聚光式太阳能热发电关键技术研究

张慧全

山东省热电设计院　　山东省　　250100

摘要：国家人口数量在不断增加，各项资源消耗数量较为庞大，国内现有能源可供人类使用年限逐渐减少，为保障资源消耗速断减慢，国家极为重视可再生资源的循环与利用，而其中最广为人知的便是太阳能发热、发电技术。随着太阳能技术的普及，国内市场需求量不断扩大，国家便建立了许多太阳能光热发电示范项目，很多大型电力企业也逐渐应用了太阳能光热发电技术，据统计国内太阳能光热发电市场每年都会以400MW的速度持续增长，尤其是在青海、西藏一带此种技术更是常见，当然也为国民带来了极多便利，节约了不可再生资源的消耗，进一步解决我国能源短缺的问题。基于此，本文便对聚光式太阳能光热发电技术进行简单探讨，仅供参考。

关键词：太阳能；热发电；聚光式；技术；

引言：

聚光式太阳能热发电技术是一种可以将空气中的光能进行集中处理为热能，在转化为电能的一种发电系统。主要使用反射镜或者透镜将大面积阳光进行汇聚，在借助光学原理将其集中到一个较为细小的区域中，从而使得太阳能集中，而发电机感受到太阳光的照射使得温度上升，在通过光热转换原理将太阳能成功转换为热能，最后在采用蒸汽涡轮发动机等设备将热能转化为电能，从而产生日常用电。当前聚光式太阳能热发电已逐渐被商业化，且全球使用太阳能热发电技术产生电能的数量已达到1095 MW。总体而言太阳能是一种可再生能源，同时也是一种清洁型能源，相对而言可限制太阳能的条件较少，在实施和应用上相对容易，其电力转化力度也较为强大，有助于实现大容量发电。同时太阳能发电的优势远不止于此，其还具有发电稳定、全过程无污染、电网匹配性好，对周边生态环境影响相对较小的优势，因此，尤其受到各大商业用电企业的重视。

一、塔式聚光太阳能热发电技术

塔式发电系统主要是采用众多单独形式跟踪太阳光能的定日镜或称之为定向反射镜，以此来将太阳能中的热辐射转送至高塔顶内的高温集热器之中，在采用能量转换装置将太阳能中的热能传送给导热介质，最后在通过热导蒸汽机使其产生热蒸汽，从而驱动蒸汽轮机发电机组发电。

一个高温集热器一般可以收集100MW的辐射功率，产生1100℃的高温。由于塔式发电系统中定日镜的数量众多，其发电系统所能聚集的光照也随之增高，最高状态下可达到1500，内运行温度则能升至1000～1500℃之间。其最大的优势在于其集中能量的过程相对简便、所能聚集的光数较高、转化效率也相对较高，因此便可全面实现大功率发电，从而满足电厂供电需求。

塔式太阳能发电系统包括定日镜、接收器、工质加热器、蓄热系统以及汽轮机组等部分，收集装置由多面定日镜、跟踪装置、支撑结构等构成。系统通过对收集装置的控制，实现对太阳的最佳跟踪，从而将太阳的反射光准确聚焦到中央接收器内的吸热器中，使传热介质受热升温，进入蒸汽发生器产生蒸汽，最终驱动汽轮机组进行发电。为了保证持续系统的供电，蓄热装置可以将高峰时段的热量进行存储，以备早晚、阴雨间隙或者调峰时使用。

二、碟式聚光太阳能热发电技术

蝶式又被称之为盘式聚光发电，太阳能热发电系统利用碟或盘状的抛物面镜将入射阳光聚集到聚光集热器的焦点处，传热工质流经集热器吸收太阳光传换成的热能，然后驱动热机运转，并带动发电机发电，一般在焦点处安装斯特林发动机发电。

蝶式太阳能热发电系统可以被称之为出现最早的太阳能转换系统，但此种系统的聚光比可达到3000以上，因此其接收器在吸收热能的面积上相对较小，相对而言其能量损失的情况也随之较少，接收器最高温度可达到800℃之上，在一定程度上此种热发电系统依旧是当前效率最高的系统，发电效率最高可达到29.4%，而且系统能够独立运行，应用灵活，无须消耗大量水资源，占地面积小，制造成本低。但蝶式热发电系统单机容量并不大，一般情况下5～25kW之间，在应用时更适采用合分布式能源的模式。

蝶式热发电系统大多是采用高温吸热器、抛物面反射镜、热工转换装置、跟踪传动装置以及电储能装置所组成。蝶式系统所采用的反射镜可以是多块反射镜组成，也可以是一整块抛物面组成。与塔式和槽式太阳能发点不同的是，蝶式太阳能发电主要采用斯特林热力循环，完成热能到机械能的转换，但由于此种机器制作技术尚不成熟，因此蝶式太阳能发电系统依旧在试验阶段。

三、抛物面槽式聚光太阳能热发电技术

抛物面槽式反射镜太阳能发电系统简称为：槽式太阳能热发电系统，此系统是通过将多个槽型抛物面聚光器进行串联，并将其进行有序的排列，在借助槽型抛物面中的反射镜将太阳的光能聚集到抛物线所形成的反光镜线性接收器之上，在通过加热的方式使其经过接收器，形成热传导液，在使热传导液进入换热器内，使其产生高温蒸汽，最后送入传统的蒸汽涡轮发电机中进行发电，从而产生电能。

槽式聚光集热器的当前市场上常见的一种线聚焦集热器，整体性能相较于蝶式与塔式系统而言较低，聚光比多数情况下在10～100左右，且其吸收器散热面积也相对较大，因此，此种集热器集热温度一般都在600℃之下。因此槽式太阳能电厂大多情况下采用的是导热油为载热体系，运行温度基本在400℃左右。

槽式太阳能发电系统中包括：槽型抛物面聚光物、发电子系统、导热油、高温真空集热系统以及蒸汽换热系统等等。其中蓄热系统、发电子系统以及塔式发电系统大致原理相似，不同的是聚光集热系统以及换热系统，且其主要由集热器、聚光阵以及热能跟踪装置所组成。集热器一般是按东西、南北以及极轴的三个方面共同跟踪太阳光，在由蒸汽发生器、预热器、再热器以及过热器四个组件完成了加热、换热、蒸汽、发电的全过程。

槽式发电系统内的结构整体而言较为紧凑，其占地面积与塔式、蝶式系统相对比而言较为偏小，且经济效益不会因其整体规模而受到限制，在安装、检修与维护上，因其是装置在地面上，所以相对方便，且在此基础上聚光集热器还可以实现同步跟踪，从而有效的控制整体造价成本。总体而言，槽式太阳能热发电系统可以被称之为当前市场上最适合推广的发电系统。但此系统的主要缺陷在与其能量过于依赖泵与管道，从而在输热损失上相对较大，因此在应用时要根据具体情况而选择。

结束语：

总而言之，自21世纪后，国内可用能源在急剧减少，且各处环境被破坏程度较高，因此才有了太阳能热发电技术的产生。虽然在一定程度上此种技术专业性能较强，前期投资建设以及所占用面积较广，但此种技术可以完美替代传统锅炉发电技术，在环境保护与能源循环利用上有着极大的优势。因此，聚光式太阳能发电在未来有着良好的发展前景，而随着时间的变化与科技的发展，相信在不久的将来此种技术的造价也会大大降低，会完全替代基础性能源发电，为国内电网运行带来更广阔的前景。

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