槽式集热电厂系统配置优缺点研究

李　磊

（北京天瑞星光热技术有限公司 北京 100190）

1　槽式集热电厂系统

槽式集热电厂是通过一系列工艺流程将太阳能最终转为电能。首先利用反射镜把太阳能收集起来，通过反射镜装置将集热管中的液体加热，液体在被加热后吸收大量热量。通过热交换器使得吸收的热量与水进行换热，使得水变为蒸汽，蒸汽通过管道送至汽轮机进汽口，从而推动汽轮机旋转，带动发电机发电[1]。

槽式集热电厂系统主要包括镜场、动力岛和储热岛三大部分。

2　镜场

镜场的主要作用是将太阳能的热量转化为热能。镜场系统包括反射镜、支架、集热管、追踪系统。

反射镜主要用于吸收太阳照射，将太阳照射的热量传导至集热管上。反射镜要保持清洁，同时反射镜安装和设计过程中要保证反射镜的便捷打扫和更换。

集热管在收到反射镜传导过来的热量后，将反射镜上的热量传递给管中的工质。通常在集热管中配置导热油传导热量。

追踪机构主要由控制系统和追踪机构本体构成，主要作用是根据太阳位置变化改变集热器的朝向，使得在太阳移动后能够移动集热器，集热器始终能够接受到最大的热量。根据控制方式的不同追踪机构可以分为中央控制追踪机构和就地控制追踪机构[2]。共同点是都需要针对太阳高度的不同调整油动机的位置，从而使得集热器的角度进行调整。不同点是中央控制方式是采用自动化系统运算，当工作人员将太阳高度角输入后，控制系统可以进行一系列运算后得出液压信号，对集热器油动机进行调整，最终实现对集热器的位置调整。就地控制方式则是每一步都需要经过人工确认后进行。

3　动力岛

槽式集热电厂的动力岛部分多个子系统，包括各种水系统、蒸汽系统。与常规电厂基本相似。

3.1　换热系统

换热系统的作用是通过反射镜、镜场等装置将太阳热量吸收并输送至换热装置。换热系统运行工质通常为导热油，导热油运行化学性质比较稳定，同时导热系数高，可以很好的将吸收的热量传递给换热工质。为了确保换热系统的正常运行，为换热系统同时配置防凝系统、油净化系统、膨胀系统。防凝系统的主要作用是为了防止在环境温度比较低时导热油发生凝结的现象，油净化系统是为了防止导热油油质变坏，将导热油进行净化。膨胀系统的主要作用是在导热油温度变化时导热油的体积将会发生较大的变化，为了防止导热油管内压力过高，当导热油温度升高后产生体积膨胀，将系统内多余体积的导热油输送至膨胀系统中，当导热油温度降低后，体积收缩，从膨胀系统中将部分导热油补充至换热系统中，从而保持换热系统的内部压力稳定[3]。目前对于换热系统的介质的第二种方案是采用熔盐，熔盐性能稳定而且经济性好。

3.2　电气系统

电气系统与常规能源电厂设计基本一致，需要配置汽机发电机、变压器、GIS、励磁系统，同时需要配置与之配套的各种电压等级的动力控制中心。与常规能源电厂相比，槽式集热电厂的电气系统配置更为简单。

3.3　汽水循环系统

槽式集热电厂的汽水循环系统与常规能源电厂系统类似，包括凝结水系统、水处理系统、回热系统、主蒸汽系统和再热蒸汽系统。汽轮机本体与常规电厂不同，主要原因是槽式集热电厂的蒸汽参数与常规电厂相比比较低，同时稳定工况下运行时蒸汽参数不够恒定。是由于太阳能的变化特点决定的[4]。与核电的热机系统运行状态比较类似，只是系统比较小。槽式集热电厂的汽轮机本体由高压缸和低压缸组成，其中高压缸的转速为额定转速，低压缸的转速为额定转速的一半转速。

4　储热系统

由于太阳能的特性使得在夜间或者太阳照射不强时集热场无法加热工质，使得电厂需要停运或者运行时间比较短。为了进一步提高运行经济性，延长集热电厂的运行时间，避免电厂机组频繁停运，在槽式集热电厂设置储热系统[5]。主要作用是将太阳能通过储热系统将热量储存起来，在夜间时将热量释放出来，从而维持集热发电机组的较长时间运行。储热系统有多种，包括混凝土、熔盐、导热油等，其中熔盐蓄热由于其经济性较好而得到广泛应用。

5　关于换热系统采用熔盐系统和导热油系统的分析

关于槽式集热电厂系统配置主要包括上述系统，其中关于换热系统的运行工质包括两种，分别为导热油和熔盐。目前应用导热油居多，熔盐多被用于集热电厂的储热系统。熔盐通常为硝酸盐和硝酸钾混合物，经过论证，熔盐可以作为换热系统的工质，同时经济性比导热油要好。

结语

本文对槽式集热电厂的各种系统进行了介绍和分析，槽式集热电厂的部分系统和常规能源电厂系统类似，同时需要根据太阳能自身特点加入些特殊的系统来实现利用太阳能的功能。同时导热油和熔盐都可以作为换热介质。

[1]黄定寅.槽式太阳能集热器光热转换过程中的分析[J].水电与新能源,2014,17(8):62-67.

[2赵聪颖，闫素英，田瑞，等．SiO2纳米流体在太阳能集热管中的传热特性[J].农业工程学报，2014，30(20):236-243.

[3]张邵波.纳米流体强化传热的试验和数值模拟研究[D].杭州:浙江大学,2009.

[4]张宏丽，王存旭，王树群，等.抛物槽式集热器太阳入射角的计算[J].太阳能学报，2016，37(1):98-102.

[5]岑幻霞.太阳能热利用[M].北京:清华大学出版社，1997，2-5.