碟式太阳能热发电系统的主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达特性。图6-1 碟式太阳能热发电系统结构示意图图6-2为一个典型的碟式太阳能热发电系统示意图，它利用双轴跟踪的碟式聚光器将太阳能聚集到吸热器上，将来自回热器的高压空气加热到850℃，然后进入燃气轮机做功，该回热循环燃气轮机的压比约为2.5，当太阳能供应不足时，利用燃料进入燃烧室补燃，该系统的太阳能净发电效率高达30%。......
2023-06-23
塔式太阳能热发电的热交换系统优化方案
【摘要】：塔式太阳能热发电的热交换系统主要有熔盐系统、空气系统和水/蒸汽系统。基于以上优点，很多早期的塔式太阳能热发电站采用了空气作为吸热与传热介质。以空气为传热介质的太阳能热发电系统具有显著的优点，但大规模试验研究至今未见实施。PS10吸热器是一个外圆柱式吸热器，塔式太阳能热发电系统由24块管板组成，每块管板有70根吸热管。
塔式太阳能热发电的热交换系统主要有熔盐系统、空气系统和水/蒸汽系统。
塔式熔盐系统如图5-5所示，塔式熔盐系统的熔盐吸热、传热系统一般以熔融硝酸盐为工作介质，系统低温侧一般为290℃，高温侧为565℃。低温熔盐通过熔盐泵从低温熔盐储罐被送至塔顶的熔盐吸热器，吸热器在平均热流密度约430kW/m2的聚焦辐射照射下将热量传递给流经吸热器的熔盐。熔盐吸热后温度升高至约565℃，再通过管道送至位于地面的高温熔盐罐。来自高温熔盐罐的熔盐被输送至蒸汽发生器，产生高温过热蒸汽，推动传统的汽轮机做功发电。以熔盐为吸热、传热介质主要有以下几个优点：①除能克服流动阻力外，系统可无压运行，提高了安全性；②传热工质在整个吸热、传热再循环中无相变，且熔盐热容大，吸热器可承受较高的热流密度，从而使吸热器可做得更紧凑，减少了制造成本，降低了热损；③熔盐本身是很好的蓄热材料，系统传热、蓄热可共用同一工质，使系统极大的简化了。
但是熔盐介质也有其缺点。一是熔盐的高温分解和腐蚀问题，相关材料必须耐高温和耐腐蚀，使系统成本增加、可靠性降低；二是熔盐的低温凝固问题，在夜间停机时高、低温熔盐储罐都必须保温，以防止熔盐凝固，清晨开机时也必须对全部管道进行预热，这些都将增加系统的伴生电耗。
塔式空气系统如图5-6所示，以空气作为塔式太阳能热发电系统的吸热与传热介质有以下优点：①从大气中来，到大气中去，取之不尽，用之不绝，不污染环境；②没有因相变带来的麻烦；③允许很高的工作温度；④易于运行和维护，启动快，无需附加的保温和冷启动加热系统。基于以上优点，很多早期的塔式太阳能热发电站采用了空气作为吸热与传热介质。空气系统的应用也很灵活，高温空气既可与水/蒸汽换热驱动汽轮机发电，也可直接驱动燃气轮机发电；既可用于燃气轮机的空气预热，也可用于燃料重整等。
以空气为传热介质的太阳能热发电系统具有显著的优点，但大规模试验研究（3MW以上）至今未见实施。其主要原因是空气的热容低，系统结构大，技术风险相应增大。原计划采用空气系统的PS10就是因为担心技术风险而改用了现在的水/蒸汽系统。
图5-6 塔式空气热发电站示意图
塔式水/蒸汽系统如图5-7所示，在塔式水/蒸汽系统中以水为传热介质。在这类系统中，过冷水经泵增压后被送到塔顶吸热器，在吸热器中蒸发并过热后被送至地面，驱动汽轮机做功发电。在这一系统中，吸热器与反射镜场聚焦光斑的技术最为关键。置于塔顶的吸热器吸收聚焦太阳辐射热后产生高压蒸汽，由于蒸汽热容低，容易发生传热恶化，因此对于吸热器的性能要求比较高，能够承受较大的能流密度和频繁的热冲击。典型的塔式水/蒸汽太阳能热发电试验电站有美国的Solar One，西班牙的CESA—1和PS10。Solar One和CESA—1均建造于1982年，PS10则于2007年3月投入商业运行。
图5-7 PS10水/蒸汽10MW太阳能电站示意图
图5-7为西班牙PS10试验电站示意图。PS10吸热器是一个外圆柱式吸热器，塔式太阳能热发电系统由24块管板组成，每块管板有70根吸热管。24块管板中，6块板起预热过冷水的作用，其余18块板产生过热蒸汽。整个吸热器实际上就是一个将水直接加热到过热蒸汽的太阳能锅炉，过热蒸汽也可以送入一个油-沙石蓄热系统进行能量的储存。早期的塔式水/蒸汽试验电站为了获得较高的发电效率，吸热器出口蒸汽参数都较高，相应技术风险也较大，为了降低热发电站的技术风险，作为商业运行的PS10热发电站选择了比较保守的吸热器技术，其出口蒸汽温度为250℃，压力为4MPa。PS10由西班牙Solucar公司建造，额定发电功率10MW。该热发电站采用了4个蒸汽储罐蓄热，蓄热系统可以用75%额定功率驱动热发电站运行1h。
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2023-11-18
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2023-06-23
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