塔式太阳能热发电站工作原理

2塔式太阳能热发电系统是在空旷的地面上建立一高大的中央吸收塔，塔顶上安装固定一个吸收器，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内产生高温，再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。

3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。

对各个部件进行说明。冷凝器：发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出的蒸汽得到冷凝，变成水，重新参加循环。

不同颜色的线条表示不同温度的工质。

4在大面积聚光方法中，与槽式聚光方式相比，塔式聚光有以下优点：

1）槽式的聚光比小，一般在50左右，为维持高温时的运行效率，必须使用真空管作为吸热器件。而塔式的聚光比大，一般可以达300 到1500，因此可以使用非真空的吸热器进行光热转换，热转换部分寿命优于依赖于真空技术的槽式聚光技术。

2）由于有大焦比，塔的吸热器可以在500C到1500C的温度范围内运行，对提高发电效率有很大的潜力。而槽式的工作温度一般在400C以内，限制了发电透平部分的热电转换效率。接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。5．塔式太阳能热发电系统的组成按照供能的不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统（热交换系统）、发电系统3部分组成。

定日镜场系统实现对太阳的实时跟踪, 并将太阳光反射到吸热器。

位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐射能, 并将其转化为工作流体的高温热能。

高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器, 产生高压过热蒸汽, 推动常规汽轮机发电。

由于太阳能的间隙性,必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足, 否则发电系统将无法正常工作。6大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛和常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统和吸热塔。

吸热器为过热型腔式吸热器，吸热塔高118 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔92 m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统是1 个100 m3的饱和蒸汽蓄热器,工质为饱和水蒸气。常规岛由1 台8.4 t/h 的燃油辅助锅炉和1.5 兆瓦的汽轮发电机组构成。

热力循环过程包括两个方面：

1、蒸汽的循环

2、蓄热系统的循环

7双级蓄热流程结构

为解决太阳能的不连续的问题，蓄热储能成为太阳能热发电系统中的关键技术之一。

采用了双级蓄热流程结构，即将收集到的太阳能根据能量品位进行分级存储，高温能量由高温蓄热器存储，中温部分由低温蓄热器存储; 蓄存能量释放时，高温蓄热器用于蒸汽的过热过程，而低温蓄热器用于蒸汽的发生过程，两者相互独立。

双级蓄热的优势主要有：①蓄热工质选择更加合理，高温蓄热器可以选择熔盐、矿物油、混凝土等作为蓄热工质，低温蓄热器可以选择中温相变材料或高压饱和水作为蓄热工质。

双级蓄热理念的提出可以大幅减小熔盐等价格昂贵的蓄热工质的使用量，同时减小了高温蓄热装置的容积，使得蓄热子系统的投资大幅度降低;

②高、低温蓄热器功能独立，两个蓄热器工作条件稳定，避免了单一蓄热器中蓄热和放热过程中复杂的控制环节;

③技术风险小，高温蓄热器的热容量仅为低温蓄热器热容量的20%左右，在我国熔盐蓄热技术还不成熟的条件下，可以大幅降低蓄热技术给系统带来的风险，同时促进我国熔盐蓄热技术的研究与应用。

(2)双运行模式

太阳能吸热器是塔式太阳能热发电系统中的另一个关键技术。在塔式太阳能热发电新系统中，以水蒸汽为吸热工质，且聚光集热子系统、蓄热子系统与蒸汽动力子系统可以采用解耦与耦合的双运行模式。

即在太阳辐射强度高时，吸热器生产高压过热蒸汽，一部分直接驱动汽轮机，富余部分进入高、低温蓄热器中进行蓄热; 当太阳能辐射强度低或没有太阳能时，蓄热子系统启动，同时产生蒸汽进入汽轮机做功，以延长汽轮机高效运行时间，提高发电效率。

双运行模式不仅提高了系统对太阳能不连续、不稳定的适应性，更为今后太阳能热发电提高效率、降低发电的成本奠定了宽广的基础。

(3)多冗余的过热蒸汽供应保障体系本节提出的三个方案均采用三重过热

蒸汽供应保障系统，即太阳

能吸热器直接供应过热蒸汽、高温蓄热器产生过热蒸汽供应和辅助锅炉提供过热蒸汽。

多冗余的过热蒸汽供应保障体系不仅为本示范电站的安全运行提

供可靠保证，也为今后开拓多能源（太阳能和其他能源）互补系统的探索提供可行途径。

9 接下来给大家讲解对于我们塔式太阳能热发电系统来说，所有可能的工作模式。首先是通过一个系统流程图，把所有可能的工作模式集中在一起简单介绍一下。其次通过系统图，给大家详细讲解。

