太陽能光熱發(fā)電技術(shù)介紹(三)

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)介紹（三）碟式和菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電介紹CONTENTS一碟式光熱電站介紹二菲涅爾式光熱電站介紹一碟式光熱電站介紹IntroductionofDisc-typephotothermalpowerstation1碟式光熱電站介紹碟式太陽能光熱發(fā)電是世界上最早出現(xiàn)的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，也稱為拋物面反射鏡斯特林系統(tǒng)，是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡，通過聚光，接收器內(nèi)的傳熱介質(zhì)被加熱后，驅(qū)動斯特林發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)電。碟式系統(tǒng)的聚光比非常高，從幾百至上千都可達(dá)到，聚焦溫度甚至可以達(dá)到1000℃以上，效率較高，對于地面坡度要求也更為靈活。但成本上還缺少優(yōu)勢，技術(shù)上也有待于完善。碟式系統(tǒng)較適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站?？梢詥闻_使用或多臺并聯(lián)使用，適宜小規(guī)模發(fā)電。碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要由碟式聚光鏡、太陽能接收器、斯特林發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)組成，目前峰值轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%以上，很有發(fā)展前途。碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)每個功率為數(shù)十千瓦（小的為數(shù)千瓦），可單獨(dú)存在，也可多臺組成碟式太陽能熱發(fā)電場。2碟式拋物面反射鏡碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)拋物面匯聚太陽光，旋轉(zhuǎn)拋物面是拋物線繞軸線旋轉(zhuǎn)形成的面。每個碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)都有一個旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡用來匯聚太陽光，該反射鏡一般為圓形像碟子一樣，故稱為碟式反射鏡。由于反射鏡面積小則幾十平方米，大則數(shù)百平方米，很難造成整塊的鏡面，所以一般是由多塊鏡片拼接而成。跟蹤轉(zhuǎn)動裝置由跟蹤控制系統(tǒng)控制，保證拋物面反射鏡對準(zhǔn)太陽，把陽光聚集在斯特林機(jī)組的接收器上。斯特林發(fā)動機(jī)斯特林發(fā)動機(jī)是一種外燃機(jī)，依靠發(fā)動機(jī)氣缸外部熱源加熱工質(zhì)進(jìn)行工作，發(fā)動機(jī)內(nèi)部的工質(zhì)通過反復(fù)吸熱膨脹、冷卻收縮的循環(huán)過程推動活塞來回運(yùn)動實現(xiàn)連續(xù)做功。由于熱源在氣缸外部，方便使用多種熱源，特別是利用太陽能作為熱源。碟式拋物面聚光鏡的聚光比范圍可超過1000，能把斯特林發(fā)動機(jī)內(nèi)的工質(zhì)溫度加熱到650度以上，使斯特林發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來。在機(jī)組內(nèi)安裝有發(fā)電機(jī)與斯特林發(fā)動機(jī)連接，斯特林發(fā)動機(jī)的機(jī)械輸出有直線運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可帶動直線發(fā)電機(jī)或普通旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。碟式太陽能使用的斯特林發(fā)電機(jī)組的前端有太陽能接收器，為斯特林發(fā)電機(jī)組提供加熱源，冷卻器通常用風(fēng)冷，利用風(fēng)扇直接散熱，使工質(zhì)溫度接近外界空氣溫度。