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太陽能熱發(fā)電技術(shù)綜述
（作者未知） 2011/9/29
（接上頁）費(fèi)用占整個(gè)電站的造價(jià)的50％以上。因此降低定日鏡的造價(jià)對(duì)整個(gè)電站工程投資至關(guān)重要�，F(xiàn)在國際上在其光學(xué)性能，結(jié)構(gòu)和造價(jià)方面投入重要力量研究。美國先進(jìn)的定日鏡單塊面積已達(dá)到150m2；科學(xué)應(yīng)用國際公司的定日鏡為170m2；德國Steimuller的定日鏡150m2。中國科技大學(xué)陳天應(yīng)教授發(fā)明了“陳式曲面鏡”，其表面是高次曲面，能有效地消除太陽光斑的像差，比傳統(tǒng)幾何鏡面的聚光倍數(shù)大幅提高，但其加工技術(shù)和成本較高，大型化難度較大。此外，中國科學(xué)院電工研究所與皇明太陽能公司等單位合作，通過采用復(fù)合蜂窩技術(shù)，研制出了超輕型結(jié)構(gòu)的反射面，解決了使用平面玻璃制作曲面鏡的問題。
(2) 控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)是使得定日鏡實(shí)現(xiàn)不同時(shí)刻的太陽直接輻射全部反射到同一個(gè)位置。目前廣泛采用的是“開環(huán)”方式，從太陽1號(hào)到2005年的PS10均采用了這種控制方式。而以程序控制為主的，采用傳感器的瞬時(shí)測量值作反饋的“閉環(huán)”控制系統(tǒng)近年來也得到廣泛的關(guān)注。南京玻璃纖維研究院春輝公司研制的定日鏡采用程序定位與傳感器校正相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無積累誤差的準(zhǔn)確定位，并在我國首座70kw塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，達(dá)到比較好的定位效果。另外，近年來Abraham Kribus等人提出了采用圖像方法處理來實(shí)現(xiàn)定日鏡跟蹤定位的方。
(3) 接收器．接收器是系統(tǒng)的核心部件，其功能是將太陽能轉(zhuǎn)化為工作流體的熱能。其設(shè)計(jì)主要取決于流體的工作溫度和壓力范圍、輻射通量。目前接收器主要有外露式和空腔式兩種．空腔式接收器的工作原理是眾多捧管束圍成具有一定開口尺寸的空腔，陽光從空腔開口入射到空腔內(nèi)部管壁上，在空腔內(nèi)部進(jìn)行換熱。這種空腔型接收器的熱損失可以降至最小，適合于采用現(xiàn)代高參數(shù)的汽輪機(jī)發(fā)電循環(huán)。外部受光型接收器的工作原理是眾多排管束圍成一定直徑的圓筒，受熱表面直接暴露在外，陽光入射到外表面上進(jìn)行換熱。和空腔型進(jìn)行比較，其熱損失要大些。但這種結(jié)構(gòu)形式的接收器可以更容易接收鏡邊緣上定日鏡的反射輻射，因此它更適合于大型塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。早期的高壓接受器樣機(jī)的功率為10kw，直徑130m，運(yùn)行溫度最高可達(dá)到1000℃。最新設(shè)計(jì)的高壓接受器直徑達(dá)到320m，試驗(yàn)運(yùn)行溫度最低可達(dá)700℃．西班牙的PSA公司從2003年開始試驗(yàn)總功率為400kw的高壓接受器。德國西班牙合作項(xiàng)目Phoebus采用的是空腔式接收器．其中的吸熱材料為金屬絲網(wǎng)、泡沫陶瓷等．以色列魏茲曼科研所的研究人員研究成功發(fā)明的一種空腔式陶瓷壓力接受器，它讓會(huì)聚的陽光穿過石英窗照射到周圍有空氣流動(dòng)的陶瓷針上，陶瓷針陣列吸收陽光并把熱量傳給空氣。由于陶瓷針表面積很大，因此它向周圍空氣傳熱的效率也很高。裝有內(nèi)反射鏡的漏斗型裝置把陽光會(huì)聚導(dǎo)入，使得能量密度達(dá)到10MW/m2，陶瓷針吸收陽光后溫度能達(dá)到1800℃。
(4) 蓄熱材料：塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)和顯熱蓄熱材料，這是由于塔式系統(tǒng)的管網(wǎng)絕大多數(shù)是豎直布置，管內(nèi)的傳熱介質(zhì)容易捧出，且其工作溫度比槽式系統(tǒng)高，解決防凍問題不大，幾乎是塔式系統(tǒng)的唯一選擇。Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的James等人設(shè)計(jì)了一種液一固聯(lián)合蓄熱系統(tǒng)，并進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，結(jié)果和經(jīng)濟(jì)性都很令人振奮。
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相比，其集熱溫度更高，易生產(chǎn)高參數(shù)蒸汽，因此，熱動(dòng)裝置的效率相應(yīng)提高。目前，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要障礙是當(dāng)定日鏡場的集熱功率增大時(shí)，即單塔的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大型化后，定日鏡場的集熱效率隨之降低。目前，Solar One是較為成功的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，容量為10 MW，定日鏡場的年均集熱效率為58.1％。針對(duì)上述問題，國外學(xué)者提出多塔的定日鏡場形式，我國的金紅光研究員提出了槽塔結(jié)合的雙級(jí)蓄熱太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，這些研究為塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展開拓了新方向。
2.2 碟式熱發(fā)電系統(tǒng)
碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)是太陽能熱發(fā)電中光電轉(zhuǎn)換效率最高的一種方式，它借助于雙軸跟蹤，拋物型碟式鏡面將接收的太陽能集中在其焦點(diǎn)的接收器上。接收器吸收這部分輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能。在接收器上安裝熱電轉(zhuǎn)換裝置，比如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或朗肯循環(huán)熱機(jī)等，從而將熱能轉(zhuǎn)換成電能。從上世紀(jì)80年代起，美國、德國、西班牙、俄羅斯(前蘇聯(lián))等國對(duì)碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其部件進(jìn)行了大量的研究。
碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1) 聚光鏡及跟蹤控制系統(tǒng)。碟式聚光鏡可分為玻璃片式、整體拋物茄式和張角膜式3類。美國的SAIC／STM25kw的聚光鏡面由16塊直徑3m張膜圓盤組成：玻璃片式最早由JPL、Advanco corp．等單位開發(fā)：張膜式結(jié)構(gòu)由SBP、Solar Kinetic，Inc．開發(fā)。反光材（未完，下一頁）
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