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1、槽式发电系统在西北地区的发展前景分析槽式发电系统在西北地区的发展前景分析一、槽式太阳能发电系统的介绍一、槽式太阳能发电系统的介绍槽式太阳能热发电技术是最早实现商业化运营的太阳能热发电技术，相对于其他太阳能热发电技术，它具有技术成熟、发电成本低和化石燃料形成混合发电系统的优点。槽式太阳能聚光集热技术是槽式太阳能热发电技术的核心技术，是实现太阳能热发电系统的关键。槽式太阳能热发电系统通过抛物面槽式聚光镜面将太阳光汇聚在焦线上，在焦线上安装管状吸热器吸收聚焦后的太阳辐射能，集热器轴线与焦线平行呈南北向布置。管内的流体被加热后，流经换热器加热水产生蒸汽，借助于蒸汽动力循环来发电。在槽式太阳能热发电系统
2、中，汽轮机蒸汽循环发电系统是相对于比较常规的技术，而聚光器、吸收器以及跟踪系统构成槽式太阳能热发电系统的聚焦集热装置，即太阳岛部分，是槽式太阳能热发电系统的关键技术。二、槽式太阳能热发电系统的主要类型二、槽式太阳能热发电系统的主要类型 （一）单回路系统（一）单回路系统单回路系统的特点为热传输流体在槽式集热管中加热后直接送入汽轮发电系统进行发电，热传输的流体为水水蒸气，故太阳能集热系统和汽轮发电系统直接既有能量交换又有物质交换。（二）双回路系统（二）双回路系统双回路系统的特点为集热系统和发电系统在两个不同的循环回路中，热传输流体在太阳能集热场中被加热后，经过热交换器将热传给另一侧发电系统中的流体
3、，以产生蒸汽，推动汽轮机发电，而放热后的热传输流体则进入太阳能集热场继续被加热。三、槽式太阳能热发电系统的特点三、槽式太阳能热发电系统的特点槽式线聚焦发电系统特点是聚光集热器由许多分散布置的槽型抛物面镜聚光集热器串联、并联组成。载热介质在单个分散的聚光集热器中被加热或形成蒸汽汇集到汽轮机：或者汇集到热交换器，把热量传递给汽轮机回路中的工质。槽型抛物面镜集热器是一种线聚焦集热器，其聚光比塔式系统低得多，吸收器的散热面积也较大，因而集热器所能达到的介质工作温度一般不超过400，属于中温系统。这种系统容量可大可小，其集热器等装置都布置于地面上，安装和维护比较方便；特别是各种聚光集热器可以同步跟踪，使
4、控制成本大为降低。主要缺点是能量集中过程依赖于管道和泵，致使输热管路比塔式系统复杂，输热损失和阻力损失也较大。四、槽式太阳能热发电系统的工作原理四、槽式太阳能热发电系统的工作原理利用线性聚焦的抛物面槽技术，由太阳辐射作为一次能源的中压、朗肯循环蒸汽发电系统。系统中的太阳能收集器场装有相当数量的太阳能集热器组合单元，每个组合单元由若干槽式抛物面线聚焦集热器组成，装配成 50 至 96 米长的单元。由一台计算机分别控制这些组合单元跟踪太阳，使其全天都能将阳光准确的反射到集热钢管上。集热钢管内装有传热流体，先由反射的太阳辐射加热到 391，然后输送到动力装置，在传统的热交换系统中把热量传递给水，将水
5、加热成过热蒸汽，驱动汽轮机发电组发电。五、槽式太阳能热发电系统的主要组成部分五、槽式太阳能热发电系统的主要组成部分一套完整的槽式太阳能发电系统一般分为聚光集热子系统、换热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统几个部分。聚光集热子系统是系统的核心也是太阳能发电厂造价最昂贵的系统之一槽式太阳能聚焦集热装置由抛物面反光镜、太阳能吸收器、跟踪控制系统和支撑机构组成。( (一一) )太阳能吸收器太阳能吸收器聚光太阳能接收器包括聚光太阳能电池、旁路二极管和散热系统等。聚光太图 1 聚光太阳能接收器阳能电池是将光能转换为电能的器件，与普通的太阳能电池相比，聚光太阳能电池接收到的能流密度是普通太阳能电