3斯特林發(fā)電機(jī)組4太陽能接收器在斯特林發(fā)動機(jī)前端有太陽能接收器，同時也是是斯特林發(fā)動機(jī)的加熱器。常用有直接加熱式太陽能接收器和間接加熱式太陽能接收器。碟式太陽能使用的斯特林發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)非常緊湊，太陽光的熱量直接加熱了斯特林發(fā)動機(jī)的加熱器，沒有熱能儲存裝置，沒有陽光，機(jī)組就立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不像槽式、塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)都有儲熱裝置，相比起來這也是碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的不足之處。直接加熱式太陽能接收器中U形吸熱管一頭直接通到斯特林發(fā)動機(jī)的熱氣缸上，另一頭連通到通往回?zé)崞鞯膮R集管上，多根U形管密集排成一圈組成管簇，構(gòu)成斯特林發(fā)動機(jī)的加熱器。U形管向園中心外側(cè)彎曲，整個管簇猶如盤狀，以便接受匯聚的太陽光。U形管管簇有較大的接受陽光面積與較好的流通性，使高速通過的工質(zhì)迅速得到加熱。工質(zhì)多為氦氣或氫氣，傳熱快，換熱性能好。由于太陽光直接照射在加熱器管簇上，直接加熱內(nèi)部的工質(zhì)，故稱之為直接加熱式接收器。加熱器管簇安裝在接收器外壁內(nèi)，在前方有透明度很高的石英玻璃保證太陽光照射在管簇上。直接加熱式太陽能接收器間接加熱式太陽能接收器多數(shù)是利用介質(zhì)的相變來實現(xiàn)熱量傳遞，主要有池沸騰接收器、熱管式接收器以及混合式熱管接收器。其中池沸騰接收器是目前較新式、常用的太陽能接收器。池沸騰接收器外殼呈園臺狀，直徑小的一端與氣缸端密閉，直徑大的一端為匯聚的太陽光入口，入口端的密封板是吸熱面，接收器內(nèi)抽真空，注入適量鈉液。有鈉液的接收器工作原理類似熱管，聚集的太陽光加熱鈉液，鈉液被加熱到約700度蒸發(fā)，鈉蒸汽上升遇到比它溫度低的U形管，把熱量傳給U形管后鈉蒸汽又凝結(jié)成鈉液，鈉液由于重力流回吸熱板，在陽光加熱下又蒸發(fā)為蒸汽，整個接收器內(nèi)部空間呈汽液兩相共存狀態(tài)，就是一個大熱管。為增加鈉液與吸熱板的接觸面積，在吸熱板內(nèi)面有一層特殊結(jié)構(gòu)能吸附鈉液使之不流下，稱之為吸液芯結(jié)構(gòu)。也可以在吸熱板內(nèi)壁刻許多密集的微形孔槽，阻止鈉液下流，稱之為微槽板結(jié)構(gòu)。池沸騰接收器內(nèi)的各U形加熱管受熱均勻，相變傳熱效率高，是一種較好的結(jié)構(gòu)形式。

間接加熱式太陽能接收器（池沸騰）二菲涅爾式光熱電站介紹IntroductiontoFresnelphotothermalpowerstation1線性菲涅爾光熱電站介紹線性菲涅爾光熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理類似槽式光熱發(fā)電，只是采用菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡來替代拋面鏡。這使得它的成本相對來說低廉，但效率也相應(yīng)降低。此類系統(tǒng)由于聚光倍數(shù)只有數(shù)十倍，因此加熱的水蒸氣質(zhì)量不高，使整個系統(tǒng)的年發(fā)電效率僅能達(dá)到10%左右；但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、直接使用導(dǎo)熱介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽等特點(diǎn)，其建設(shè)和維護(hù)成本也相對較低。線性菲涅爾光熱電站工作原理圖示2線性菲涅爾聚光反射鏡線性菲涅耳主聚光鏡為條形平面玻璃反射鏡，每條反射鏡兩端有轉(zhuǎn)軸，其軸線與條反射鏡中軸線平行，貼近條形平面玻璃反射鏡反面，每個反射鏡可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，有獨(dú)立的驅(qū)動裝置，是一個單軸太陽跟蹤反射鏡。每個條形反射鏡通過自身的驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)動，跟蹤陽光使照在條形反射鏡上的陽光反射到上方的接收器（集熱器）。