槽式發(fā)電系統(tǒng)在西北地區(qū)的發(fā)展

槽式發(fā)電系統(tǒng)在西北地區(qū)的發(fā)展前景分析槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的介紹槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，相對(duì)于其他太陽能熱發(fā)電技術(shù)，它具有技術(shù)成熟、發(fā)電成本低和化石燃料形成混合發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。槽式太陽能聚光集熱技術(shù)是槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的核心技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)通過拋物面槽式聚光鏡面將太陽光匯聚在焦線上，在焦線上安裝管狀吸熱器吸收聚焦后的太陽輻射能，集熱器軸線與焦線平行呈南北向布置。管內(nèi)的流體被加熱后，流經(jīng)換熱器加熱水產(chǎn)生蒸汽，借助于蒸汽動(dòng)力循環(huán)來發(fā)電。在槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，汽輪機(jī)蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是相對(duì)于比較常規(guī)的技術(shù)，而聚光器、吸收器以及跟蹤系統(tǒng)構(gòu)成槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚焦集熱裝置，即太陽島部分，是槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。二、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要類型(-)單回路系統(tǒng)單回路系統(tǒng)的特點(diǎn)為熱傳輸流體在槽式集熱管中加熱后直接送入汽輪發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，熱傳輸?shù)牧黧w為水一水蒸氣，故太陽能集熱系統(tǒng)和汽輪發(fā)電系統(tǒng)直接既有能量交換乂有物質(zhì)交換。(二)雙回路系統(tǒng)雙回路系統(tǒng)的特點(diǎn)為集熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)在兩個(gè)不同的循環(huán)回路中，熱傳輸流體在太陽能集熱場(chǎng)中被加熱后，經(jīng)過熱交換器將熱傳給另一側(cè)發(fā)電系統(tǒng)中的流體，以產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，而放熱后的熱傳輸流體則進(jìn)入太陽能集熱場(chǎng)繼續(xù)被加熱。三、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)槽式線聚焦發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)是聚光集熱器由許多分散布置的槽型拋物面鏡聚光集熱器串聯(lián)、并聯(lián)組成。載熱介質(zhì)在單個(gè)分散的聚光集熱器中被加熱或形成蒸汽匯集到汽輪機(jī)：或者匯集到熱交換器，把熱量傳遞給汽輪機(jī)回路中的工質(zhì)。

槽型拋物面鏡集熱器是一種線聚焦集熱器，其聚光比塔式系統(tǒng)低得多，吸收器的散熱面積也較大，因而集熱器所能達(dá)到的介質(zhì)工作溫度一般不超過400°C,屬于中溫系統(tǒng)。這種系統(tǒng)容量可大可小，其集熱器等裝置都布置于地面上，安裝和維護(hù)比較方便；特別是各種聚光集熱器可以同步跟蹤，使控制成本大為降低。主要缺點(diǎn)是能量集中過程依賴于管道和泵，致使輸熱管路比塔式系統(tǒng)復(fù)雜，輸熱損失和阻力損失也較大。四、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理利用線性聚焦的拋物面槽技術(shù)，由太陽輻射作為一次能源的中壓、朗肯循環(huán)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)中的太陽能收集器場(chǎng)裝有相當(dāng)數(shù)量的太陽能集熱器組合單元,每個(gè)組合單元由若干槽式拋物面線聚焦集熱器組成,裝配成50至96米長(zhǎng)的單元。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制這些組合單元跟蹤太陽，使其全天都能將陽光準(zhǔn)確的反射到集熱鋼管上。集熱鋼管內(nèi)裝有傳熱流體，先由反射的太陽輻射加熱到391°C,然后輸送到動(dòng)力裝置，在傳統(tǒng)的熱交換系統(tǒng)中把熱量傳遞給水，將水加熱成過熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電組發(fā)電。圖3槽式太陽能發(fā)電示童圖圖3槽式太陽能發(fā)電示童圖五、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分一套完整的槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)一般分為聚光集熱子系統(tǒng)、換熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和輔助能源子系統(tǒng)兒個(gè)部分。聚光集熱子系統(tǒng)是系統(tǒng)的核

