| 拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng) |
| Parabolic Trough Solar Power System |
| 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由集熱系統(tǒng)、熱傳輸與交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)組成。 |
聚光集熱系統(tǒng) |
| 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用槽型拋物面反射鏡聚光來會(huì)聚熱量發(fā)電的，主要由槽型拋物面反射鏡、集熱管、跟蹤機(jī)構(gòu)組成。反射鏡一般由玻璃制造，背面鍍銀并涂保護(hù)層，也可用鏡面鋁板或鏡面不銹鋼板制造反射鏡，反射鏡安裝在反光鏡托架上。槽型拋物面反射鏡將入射太陽光聚焦到焦點(diǎn)的一條線（焦線）上，焦線上聚集了高達(dá)80倍的太陽輻射，在焦線上裝有集熱管。圖1是槽型拋物面槽式集熱器示意圖。 |
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| 真空集熱管 |
| 真空集熱管采用直通形式，內(nèi)有金屬吸熱管，用來吸收太陽光加熱內(nèi)部的傳熱液體，一般用不銹鋼制作，管外壁外有黑色吸熱涂層。為了減小熱量散發(fā)，集熱管外層裝有玻璃套管，在玻璃套管與吸熱管間有空隙并抽真空。由于玻璃管與金屬吸熱管的膨脹系數(shù)相差較大，而且兩管的溫度也不同，玻璃管與金屬吸熱管間的熔接封裝技術(shù)很重要，一般采用波紋管制成的膨脹節(jié)來過渡。膨脹節(jié)裝在玻璃管內(nèi)的稱為內(nèi)膨脹真空集熱管，見圖2（A）圖；膨脹節(jié)裝在玻璃管兩端外側(cè)的稱為外膨脹真空集熱管，見圖2（B）。 |
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圖3是網(wǎng)上的一張真空集熱管的照片。 |
圖3--真空集熱管 |
| 空腔集熱管 |
空腔集熱管的工作原理是利用空腔體的黑體效應(yīng)，充分吸收聚焦后的陽光。空腔集熱管的結(jié)構(gòu)為一圓管，外表面包裹隔熱材料，在圓管柱面長(zhǎng)度方向開一窄縫，形成一柱形腔體。圖4左圖是空腔集熱管與聚光鏡，為了提高空腔體的黑體效果，開縫較窄，限制了入射光的角度，不像真空集熱管采用短焦距，而采用長(zhǎng)焦距聚光鏡來聚集。 空腔集熱管中的傳熱液體導(dǎo)管主要有兩種結(jié)構(gòu)，圖4中圖與右圖是兩種空腔集熱管的截面圖。中圖的液體導(dǎo)管是月牙形管，圖中淺藍(lán)色表示傳熱液體，稱這種為月牙形空腔集熱管。右圖則是采用多根細(xì)圓管排在空腔管的內(nèi)壁，細(xì)圓管是液體導(dǎo)管，稱這種空腔集熱管為組排空腔集熱管。 |
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| 腔體式接收器不需要抽真空，不需要涂光學(xué)選擇性涂層，沒有玻璃和金屬的封接，僅采用傳統(tǒng)的材料和制造工藝，制造成本較低，便于維護(hù)。但是腔體式接收管的開縫較窄，對(duì)聚光精度、跟蹤精度、安裝精度要求都較高。 |
| 聚光集熱系統(tǒng)的布置 |
集熱管通過接收器支架與反射鏡固定在一起構(gòu)成槽式集熱器，在反光鏡托架上有與集熱管平行的軸，集熱器通該軸安裝在集熱器支架上，可繞軸旋轉(zhuǎn)。 槽式集熱器的跟蹤方式一般采用東西軸向布置，只需定期調(diào)整仰角，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單方便但效率較低；也可南北軸向布置，單軸跟蹤陽光，需自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，效率較高；如果集熱器轉(zhuǎn)軸與地球轉(zhuǎn)軸平行效率更高，如果同時(shí)保證集熱管與陽光垂直則效率最高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集熱管的管間連接也復(fù)雜。 太陽能熱發(fā)電需配一套蒸汽發(fā)電設(shè)備，適合較大的發(fā)電場(chǎng)，功率一般都在MW級(jí)以上，接受陽光的面積也很大，多達(dá)數(shù)萬平米，所以槽式太陽能熱發(fā)電場(chǎng)是由許多槽式集熱器串并連組成，圖5是網(wǎng)上的一張槽式太陽能熱發(fā)電場(chǎng)照片。 |