多個條形反射鏡共同把陽光反射到接收器，達(dá)到聚光效果。若干個條形平面玻璃反射鏡組成整套的單軸太陽跟蹤聚光反射鏡系統(tǒng)。由于條形平面玻璃反射鏡不具備聚焦能力，故該線性菲涅爾反射鏡屬非成像聚光裝置。線性菲涅爾聚光裝置結(jié)構(gòu)相對簡單、風(fēng)載荷較低、接收器固定安裝，整個結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。反射鏡除了采用平面鏡外，也可以采用略帶弧形的反射鏡，猶如槽鏡一般，只是略帶弧面而已，可以起到一定的聚光效果，這樣可以采用較寬的條形反射鏡，較窄的接收器，條形反射鏡的數(shù)目也可少一些，減化結(jié)構(gòu)與控制機(jī)構(gòu)。略帶弧面的反射鏡無需專門制作，利用框架的作用使鏡片略作彈性形變即可。正向太陽光照射示意側(cè)向太陽光照射示意線性菲涅爾反射鏡3線性菲涅爾聚光反射裝置布置線性菲涅爾聚光裝置總體來說是單軸跟蹤系統(tǒng)，一般來說采用東西方向水平布置，可以在一天的大部分時間把陽光聚集到接收器。但在緯度高的地區(qū)，為減小條形反射鏡之間的遮擋，可將整排反射鏡向陽光方向傾斜。線性菲涅爾聚光裝置也可以采用極軸跟蹤方式布置，將聚光鏡的軸平行于地軸線安裝，這樣的布置屬于南北方向布置，顯然這樣布置限制了條式聚光鏡的長度，如果正好有合適地形，可在南坡上布置，傾斜角度盡量與當(dāng)?shù)鼐暥认嘟Ｏ蚰蟽A斜安裝方式示意4線性菲涅爾系統(tǒng)接收器線性菲涅爾聚光鏡把陽光聚集到接收器，由于條形聚光鏡是平面的，不可能形成線聚集，每條反射鏡反射出的是一條平行光束，在接收器上形成一條光帶。所以接收器應(yīng)有一定的寬度，寬度與條形反射鏡寬度相近，窄了會漏掉反射光，寬了會過多遮擋到條形反射鏡的陽光。對于略帶弧形的條形反射鏡，接收器寬度可相對窄一些。線性菲涅爾聚光器的接收器結(jié)構(gòu)主要有以上3種，在實際應(yīng)用中是反扣朝向下方的。排管式結(jié)構(gòu)采用多根集熱管排在一起，管外壁涂覆有吸熱體涂層，排管寬度接近條形反射鏡寬度，排管安裝在一個平底槽內(nèi)，可以吸收平面鏡反射光束的全部能量。排管式接收器結(jié)構(gòu)簡單，但接受的陽光的聚光比低，約10至20，很難形成高溫高壓蒸汽。排管集熱器為了得到較高的聚光比，需要把條形反射鏡反射的光線進(jìn)一步聚焦，也就是利用次級反射鏡二次聚焦，次級反射鏡的弧面近似拋物線。由于任何弧面都不可能把來自不同方向的光線匯聚到同一焦點(diǎn)（焦線）上，所以仍采用了少量排管來接受次反射鏡的反射光，管外壁涂覆有吸熱體涂層。由于該反射鏡的光源是條形反射鏡反射來的光線，故稱為次級反射鏡。次級反射鏡的二次聚光可使整個條式菲涅爾聚光裝置的聚光比提高到數(shù)十倍。次反射鏡背面覆有隔熱層，減少熱量的散失，有些還在次反射鏡口蓋玻璃，減少熱量的對流損失。單弧面次反射鏡雙弧面反光鏡結(jié)構(gòu)的聚光比單弧面有所改善，比較好的弧面是復(fù)合拋物面聚光CPC反射鏡，由對稱的兩段拋物線與漸開線組成。在CPC反射鏡內(nèi)設(shè)一較粗的集熱管，管外壁涂覆有吸熱體涂層。雙弧面次反射鏡5線性菲涅爾光熱發(fā)電系統(tǒng)線性菲涅爾聚光裝置的聚光倍數(shù)只有數(shù)十倍，因此對介質(zhì)的加熱溫度不太高，可直接用水作介質(zhì)，也就是說直接把水加熱成蒸汽推動蒸汽機(jī)。這樣系統(tǒng)很簡單，除了線性菲涅爾聚光裝置外，只需蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、水泵配套即可，稱為一次通過式菲涅爾聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)。由于接收器不具備汽水分離能力，輸出的蒸汽中會有液態(tài)水存在，這樣的蒸汽不利于汽輪機(jī)運(yùn)行，必須進(jìn)行汽水分離，把分離出來的蒸汽進(jìn)一步加熱成過熱蒸汽去推動汽輪機(jī)，把分離出來的水送回接收器加熱。一次通過式菲涅爾太陽能發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)式線性菲涅爾聚光集熱裝置分為兩部分，其中一級菲涅爾聚光集熱裝置把水加熱成含水的水蒸氣，含水的水蒸汽進(jìn)入汽水分離器，分離出的水通過水泵再次進(jìn)入一級菲涅爾聚光集熱裝置加熱，分離出的蒸汽則送入二級菲涅爾聚光集熱裝置繼續(xù)加熱成為過熱蒸汽，過熱蒸汽推動汽輪機(jī)可以提高汽輪機(jī)的效率，這樣的組成成為循環(huán)式菲涅爾太陽能發(fā)電系統(tǒng)。二級菲涅爾聚