心也是太陽能發(fā)電廠造價(jià)最昂貴的系統(tǒng)之一槽式太陽能聚焦集熱裝置由拋物面反光鏡、太陽能吸收器、跟蹤控制系統(tǒng)和支撐機(jī)構(gòu)組成。（一）太陽能吸收器聚光太陽能接收器包括聚光太陽能電池、旁路二極管和散熱系統(tǒng)等。聚光太圖1聚光太陽能接收器陽能電池是將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，與普通的太陽能電池相比，聚光太陽能電池接收到的能流密度是普通太陽能電池的兒十到兒百倍，這就需要聚光電池的電阻盡量小，以減少功率損耗，同時(shí)要設(shè)計(jì)適合采集高電流密度的電池柵線。目前國(guó)際上聚光電池主要有硅聚光電池和III-V族多結(jié)聚光電池兩種。硅聚光電池價(jià)格便宜，效率稍低，但聚光倍率低，一般不超過300倍；III-V族多結(jié)聚光電池價(jià)格昂貴，效率高，聚光倍率通常在200倍以上。圖2給出了聚光太陽能電池與普通太陽能電池效率的發(fā)展歷程。和普通太陽能電池一樣，聚光太陽能電池的峰圖2聚光太陽電池與普通太陽電池效率發(fā)展歷程值功率會(huì)隨著溫度的升高而降低，而聚光太陽能電池乂是在高光強(qiáng)、大電流下工

作，一套設(shè)計(jì)合理的散熱系統(tǒng)對(duì)提高發(fā)電效率，延長(zhǎng)使用壽命起到十分重要的作用。散熱系統(tǒng)分主動(dòng)式冷卻和被動(dòng)式冷卻。主動(dòng)式冷卻是指用流動(dòng)的水或其它工質(zhì)將聚光組件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，以達(dá)到冷卻太陽電池的目的。被動(dòng)式冷卻是指太陽電池方陣產(chǎn)生的熱量通過散熱器直接散發(fā)到大氣中。主動(dòng)式冷卻可以更好地降低太陽電池的溫度.但這種方法存在的問題是可靠性，如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題，太陽電池組件可能由于過高的溫度而燒毀。被動(dòng)式冷卻有較高的可靠性,但散熱效果不理想，電池通常會(huì)在較高的溫度下工作。（二）聚光器聚光器依光學(xué)原理可分為折射聚光器和反射聚光器。在聚光光伏技術(shù)中，折射透鏡主要使用菲涅耳透鏡，這種透鏡具有質(zhì)量輕、厚度薄的特點(diǎn)。使用點(diǎn)聚焦菲涅耳透鏡的聚光系統(tǒng)，聚光倍數(shù)通常在500倍以上，使用高效多結(jié)砌化鐐電池,組件效率可達(dá)到25%以上。炙先木況電生:炙先木況電生:圖3使用折射聚光器的光伏發(fā)電系統(tǒng)反射聚光器主要是鏡面反光板，根據(jù)聚光倍數(shù)的不同制作成長(zhǎng)條狀或圓盤狀。隨著聚光倍數(shù)的提高，各類新型聚光系統(tǒng)不斷推出，這類聚光系統(tǒng)通常在聚光器下增加一個(gè)二次聚光器，以達(dá)到使射入電池表面光譜更均勻、減少光損失、縮減聚光器到電池距離等目的。

圖4帶有二次聚光器的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)(三)跟蹤控制系統(tǒng)由于聚光光伏組件需要直射光才能發(fā)電，因此必須安裝在太陽跟蹤機(jī)構(gòu)上。通常來說，點(diǎn)聚焦的聚光組件需要二維跟蹤機(jī)構(gòu)，線聚焦組件只需要一維跟蹤機(jī)構(gòu)。目前跟蹤太陽的方法主要有以下兒種：利用四象限光敏傳感器判斷太陽的位置。這種跟蹤方式精度很高，并且是閉環(huán)控制，能自我修正，聚光太陽能應(yīng)用中通常都需要使用光敏傳感器。根據(jù)跟蹤機(jī)構(gòu)所在地的經(jīng)緯度計(jì)算太陽的位置。這種技術(shù)也可配合GPS全球定位來獲得更精確的位置和時(shí)間信息。根據(jù)預(yù)置的太陽位置數(shù)據(jù)庫(kù)或移動(dòng)軌跡來跟蹤太陽。這種跟蹤方式比較死板,換個(gè)地點(diǎn)就要更新數(shù)據(jù)庫(kù)，跟蹤精度也比較低。對(duì)電池陣的輸出功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使電池陣的輸出功率保持最大。目前，用于聚光系統(tǒng)的跟蹤機(jī)構(gòu)都采取兒種不同的跟蹤方法確保跟蹤精度和可靠性。跟蹤機(jī)構(gòu)還需要大風(fēng)自我保護(hù)功能和防暴雪功能來確保組件的安全。