简要了解槽式太阳能热发电系统

槽式太阳能热发电系统：

槽式系统( 如图1 所示) 将由抛物线槽式聚光镜、集热管等构成的大量槽式太阳能聚光集热器(以下简称槽式集热器)布置在场地上，再将这些槽式集热器加以串、并联，抛物线槽式聚光镜采用单轴跟踪方式追踪太阳运动轨迹，将直射太阳辐射聚焦到位于抛物线焦线的集热管上，集热管中的传热工质被加热到400℃左右用以产生高温高压蒸汽，从而推动汽轮发电机组发电。

槽式系统结构简单、成本较低、土地利用率高、安装维护方便，而且导热油工质的槽式太阳能热发电技术( 以下简称槽式技术) 已经相当成熟。由于槽式系统可将多个槽式集热器串、并联排列组合，因此可以构成较大容量的热发电系统。但也因为其热传递回路很长，传热工质的温度难以再提高，系统综合效率较低。

集热管里的工质通常是导热油，但随着科学技术的发展，工质可以扩展到熔融盐、水、空气等物质。目前实际应用的工质主要有2 种，即导热油和水。

槽式技术按其工质不同，分为导热油槽式系统和直接蒸汽发电(DSG)槽式太阳能集热系统(以下简称DSG 槽式系统) 。

1. 导热油槽式系统

传统槽式系统的工质为导热油，导热油工质被加热后，流经换热器加热水产生过热蒸汽，借助于蒸汽动力循环推动常规汽轮发电机组发电。导热油槽式系统工作原理如图2所示，主要由聚光集热子系统、换热子系统、发电子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统等构成。

聚光集热子系统是系统的核心，由众多分散布置的槽式集热器组成，而槽式集热器包括抛物线槽式聚光镜、集热管和跟踪装置等3部分。抛物线槽式聚光镜为线聚焦装置，阳光经镜面反射后，聚焦为一条线，集热管就放置在这条线上，用于吸收阳光加热工质(如图3所示)。目前，集热管有真空集热管和空腔集热管2种结构形式。跟踪装置由单片机、伺服电机、传感器等组成。太阳辐射传感器瞬时测定太阳位置，通过计算机控制伺服电机，带动反射镜面绕轴跟踪太阳。槽式集热器的聚光比为10～ 30，集热温度可达400 ℃。

换热子系统由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。导热油槽式系统采用双回路结构，即集热管中的工质油被加热后，进入换热子系统中产生过热蒸汽，过热蒸汽通过蒸汽回路进入汽轮发电子系统发电。

发电子系统基本组成与常规发电设备类似，但太阳能加热系统与辅助能源系统联合运行时，需要配备一种专用控制装置，用于工作流体在太阳能加热系统与辅助能源系统之间的切换。

蓄热子系统是槽式系统不可缺少的组成部分。

槽式系统在早晚或云遮时通常需要依靠储能设备维持系统的正常运行。蓄热器就是采用真空或隔热材料作良好保温的贮热容器。蓄热器中贮放蓄热材料，通过换热器对蓄热材料进行贮热和取热。蓄热子系统采用的蓄能方式主要有显式、潜式和化学蓄热3种，不同的蓄热方式应选择不同的蓄热材料。

辅助能源子系统一般应用于夜间或阴雨天系统运行时，采用天然气或燃油等常规燃料作辅助能源。Al-sakaf提出，电厂通常可以使用25%以上的化石类燃料以作不时之需，这样可以节省昂贵的能量储存装置，降低整个太阳能热发电系统的初次投资，而且优化了太阳能热发电站的设计，大大降低了生产单位电能的平均成本。

2.DSG 槽式系统

目前，导热油槽式技术已经比较成熟，但导热油工质本身却存在着很多不足之处。

(1) 导热油在高温下运行时，化学键易断裂分解氧化，从而引起系统内压力上升，甚至出现导热油循环泵的气蚀。因此，导热油槽式系统一般运行温度为400 ℃，不易再提高，这直接造成导热油槽式系统的效率不高。

(2) 导热油在炉管中流速必须在2 m/s以上，流速越小油膜温度越高，易导致导热油结焦。

(3) 油温必须降到80 ℃以下，循环泵才能停止运行。

(4) 一旦导热油发生渗漏，在高温下将增加引起火灾的风险。美国LUZ公司的SEGS电站就曾经发生过火灾，并为防止油的泄漏和对已漏油的回收投入大量资金。

鉴于导热油工质的上述问题，Cohen 和Kearney于1994 年提出了以水为工质的DSG 槽式集热器概念，作为槽式集热器未来的发展方向。DSG槽式系统是采用DSG 槽式集热器，利用抛物线形槽式聚光器将太阳光聚焦到集热管上，直接加热集热管内的工质水，直至产生高温高压蒸汽推动汽轮发电机组发电的系统。与导热油槽式系统相比，DSG 槽式系统同样由聚光集热子系统、发电子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统构成，但由于利用水工质代替了导热油工质，因此没有换热环节。DSG 槽式系统具有以下优势：用水替代导热油，消除了环境污染风险；省略了油/蒸汽换热器及其附件等，减少了换热环节的能量损失，电站投资大幅下降；简化了系统结构，大幅降低了电站的运营成本；具有更高的蒸汽温度，电站发电效率较高。近年来各国专家学者均将目光投向了DSG 槽式系统。

DSG 槽式系统有3 种运行模式，分别是直通模式、注入模式和再循环模式，如图4 所示。在直通模式DSG 槽式系统中，给水从集热器入口至集热器出口，依次经过预热、蒸发、过热，直至蒸汽达到系统参数，进入汽轮机组发电。注入模式DSG 槽式系统与直通模式DSG 槽式系统类似，区别在于注入模式DSG 槽式系统中集热器沿线均有减温水注入。而再循环模式DSG槽式系统最为复杂，该系统在集热器蒸发区结束位置装有汽水分离器。上述3种模式中，直通模式是最简单、最经济的运行模式，再循环模式是目前最保守、最安全的运行模式，而由于注入模式的测量系统不能正常工作，因此一般不采用注入模式。由于DSG槽式系统运行中集热器内存在水－水蒸气两相流转化过程，因此，其控制问题比导热油工质槽式系统更加复杂。

来源：互联网。