處的太陽能接收器收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)以驅(qū)動汽輪機(jī)，從而將熱能轉(zhuǎn)化為電能。整個系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、接收器、跟蹤裝置和蓄熱系統(tǒng)。

不難看出，塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)和槽式、碟式的系統(tǒng)相比，除聚光集熱器有所不同外，3者在系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理等方面都基本相似。

二、太陽能光熱發(fā)電控制策略

（一）普通清晨啟動

各區(qū)域定日鏡處于各自自然朝向位置，并沒處在待機(jī)狀態(tài)（Standby，即各區(qū)域定日鏡的聚焦光線分別定位于空中數(shù)點(diǎn)），此時的全廠啟動運(yùn)行稱為“普通清晨啟動”，其啟動過程中各模塊的基本邏輯判斷順序。

（二）冷啟動

在全廠啟動運(yùn)行過程中，吸熱器由于熱損失影響，啟動時的狀態(tài)參數(shù)與周圍環(huán)境相應(yīng)，定日鏡場在前一次運(yùn)行之后，處于待機(jī)狀態(tài)，此類運(yùn)行稱為全廠“冷啟動”。其各模塊運(yùn)行的邏輯順序除了鏡場是從待機(jī)狀態(tài)而非自然朝向狀態(tài)啟動外，其余都與普通清晨啟動相同。

（三）熱啟動

由于某些原因比如輻照、大風(fēng)等導(dǎo)致吸熱器和汽輪機(jī)解耦運(yùn)行時，某些帶有隔離門的吸熱器，可以保持內(nèi)部蓄有一定壓強(qiáng)和溫度的蒸汽，當(dāng)輻照、風(fēng)速等外界條件變化，使得吸熱器滿足再次運(yùn)行時的啟動稱為“熱啟動”，此時將能在較短時間內(nèi)達(dá)到額定運(yùn)行狀況，具體視吸熱器設(shè)計(jì)而定。此類啟動時除了鏡場位于待機(jī)狀態(tài)而非自然朝向狀態(tài)啟動、及蒸汽參數(shù)能較快達(dá)到額定值而減少旁路流通外，其余基本相同。

（四）正常運(yùn)行

當(dāng)啟動完成后，在外界條件沒有劇變影響的條件下，全廠處于正常運(yùn)行狀態(tài)，全廠的發(fā)電功率與輻照變化存在直接關(guān)聯(lián)。

（五）云遮運(yùn)行

當(dāng)投射到吸熱器表面的輻照強(qiáng)度低于吸熱器設(shè)計(jì)的下限達(dá)到N個（由具體設(shè)計(jì)決定）時間步長后，定日鏡場開始啟動偏轉(zhuǎn)到待機(jī)狀態(tài)的程序;由此導(dǎo)致當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓強(qiáng)低于設(shè)定值時（為了確保與電網(wǎng)持續(xù)聯(lián)接，該設(shè)定值越小越好），在儲能充足的條件下，由儲能系統(tǒng)自動產(chǎn)生蒸汽供給汽輪機(jī)。若在定日鏡場完全偏轉(zhuǎn)前輻照強(qiáng)度恢復(fù)，則重新將定日鏡從當(dāng)前位置投射聚焦到吸熱器表面運(yùn)行。

（六）晚間關(guān)停

當(dāng)傍晚投射到吸熱器表面的聚光輻照強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)下限值時，自動啟動鏡場從聚焦吸熱器的位置偏轉(zhuǎn)到待機(jī)狀態(tài)的程序，控制調(diào)壓和調(diào)溫裝置來減小汽輪機(jī)所帶負(fù)載，最后將發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解裂。

（七）事故應(yīng)急運(yùn)行

事故主要來源于吸熱器及鏡場兩個方面：吸熱器的故障主要發(fā)生在給水系統(tǒng)，比如給水泵失靈、管路出現(xiàn)機(jī)械或電氣故障，此時由于吸熱器表面仍有很強(qiáng)聚光分布，所以在啟動定日鏡場偏轉(zhuǎn)的同時必須啟用噴水減溫系統(tǒng)，并開啟吸熱器的安全閥。鏡場的故障通常來自于通訊或供電中斷，此時必須啟用備用電源偏置定日鏡到待機(jī)位置。

三、結(jié)束語

利用太陽能發(fā)電是解決當(dāng)前能源、資源和環(huán)境等問題的有效途徑和方法。太陽能熱電開發(fā)所占土地面積并不比某些常規(guī)能源大，且可在太陽能資源豐富的荒漠地區(qū)建設(shè)，這是常規(guī)能源所不能達(dá)到的。太陽能熱力發(fā)電與火力發(fā)電相比，不會消耗資源;也不會產(chǎn)生廢氣、廢渣而污染空氣、土壤和水;也不會像核電工程如果產(chǎn)生核泄漏而對較大范圍造成嚴(yán)重而深遠(yuǎn)的放射性環(huán)境影響。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的主要障礙是成本，建立高效率、大容量、高聚光比的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)是降低發(fā)電成本的主要研究方向。

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（作者單位：蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院）