6、池的几十到几百倍，这就需要聚光电池的电阻尽量小，以减少功率损耗，同时要设计适合采集高电流密度的电池栅线。目前国际上聚光电池主要有硅聚光电池和 III-V 族多结聚光电池两种。硅聚光电池价格便宜，效率稍低，但聚光倍率低，一般不超过 300 倍；III-V 族多结聚光电池价格昂贵，效率高，聚光倍率通常在 200 倍以上。图 2 给出了聚光太阳能电池与普通太阳能电池效率的发展历程。和普通太阳能电池一样，聚光太阳能电池的峰图 2 聚光太阳电池与普通太阳电池效率发展历程值功率会随着温度的升高而降低，而聚光太阳能电池又是在高光强、大电流下工作，一套设计合理的散热系统对提高发电效率，延长使用寿命起到十分重要
7、的作用。散热系统分主动式冷却和被动式冷却。主动式冷却是指用流动的水或其它工质将聚光组件工作时产生的热量带走，以达到冷却太阳电池的目的。被动式冷却是指太阳电池方阵产生的热量通过散热器直接散发到大气中。主动式冷却可以更好地降低太阳电池的温度但这种方法存在的问题是可靠性，如果冷却系统出现问题，太阳电池组件可能由于过高的温度而烧毁。被动式冷却有较高的可靠性，但散热效果不理想，电池通常会在较高的温度下工作。（二）聚光器（二）聚光器聚光器依光学原理可分为折射聚光器和反射聚光器。在聚光光伏技术中，折射透镜主要使用菲涅耳透镜，这种透镜具有质量轻、厚度薄的特点。使用点聚焦菲涅耳透镜的聚光系统，聚光倍数通常在 5
8、00 倍以上，使用高效多结砷化镓电池，组件效率可达到 25%以上。图 3 使用折射聚光器的光伏发电系统反射聚光器主要是镜面反光板，根据聚光倍数的不同制作成长条状或圆盘状。随着聚光倍数的提高，各类新型聚光系统不断推出，这类聚光系统通常在聚光器下增加一个二次聚光器，以达到使射入电池表面光谱更均匀、减少光损失、缩减聚光器到电池距离等目的。图 4 带有二次聚光器的聚光光伏发电系统（三）跟踪控制系统（三）跟踪控制系统由于聚光光伏组件需要直射光才能发电，因此必须安装在太阳跟踪机构上。通常来说，点聚焦的聚光组件需要二维跟踪机构，线聚焦组件只需要一维跟踪机构。目前跟踪太阳的方法主要有以下几种：利用四象限光敏传
9、感器判断太阳的位置。这种跟踪方式精度很高，并且是闭环控制，能自我修正，聚光太阳能应用中通常都需要使用光敏传感器。根据跟踪机构所在地的经纬度计算太阳的位置。这种技术也可配合 GPS 全球定位来获得更精确的位置和时间信息。根据预置的太阳位置数据库或移动轨迹来跟踪太阳。这种跟踪方式比较死板，换个地点就要更新数据库，跟踪精度也比较低。对电池阵的输出功率进行监测，使电池阵的输出功率保持最大。目前，用于聚光系统的跟踪机构都采取几种不同的跟踪方法确保跟踪精度和可靠性。跟踪机构还需要大风自我保护功能和防暴雪功能来确保组件的安全。而跟踪器传动机构的设计则决定了跟踪器的寿命。对于二维跟踪机构，其跟踪精度基本要求在
10、0.5 度。六、槽式太阳能发电系统在西北地区的可行性六、槽式太阳能发电系统在西北地区的可行性（一）地理特征（一）地理特征西部地区主要以盆地、高原、草原为主。西北为温带大陆性气候，主要为干旱；青藏高原为高原山地气候，主要为高寒；西南为亚热带季风性气候，主要是湿润。水资源丰富，内流河、湖较多，主要有长江、黄河、澜沧江、塔里木河，青海湖等。主要交通干线有包兰、兰新、宝中、北疆、宝成成昆、成渝川黔、贵昆，新建南昆铁路等。青藏高原主要以公路为主。新建南疆铁路西部地区与十多个国家接壤，陆地边境线长达 12747 公里，如此之长的陆地边境线，无疑为西部地区发展边境贸易展现了诱人的前景，历史上穿越西部地区的“
11、丝绸之路“路“曾是中国对外交流的第一条通道。今日的西部地区定然会伴随西部大开发的进程，日益繁荣，再现辉煌。( (二二) )太阳能资源的分布太阳能资源的分布根据对西北地区 27 个辐射站近 50 年逐日天通苑总辐射及 163 个气象站 51年逐日日照时数的统计分析可知，西北地区太阳能资源较为丰富，年均总辐射值均在 4200MJ/m2.a 以上，其中最大的是青海的格尔木站（7018.8MJ/m2.a） ，最低值出现在陕西省的安康站（3960MJ/m2.a） ，研究区各站日照时数变化较大，变化范围在 3440.715563.1h 之间，大部分站点年均日照时数均在 2500h 以上。在我国，西藏西部太