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| 熱傳輸與交換系統(tǒng) |
此前槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)多是采用導(dǎo)熱油為流動(dòng)傳熱工質(zhì)，集熱系統(tǒng)工作溫度較低，致使發(fā)電機(jī)組的效率遠(yuǎn)低于常規(guī)火電站。采用熔融鹽作為高溫傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，可以將工作溫度提升到550℃以上，在聚光集熱條件相同的前提下，能大幅提高電站的發(fā)電效率與年發(fā)電量。下面介紹的系統(tǒng)是采用熔融鹽作為高溫傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)。有關(guān)導(dǎo)熱油為流動(dòng)傳熱工質(zhì)的系統(tǒng)在《拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)（提高）》有介紹。 550℃的熔鹽介質(zhì)能產(chǎn)生535℃的過熱蒸汽，發(fā)電效率比導(dǎo)熱油介質(zhì)高許多。熔融鹽一般采用60% 硝酸鈉和40% 硝酸鉀混合熔鹽液體。 熔鹽液進(jìn)入集熱場(chǎng)溫度略高于200℃，槽式集熱器把熔鹽液加熱到至550℃。由于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的熱傳輸管道特別長(zhǎng)，為減小熱量損失，管道外要有保溫材料、輸送管道要盡量短。 系統(tǒng)采用雙罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)，有冷熔鹽儲(chǔ)罐與熱熔鹽儲(chǔ)罐，為維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，熔鹽儲(chǔ)罐的容量要足夠大。 從集熱場(chǎng)出口輸送來的550℃熔鹽液直接進(jìn)入熱熔鹽罐，通過熱熔鹽泵把550℃的熔鹽液輸入到蒸汽發(fā)生器，把進(jìn)入熱交換器的水加熱成535℃的高溫蒸汽，水蒸氣去推動(dòng)蒸汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。在熱交換器釋放熱量后的熔鹽液約200℃，輸入到冷熔鹽罐。冷罐熔鹽泵把熔鹽液輸送到集熱場(chǎng)入口，進(jìn)入集熱管加熱。系統(tǒng)基本組成見圖6。 蒸汽發(fā)生器主要由預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過熱器、再熱器組成，有關(guān)具體介紹見《拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng) （提高）》 在云彩擋住陽光時(shí)，熱熔鹽罐仍可提供穩(wěn)定的熱熔鹽液，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。大型熔鹽罐可保證夜間也能發(fā)電。 |
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長(zhǎng)時(shí)間沒有陽光時(shí)，需開啟輔助加熱器來加熱熔鹽，此時(shí)三通調(diào)節(jié)閥打開到輔助加熱器的通道，冷熔鹽罐的熔鹽液在輔助加熱器加熱后輸送到熱熔鹽罐，維持系統(tǒng)的運(yùn)行。輔助加熱器一般采用燃?xì)饧訜帷?/p> |
| 發(fā)電系統(tǒng) |
從蒸汽發(fā)生器輸出的過熱蒸汽送往蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從蒸汽輪機(jī)排出的水蒸汽經(jīng)冷凝器轉(zhuǎn)為水，再由給水泵送往熱交換器，再次產(chǎn)生過熱蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換成高壓電輸送到電網(wǎng)。 下面請(qǐng)?jiān)诰€觀看槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)原理3D動(dòng)畫，動(dòng)畫中的管式熱交換裝置模型外殼用半透明顯示。 |
| 拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理動(dòng)畫 |
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