塔式与槽式太阳能热发电技术

塔式电站的优点：
１．聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高；
２．能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；
３．接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。
塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。虽然这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初次投资为１．４２亿美元，成本比例为：定日镜５２％、发电机组、电气设备１８％、蓄热装置１０％、接收器５％、塔３％、管道及换热器８％、其它设备４％。但随着制镜技术的提高和规模的增大，定日镜成本将大幅度降低。以美国Ｓｕｎｌａｂ为代表的研究部门以及Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测 图１ 。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约３０～４０＄ ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ ＭＷｈ，即每度电５～６美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。
典型的槽式太阳能热发电系统工作原理如图３（略）所示。
国际槽式太阳能热发电技术现状
西方国家对太阳能利用研究起步较早，可以追溯到１８世纪８０年代，２０世纪初已开始在工业中应用。目前，美国、以色列、澳大利亚、德国等国家是太阳能利用大国，也是槽式太阳能热发电技术强国。
其中美国鲁兹 ＬＵＺ 公司是槽式太阳能热发电技术应用的典范，在１９８５～１９９１年间，美国在南加州先后建成９座槽式太阳能热发电站，总装机容量３５３．８ＭＷ，是世界上规模最大、成效最高的太阳能发电工程。
我国塔式太阳能热发电技术发展状况
随着太阳能利用技术的迅速发展，从２０世纪 ７０年代中期开始，我国一些高等院校和科研院所，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础试验研究，并在天津建造了一套功率为ｌｋＷ的塔式太阳能热发电模拟装置。
《中国新能源与可再生能源１９９９白皮书》指出：我国太阳能热发电技术的研究开发工作早在７０年代末就开始了，但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验样机，与国外差距很大。
塔式与槽式太阳能热发电技术
塔式太阳能热发电
塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。
塔式太阳能热发电特点
近几年来，中国工程院院士张耀明教授带领南京春辉科技实业有限公司 南京玻璃纤维研究设计院三所 科技人员，在太阳能热发电研究领域中，取得了自动跟踪太阳、聚光、集热等方面的技术突破。由南京春辉科技实业有限公司、河海大学新材料新能源研究开发院联合建设的国内首座“７０ｋＷ塔式太阳能热发电系统”于２００５年１０月底在南京市江宁太阳能试验场顺利建成，并成功投入并网发电。经过连续并网发电运行测试表明：该发电系统在运行稳定性、操控机动性、安全可靠性等方面均达到研发建设目标。
以最为典型的８０ＭＷ装机容量的ＳＥＧＳⅧ电站为例，其主要技术特征为：槽式抛物面反射镜东西向放置，采用单轴跟踪技术。集热器为性能优越的ＬＳ－３型集热器它使用的是真空管环形接收器，直径７０ｍｍ的不锈钢管装在同心直径为１１５ｍｍ圆柱形玻璃套内，玻璃管上涂覆双层减反射膜，阳光透过率为０．９６５，玻璃管内保持真空以减少热损失，不锈钢管表面采用磁控溅射涂覆高温选择性吸收涂层，其可见光吸收比达０．９６，红外发射比为０．１９， 不锈钢管和玻璃套管间采用可伐封接；集热器工作介质为导热油，工作温度为３９１℃；整个电站共使用了９００个这样的太阳集热器。抛物面反射镜的开口面积达５４５ｍ２，使用了２２４块扇形玻璃镜片，镜片背面镀银，每片镜片由４个圆形托盘托附在支架上，支架上装有太阳辐射传感器，经液压传动机构驱动支架跟踪太阳，如遇恶劣天气，支架自动翻转，镜面开口向下，从而使镜面和接收器得到保护。ＳＥＧＳⅧ电站的循环效率为３８．４％，峰值太阳能热电转换效率为２４％，年平均太阳能热电转换效率为４％，电站的初始投资为２６５０美元 ｋＷ，其发电的成本为８美分 ｋＷｈ。ＬＳ－３型集热器的工质是导热油，整个系统采用双回路设计，导热油在换热子系统中，产生高温水蒸气进入汽轮机组发电。但是双回路不仅降低了系统效率而且增加了设备投资。ＳＥＧＳⅨ电站采用ＬＳ－４型集热器，集热器中直接使用水作工质，使电站的循环效率达４０％，峰值太阳能热电转换效率为２８％，年平均太阳能热电转换效率为１７％。以色列Ｓｏｌｅｌ在鲁兹公司基础上进一步发展，在槽式太阳能热发电技术方面取得了更好的成绩。预计发电的成本将降为５．５美分 ｋＷｈ，更具市场竞争力。
系统主要由定日镜装置、高温接收器装置、燃气轮机发电机组以及相应的水冷却系统、天然气供气系统、控制系统等组成。系统的工作原理如图２(略)所示：
“７０ｋＷ塔式太阳能热发电系统”整体采用了国际先进的技术路线，其中定日镜具备完全自主知识产权，性能优越，价格经济；接收器采取的是国际上一直处于研究热点的空腔式高温接收器，效率高；发电系统采用的是燃气轮机发电机组，符合未来“联合循环”发展的趋势。
７０ｋＷ塔式太阳能热发电主要技术指标如下：
塔式太阳能热发电系统：塔高３３米；额定功率７０ｋＷ；系统效率≥２０％；
定日镜：３２面２０ｍ２定日镜；双轴跟踪误差≤２ｍｒａｄ；镜面反射率≥８５％；
接收器：以空气为介质的空腔式结构，工作温度≥９００℃Ｅ，压力：３ａｔ称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸 汽，驱动汽轮机发电机组发电。
槽式太阳能热发电系统
槽式太阳能热发电系统包括以下五个子系统：
１．聚光集热子系统。是系统的核心，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。接受器主要有两种：真空管式和腔式；跟踪方式采用一维跟踪，有南北、东西和极轴三种方式。
２．换热子系统。由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。当系统工质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被热后，进入换热子系统中产生蒸汽，蒸汽进入发电子系统发电。直接采用水为工质时，可简化此子系统。
３．发电子系统。基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。
４．蓄热子系统。太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行。蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。
５．辅助能源子系统。在夜间或阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。