槽式太阳能热发电技术的现状及进展

2018-07-19 10:00 未知

  槽式太阳能热发电是利用槽式聚光镜将太阳光聚在一条线上,在这条线上安装着一个管状集热器,用来吸收太阳能,并对传热工质进行加热,再借助蒸汽的动力循环来发电。槽式聚光器的抛物面对太阳进行的是一维跟踪,聚光比为10~100,温度可以达到400℃。20世纪80年代中期槽式太阳能热发电技术就已经发展起来了,目前美国加利福尼亚州已经安装了354 MW的槽式聚光热发电站,其工作介质是导热油,换热器可以使导热油产生接近400℃的过热蒸汽来驱动汽轮机发电。

  槽式太阳能热发电技术最主要的特点是使用了大量的抛物面槽式聚光器来收集太阳辐射能,并把光能直接转化为热能,通过换热器使水变成高温高压的蒸汽,并推动汽轮机来发电。因为太阳能是不确定的,所以在传热工质中加了一个常规燃料辅助锅炉,以备应急之用。

  (1)虽然这种线性聚焦系统的集光效率由于单轴跟踪有所提高,但很难实现双轴跟踪,致使余弦效应对光的损失每年平均达到30%。

  (3)由于线型吸热器的表面全部裸露在受光空间中无法进行绝热处理,尽管设计真空层以减少对流带来的损失,但是其辐射损失仍然随温度的升高而增加。

  集热管是槽式太阳能热发电集热系统的一个关键部件,能够将反射镜聚集的太阳直接辐射能转换成热能,温度可达400℃。目前使用的集热管内层为不锈钢管,外层为玻璃管加两端的金属波纹管。内管涂覆有选择性吸收涂层,以实现聚集太阳直接辐射的吸收率最大且红外波再辐射最小。两端的玻璃一金属封接与金属波纹管实现密封连接,提供高温保护,密封内部空间保持真空。减少气体的对流与传导热损,又加上应用选择性吸收涂层-使真空集热管的辐射热损降到最低。在另一侧,金属波纹管焊接在内部吸热管上。这些具有弹性连接功能的波纹管可以在吸热管升温和冷却过程中补偿内部金属管和外部玻璃管之间的热胀冷缩的差异。聚焦的太阳直接辐射能可以在集热管表面转化为热能,传送至导热介质,并将介质加热至最高温度400℃。外部玻璃管可以作为附加防护,防止红外波长能量向外再辐射,以降低热损玻璃管外部覆盖有减反射涂层,使得太阳辐射能量透过玻璃管。

  我国自20世纪80年代中期开始研制真空集热管,已攻克许多技术难关,并建立真空集热管生产基地.诸如北京太阳能研究所、皇明太阳能集团等,生产的集热管经过实验室检验测试,能够达到相关技术要求,与国际同类产品相比,运行指标均能达到国际同行业的相关技术要求。个别技术指标还优于国外技术水平。但是国内研制生产的集热管大多只用于实验研究,缺少一定的工程实际运行经验。

  槽式太阳能热发电所用集热镜面采用超白玻璃材质.在保证一定聚焦精度的同时,还具有良好的抗风、耐酸碱、耐紫外线等性能。镜面由低铁玻璃弯曲制成、刚性、硬度和强度能够经受住野外恶劣环境和极端气候条件的考验,玻璃背面镀镜后喷涂防护膜,防止老化。由于铁含量较低.该种玻璃具有很好的太阳光辐射透过性。

  支撑结构用于固定槽式抛物面聚光镜,并配合控制系统对集热阵列进行一维跟踪.以获得有效太阳辐射能。支撑结构设计需要经过计算机模拟仿真研究、风洞实验和实际运行,在充分考虑最佳机械、光学和力学性能以及最小成本前提下进行设计。

  可再生能源领域。储能技术一直是急需解决的问题,但是,太阳能光热发电已经拥有很成熟的储能技术解决方案,这也是未来太阳能热发电有望赶超风电、光电等其他新能源的最大优势。采用储热技术可以实现大规模太阳能热发电站的储能问题。

  太阳能热发电工业经历了几次起落,原因是多方面的。早在20 世纪初就有关于太阳能热发电的研究,可由于2 次世界大战的爆发和近东地区石油的发现,使得太阳能的利用发展缓慢。其中,由于太阳能热电自身的技术落后、效率低以及生产成本高也是阻碍其发展的重要原因。直到20 世纪70 年代的石油危机,太阳能热电工业又重新被激起。

  随者太阳能热力发电技术和规模的发展,太阳能热发电将具有与常规能源发电竞争的潜在优势。只是目前这种技术还不是很完备,在经济上还不具备竞争力。因此,要推广这种技术,就必须进一-步降低发电成本,提高系统效率,实现电站运行自动化,将运行费用由目前的3 美分/kWh 降低到0.8 美分/kWh 才行。因此,槽式太阳能发电技术今后的研究重点为:

  4、开发高效的吸热管镀层技术,使集热表面的温度进步提高到550-600 C。

  我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚,直到20 世纪70 年代才开始一一些基础研究,在“七五”期间,湘潭电机厂与美国空间电了公司合作,研制了2组5 kW 的抛物面聚焦型太阳热发电机,但由于价格过高,加上工艺、材料、部件及相关技术等没有得到根本解决,而未能得到推广使用。国家“八五。”计划安排了小型部件和材料的攻关项目,于中国科学院电工研究所内建成了小型抛物面槽式真空管高温集热装置。美国加州LUZ 槽式太阳能热发电站的成功运行引起了我国的广泛关注,并计划引进该类机组在西藏拉萨建立- 一座35 MW 的LL Z 槽式太阳能热发电站。当时经可行性评估,预计该电站的电能成本约为1.1元/kWh,运行成本为0.1元/kWh,与拉萨地区燃煤电站的电能成本0.8 元/kWh 相比还是有一一定优势的。

  总体来说,我国在太阳能热动力方面的研究还是比较落后的,20 世纪80 年代的研究水平只相当于国外60 年代的水平。尽管近年来我国对太阳能热电技术的研究给予了相当大的重视,并且也得到了一一定的发展,如南京江宁区2005 年建设的国内第一一座太阳能热发电示范电站(容量7 kW ),但与国际发展水平的差距较大。为此,国家在“十一五”计划中安排了数十亿资金以开发太阳能热发电技术。考虑到我国目前的技术现状,可以优先开发槽式太阳能热发电系统,或将太阳能发电与小水电联合、太阳能发电与风力发电联合,组成各种联合系统,也可以采用- 一些储能设备以减少对气候条件的依赖。

  为了进一步改善开发槽式太阳能热发电技术,提高其竞争力,可以采取以下措施:

  一、是设计先进的聚光器,结构形式由轴式单元向桁架式单元发展,聚光器单列长度100 m增长为150 m,这样,一套驱动机构就可以带动更长的聚光器阵列:同时,不断优化聚光镜材料、玻璃厚度等,以最大限度地降低整机重量。

  二、是充分考虑方位角和高度角的影响,采用极轴跟踪技术,使聚光集热器阵列由原来的南北向水平放置改为南北向的倾斜轴(倾斜角度与纬度有关),从而更有效地接收太阳辐射能。

  四、是开发直接用水作为介质的新型槽式发电技术。利用这一技术,可以取代大量的换热器,进而实现简化系统、提高效率、降低成本的目的。

  五、是加强可靠性研究,综合考虑温度、压力、密封等相关因素,改进高温真空接收器在聚光器阵列两端与布置在地面上不动的导热油管路之间存在的密封连接问题。

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