槽式太阳能热发电中的控制技术及研究进展

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3、研究，目前已开发出多种形式的太阳能热发电系统，单级容量从千瓦级发展到兆瓦级。按集热器类型的不同，聚光式太阳能热发电系统可分为槽式系统，塔式系统和碟式系统三大类[1]。  槽式太阳能热发电技术是目前最为成熟的太阳能热发电利用技术，目前只有槽式太阳能热发电实现了商业化运行。LUZ公司于1980年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业化运行。美国加利福尼亚从1991年开始运行的由9个槽式系统组成的太阳能热发电站总装机容量达354MW，年发电量10TWh，至今运行良好。1998年起，欧洲框架计划资助西班牙开发新一代抛物线聚光镜，以提高槽式太阳能热发电系

4、统的效率和降低系统成本[2]。  我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚，一直局限于小型部件和材料的攻关项目，研发远远落后于一些发达国家。近年来我国对太阳能热发电的研究取得到了一定的发展。2007年张耀明院士主持建设的国内首座塔式70千瓦太阳能热发电系统通过了鉴定验收，在我国太阳能热发电领域走出了“开创性的一步”。中科院广州能源研究所在综合调研的基础上，在槽式太阳能热发电领域开展了相关的研究，并取得了初步进展。  槽式太阳能热发电系统的研发及应用涉及到多个学科领域的知识，具有多项关键技术，包括聚光器和吸收器的研制，高效换热系统的研制，热能储存技术，

5、控制技术等方面。由于控制技术对整个发电系统安全高效运行的重要性，本文主要对槽式太阳能热发电系统及其控制技术进行研究。1槽式太阳能热发电系统    建于西班牙的Acurex槽式太阳能热发电系统框图如图1所示[3]。借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电。作为太阳能量不足时的备用，系统配备有一个辅助燃烧炉，用天然气或燃油来产生蒸汽。图1 Acurex槽式太阳能热发电系统框图图2槽式太阳能直接产生蒸汽发电系统   图2所示的槽式太阳能直接蒸汽发电系统

6、具有三种工作模式，分别称为直通模式，注射模式以及循环模式[4]。直通模式中的水经过预热，蒸发和过热后直接推动汽轮机发电，该模式最简单，投资较少，但控制复杂。注射模式中水分别从集热管不同的地方注入，该模式的正常运行需要必要的测试系统，由于系统的复杂性和系统投资较大，该模式已经不具有竞争力。循环模式是目前最有竞争力的方式，在集热管路的蒸发段的末端安装一个水汽分离装置，注入到蒸发段的水量大于系统可以蒸发的水量，过量的水就通过分离器被循环泵送到集热环路的进水入口段。而蒸汽经过水汽分离器进入到集热管的过热段，这种模式具有高度可控性，但是有循环管路的存在以及

7、水汽分离装置等增加了系统的投资。（a）直通模式（b）注射模式    上述的槽式太阳能热发电系统存在着三个回路：一个为传热液体回路，一个为蒸汽回路，一个为冷水回路。传热液体通常采用合成油，合成油吸收太阳热量产生高温，然后通过热交换器在蒸汽回路里产生所需蒸汽推动汽轮机发电。为了减少投资和提高系统效率，西班牙出现了一种新的槽式太阳能热发电系统，如图2所示。该系统将图1的传热液体回路和蒸汽回路合二为一，采用水作为传热介质，直接产生蒸汽推动汽轮机发电，从而不再需要换热器装置，简化了系统设计。图3槽式太阳能直接产生蒸汽发电系统工作模式   要提高槽式太阳能热

8、发电系统的效率与正常运行，涉及到两个方面的控制问题，一个是自动跟踪装置，要求使得槽式聚光器时刻对准太阳，以保证从源头上最大限度的吸收太阳