而跟蹤器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)則決定了跟蹤器的壽命。對(duì)于二維跟蹤機(jī)構(gòu)，其跟蹤精度基本要求在土0.5度。六、槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)在西北地區(qū)的可行性(-)地理特征西部地區(qū)主要以盆地、高原、草原為主。西北為溫帶大陸性氣候，主要為干旱；青藏高原為高原山地氣候，主要為高寒；西南為亞熱帶季風(fēng)性氣候，主要是濕潤(rùn)。水資源豐富，內(nèi)流河、湖較多，主要有長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江、塔里木河，青海湖等。主要交通干線有包蘭、蘭新、寶中、北疆、寶成一成昆、成渝一川黔、貴昆，新建南昆鐵路等。青藏高原主要以公路為主。新建南疆鐵路西部地區(qū)與十多個(gè)國(guó)家接壤，陸地邊境線長(zhǎng)達(dá)12747公里，如此之長(zhǎng)的陸地邊境線，無疑為西部地區(qū)發(fā)展邊境貿(mào)易展現(xiàn)了誘人的前景，歷史上穿越西部地區(qū)的〃幺幺綢之路〃路〃曾是中國(guó)對(duì)外交流的第一條通道。今日的西部地區(qū)定然會(huì)伴隨西部大開發(fā)的進(jìn)程,日益繁榮，再現(xiàn)輝煌。(二)太陽能資源的分布根據(jù)對(duì)西北地區(qū)27個(gè)輻射站近50年逐日天通苑總輻射及163個(gè)氣象站51年逐日日照時(shí)數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析可知，西北地區(qū)太陽能資源較為豐富，年均總輻射值均在4200MJ/m2-.a以上，其中最大的是青海的格爾木站(7018.8MJ/m2.a),最低值出現(xiàn)在陜西省的安康站(3960MJ/mJa),研究區(qū)各站日照時(shí)數(shù)變化較大，變化范圍在3440.7—15563.1h之間，大部分站點(diǎn)年均日照時(shí)數(shù)均在2500h以上。在我國(guó)，西藏西部太陽能資源最豐富，最高達(dá)2333KWh/m2(日輻射量6.4KWh/葉),居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。根據(jù)各地接受太陽總輻射量的多少，我國(guó)太陽能資源最豐富的地區(qū)，年太陽輻射總量6680-8400MJ/m2,相當(dāng)于日輻射量5.1?6.4KWh/m2o這些地區(qū)包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達(dá)2333KWh/m2(日輻射量6.4KWh/m2),居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。通過對(duì)西北地區(qū)的地理及太陽能資源的分析可知，槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在西北地區(qū)的發(fā)展具有一定的優(yōu)勢(shì)，如：該地區(qū)地域遼闊，太陽能資源豐富，日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)，氣候干燥等優(yōu)點(diǎn)。從前邊太陽能資源分布看，特別是內(nèi)蒙古及西北的寧夏、青海、甘肅、新疆為建設(shè)太陽能電站最好地區(qū)。槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展前景(-)槽式太陽能的發(fā)展與國(guó)外對(duì)槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)在材料、設(shè)計(jì)、工藝及理論方面進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)20多年的研究相比，我國(guó)太陽能熱發(fā)電起步較晚。在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域中，涉及槽式太陽能熱發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)是聚光集熱裝置，其中聚光鏡片、跟蹤驅(qū)動(dòng)裝置、線聚焦集熱管是實(shí)現(xiàn)槽式太陽能順利發(fā)電的三項(xiàng)核心技術(shù)。在我國(guó)，大力發(fā)展槽式太陽能熱發(fā)電是當(dāng)前階段比較符合國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。我國(guó)是世界上最大的低溫?zé)崴魃a(chǎn)大國(guó)，在真空管的技術(shù)上己經(jīng)掌握了國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)，玻璃熱彎與鍍銀技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。