12、阳能资源最丰富，最高达 2333 KWh/ （日辐射量6.4KWh/ ） ，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。根据各地接受太阳总辐射量的多少，我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量 66808400 MJ/，相当于日辐射量 5.16.4KWh/。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达 2333 KWh/（日辐射量 6.4KWh/） ，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。 通过对西北地区的地理及太阳能资源的分析可知，槽式太阳能热发电系统在西北地区的发展具有一定的优势，如：该地区地域辽阔，太阳能资源丰富，日照时数较长，气候干燥等优点。从前边
13、太阳能资源分布看，特别是内蒙古及西北的宁夏、青海、甘肃、新疆为建设太阳能电站最好地区。七、槽式热发电系统的发展前景七、槽式热发电系统的发展前景（一）槽式太阳能的发展（一）槽式太阳能的发展与国外对槽式太阳能热发电技术在材料、设计、工艺及理论方面进行了长达 20 多年的研究相比，我国太阳能热发电起步较晚。在太阳能热发电领域中，涉及槽式太阳能热发电中的关键技术是聚光集热装置，其中聚光镜片、跟踪驱动装置、线聚焦集热管是实现槽式太阳能顺利发电的三项核心技术。在我国，大力发展槽式太阳能热发电是当前阶段比较符合国内产业发展的方向。我国是世界上最大的低温热水器生产大国，在真空管的技术上已经掌握了国际领先技术，
14、玻璃热弯与镀银技术处于世界先进水平。槽式热发电的产业基础已经存在，上下游产品供应也可以得到保障。其中由德州华园新能源应用技术研究所掌握核心技术参与的，包括国内外数个热发电站依照规格合计可达 900MW，这些国内外项目的成功实施，也必将为我国其它地区实施太阳能热发电站提供经验，为我国更多更快建设太阳能热发电站作出贡献。大力发展太阳能光热发电、推动太阳能热发电技术进步，加快槽式太阳能热发电技术的国产化进程，必将带动国内太阳能相关产业的飞速发展，从目前国内太阳能光热发电的相关产业布局及进度来看。（二）槽式太阳能热发电技术现状（二）槽式太阳能热发电技术现状20 世纪 70 年代，在槽式太阳能热发电技术
15、方面，中科院和中国科技大学曾做过单元性试验研究。进入 21 世纪，联合攻关队伍，在太阳能热发电领域的太阳光方位传感器、自动跟踪系统、槽式抛物面反射镜、槽式太阳能接收器方面取得了突破性进展。目前正着手开展完全拥有自主知识产权的 100kW 槽式太阳能热发电试验装置。康达太阳能槽式热发电产品(3 张)2009 年华园新能源工程公司与中科院电工所、清华大学等科研单位联手研制开发的太阳能中高温热利用系统，设备结构简单、而且安装方便，整体使用寿命可达 20 年。由于反射镜是固定在地上的，所以不仅能更有效地抵御风雨的侵蚀破坏，而且还大大降低了反射镜支架的造价。更为重要的是，该设备技术突破了以往一套控制装置
16、只能控制一面反射镜的限制。我们采用菲涅尔凸透镜技术可以对数百面反射镜进行同时跟踪，将数百或数千平方米的阳光聚焦到光能转换部件上（聚光度约 50 倍，可以产生三、四百度的高温） ，采用菲涅尔线焦透镜系统，改变了以往整个工程造价大部分为跟踪控制系统成本的局面，使其在整个工程造价中只占很小的一部分。同时对集热核心部件镜面反射材料，以及太阳能中高温直通管采取国产化市场化生产，降低了成本，并且在运输安装费用上降低大量费用。这两项突破彻底克服了长期制约太阳能在中高温领域内大规模应用的技术障碍，为实现太阳能中高温设备制造标准化和产业化规模化运作开辟了广阔的道路。华园新能源工程公司生产的太阳能高温发电管，还可以产生 550 度以上的高温蒸汽，可以应用于太阳能槽式热发电工程。该公司有国内最具规模的直通管和反射槽生产厂,并主持和参与了包括目前亚洲最大的我国首座太阳能槽式热发电项目等多项工程的前期论证、设计。2009 年底总投资 176 亿元建设的“太阳能热发电研究及产业基地”日前在山东省潍坊市峡山区奠基。据悉，这一基地建成后将成为全球规模最大、范围最广的太阳能热
