相对成熟的塔式太阳能热发电集成方案，适合中国国情

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：以已经商业运营的西班牙PS10热发电站为基础，在我国国内比较成熟可行的塔式太阳能热发电系统的方案有下面几种。

以已经商业运营的西班牙PS10热发电站为基础，在我国国内比较成熟可行的塔式太阳能热发电系统的方案有下面几种。

1.定日镜及定日镜场控制系统

近年来，随着我国玻璃制造业技术的提高，符合太阳能热发电要求的定日镜用玻璃已是比较成熟的产品。定日镜的结构设计与制造也无技术瓶颈。定日镜场控制系统就成了一个比较关键的、必须突破的技术关键。基于业已积累的丰富的自动控制和机器视觉技术基础，在穆勒（MOELLER）（中国）公司的全力配合下，北京机械工业自动化研究所组织精干力量进行技术攻关，在穆勒公司原有方案的基础上研究开发出了一种性能更好、控制和校正更准确、实时性更佳的定日镜场控制系统。定日镜场控制系统的原理框图如图5-8所示。

图5-8 定日镜场控制系统原理框图

这种定日镜场控制系统的定日镜轴电动机控制子系统采用穆勒公司EC4P PLC作为控制器，控制变频器驱动两个轴电动机工作，并通过编码器反馈信号判断是否移动到相应的位置。根据实验检测，在正常工作允许的风力条件下，在定日镜距离集热器500m的距离上，该控制系统可以保证太阳光的跟踪误差在200mm以内，完全满足塔式太阳能热发电系统的要求。

EC4P控制器通过以太网与上位机通信交换数据，定日镜轴电动机的控制策略和参数保存在EC4P中，在没有上位机控制的情况下，也可以自行正常工作。因此，与中央集中控制相比这种分布式控制系统的可靠性相当高，反应速度快，还可避免敷设大量的信号线。

EC4P通过以太网连接到光纤交换机，上位机与各光纤交换机组成链式网络，也可以组成环网保证通信的可靠性。采用光纤进行通信保证了长距离网络的通信可靠性。上位机通过OPC方式与EC4P进行通信，交换数据。

定日镜视觉校正子系统用于定期或人工控制校正每一面定日镜的系统坐标，保证跟踪的准确度。

太阳轨迹视觉校正子系统用于实时校正由于天气等各种外部原因引起的天文学公式计算结果与实际情况的偏差。

2.热交换系统

从5.3.3节内容可知，目前，在塔式太阳能热发电系统中，吸热器的吸热工质主要有熔盐、空气和水蒸气三种形式。熔盐虽解决了高温热量储存的难题，但在没有太阳能输入的情况下，吸热器管路中的熔盐在温度降低后（200～300℃）会凝固，系统需有较好的保温措施并增设防止熔盐凝固的设备，同时，在系统停机时，需用高压N₂将吸热器中的残留熔盐吹出，以避免熔盐凝固，高温熔盐对熔盐泵的腐蚀性也增添了系统安全运行的隐患。熔盐作为吸热工质，目前在储存、运输等技术方面仍不成熟，处于研究探索阶段，在国际上还处于示范阶段。空气的比热较小，相对而言，大流量高温空气输送到高空的难度较大，同时因空气的输送压力较高且体积流量较大，系统的自用电的比例增大，降低了热发电站的净发电效率。而以水蒸气为吸热工质的换热设备的设计技术比较成熟，系统运行安全，风险性小。因此，相对而言，在以上三种吸热工质中水蒸汽具有明显的优势，这也是已经商业运行的PS10热发电站采用塔式水/蒸汽系统的原因，采用该方案比较符合我国国情。

以水蒸气为吸热工质的换热设备的设计和制造技术与常规的锅炉没有本质的差别。当然由于加热方式的不同，结构上的差别会比较大。关键是要处理好光热吸收面如何具有更高的转换效率和防止局部过热的问题。对于后者，我们已经有了可靠的过热部位检测和局部喷淋降温的方法。

3.发电系统

采用国内常规的汽轮发电机组即可。

相对成熟的塔式太阳能热发电集成方案，适合中国国情

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