槽式熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)己經(jīng)存在，上下游產(chǎn)品供應(yīng)也可以得到保障。其中由徳州華園新能源應(yīng)用技術(shù)研究所掌握核心技術(shù)參與的，包括國(guó)內(nèi)外數(shù)個(gè)熱發(fā)電站依照規(guī)格合計(jì)可達(dá)900MW,這些國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目的成功實(shí)施，也必將為我國(guó)其它地區(qū)實(shí)施太陽能熱發(fā)電站提供經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)更多更快建設(shè)太陽能熱發(fā)電站作出貢獻(xiàn)。大力發(fā)展太陽能光熱發(fā)電、推動(dòng)太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)步，加快槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，必將帶動(dòng)國(guó)內(nèi)太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，從目前國(guó)內(nèi)太陽能光熱發(fā)電的相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局及進(jìn)度來看。（二）槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代，在槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)方面，中科院和中國(guó)科技大學(xué)曾做過單元性試驗(yàn)研究。進(jìn)入21世紀(jì)，聯(lián)合攻關(guān)隊(duì)伍，在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的太陽光方位傳感器、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、槽式拋物面反射鏡、槽式太陽能接收器方面取得了突破性進(jìn)展。目前正著手開展完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的100kW槽式太陽能熱發(fā)電試驗(yàn)裝置?？颠_(dá)太陽能槽式熱發(fā)電產(chǎn)品（3張）2009年華園新能源工程公司與中科院電工所、清華大學(xué)等科研單位聯(lián)手研制開發(fā)的太陽能中高溫?zé)崂孟到y(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、而且安裝方便，整體使用壽命可達(dá)20年。由于反射鏡是固定在地上的，所以不僅能更有效地抵御風(fēng)雨的侵蝕破壞，而且還大大降低了反射鏡支架的造價(jià)。更為重要的是，該設(shè)備技術(shù)突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。我們釆用菲涅爾凸透鏡技術(shù)可以對(duì)數(shù)白面反射鏡進(jìn)行同時(shí)跟蹤，將數(shù)白或數(shù)「平方米的陽光聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上（聚光度約50倍，可以產(chǎn)生三、四百度的高溫），采用菲涅爾線焦透鏡系統(tǒng)，改變了以往整個(gè)工程造價(jià)大部分為跟蹤控制系統(tǒng)成本的局面，使其在整個(gè)工程造價(jià)中只占很小的一部分。同時(shí)對(duì)集熱核心部件鏡面反射材料，以及太陽能中高溫直通管釆取國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)化生產(chǎn)，降低了成本，并且在運(yùn)輸安裝費(fèi)用上降低大量費(fèi)用。這兩項(xiàng)突破徹底克服了長(zhǎng)期制約太陽能在中高溫領(lǐng)域內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)障礙，為實(shí)現(xiàn)太陽能中高溫設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；\(yùn)作開辟了廣闊的道路。華園新能源工程公司生產(chǎn)的太陽能高溫發(fā)電管，還可以產(chǎn)生550度以上的高溫蒸汽，可以應(yīng)用于太陽能槽式熱發(fā)電工程。該公司有國(guó)內(nèi)最具規(guī)模的直通管和反射槽生產(chǎn)廠，并主持和參與了包括目前亞洲最大的我國(guó)首座太陽能槽式熱發(fā)電項(xiàng)目等多項(xiàng)工程的前期論證、設(shè)計(jì)。2009年底總投資176億元建設(shè)的“太陽能熱發(fā)電研究及產(chǎn)業(yè)