在系统流程图中，塔式太阳能热发电系统包括吸热器、辅助锅炉、储能系统和汽轮发电机。还包括各个子系统间的连线，箭头方向表示工质的流向。

模式1：

10 槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，聚焦太阳直射光，加热真空集热管里面的工质，产生高温，再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。

3 个图片，从局部到整体，描绘了从单个槽型抛物面聚光集热器，到槽型抛物面聚光集热器的镜场，最后到整个槽式太阳能热发电站的情况。

11接下来用一个3D的模型来说明槽式太阳能热发电站的构成。按条目分别说明。

12 类似于塔式太阳能热发电站系统组成的分类，将槽式太阳能热发电站分为3 个部分。

1，集热器镜场部分：单个槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。

多个槽式太阳能聚光集热器经过串并联之后，构成镜场。热传输与交换系统包括连接镜场槽式聚光集热器的管道。

根据不同的导热液，槽式集热器把导热液加热到至400度左右。由于槽式太阳能热发电系统的热传输管道特别长，为减小热量损失，管道外要有保温材料、管道要尽量短；

长长的管路需液传输来推动导热液的循环，要设法减小导热液泵功率，这些都是重要的技术。

导热液可用苯醚混合液、加压水混合液、导热油等液体，传热方式可直接传热也可采用相变传热。

传热液通过热交换器把水加热成300 度左右的蒸汽，水蒸气去推动蒸汽轮机旋转带动发电机发出电来，热交换器有板式、管式等多种结构，这里就不介绍了。

可能云彩会挡住阳光，为保证系统稳定运行，在系统中要有储热装置，一般有高温储热罐与低温储热罐等。对于低温会冻结的导热液，必须有辅助加热器维持导热液温度避免冻结。若需要在太阳能不足时也能供电，就要在系统上并联天然气锅炉，保证汽轮机正常运行。

最后一个部分：发电子系统部分从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电，从蒸汽轮机排出的水经冷凝器转为水，再由给水泵送往热交换器，再次产生蒸汽推动蒸汽轮机。发电机发出的电经变压器转换成高压电输送到电网。

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槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。

反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造反射镜，反射镜安装在反光镜托架上。槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，在该条线上装有接收器的集热管。

集热管内有吸热管，用来吸收太阳光，加热内部的传热液体，一般用不锈钢制作，外有黑色吸热涂层。

为了减小热量散发，集热管外层装有玻璃套管，在玻璃套管与吸热管间有空隙并抽真空。

集热管通过接收器支架与反射镜固定在一起构成槽式集热器，反光镜托架上有与集热管平行的轴，集热器通该轴安装在集热器支架上，可绕轴旋转。

14 聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。

由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面（槽式抛物面），在工业应用中称槽式聚光镜。

在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见下图

（a）。把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器. 槽式聚光镜反射的光线是会聚到一条线（带）上，故集热器的接收器是长条形的。

一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。槽式聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度约300度至400度。15 由分类得知，槽式太阳能热发电技术分为中温技术、高温技术和DSG直接蒸汽技术。不同的温度需要不同的集热器。

从两种集热器类型的比较，可以得到结论：真空集热管各方面参数都高于非真空集热器。但是，价格问题限制了真空集热器的推广。

16集热器：

针对国内平板集热器与国外的技术和质量的差距，应采取以下措施提高平板集热器的性能和质量：

1）研究开发适用于平板太阳能集热器的选择性涂层，涂层应具有高吸收率、低红外发射率、优异的耐热耐湿耐候性能和适宜的加工成本；

2）广泛采用低铁高透过率盖板玻璃。目前已有多个玻璃厂家开始生产适用于太阳能集热器的低铁玻璃，国内外玻璃质量差距越来越小；

3）重视集热器的优化设计，改善制造工艺，保证结构的严密性，减小集热器的散热损失；

4）选用钢化玻璃作为集热器盖板，提高集热器部件质量，采用优化结构设计，确保集热器可以经受防冰雹、淋雨、空晒、耐压、热冲击等性能试验，提高集热器寿命，减少系统维护费用；

5）跟踪国外平板集热器先进技术和工艺，开发新型平板集热器太阳能系统，提高平板集热器市场占有率

反射板：

选择高反射率的涂层，反射板的强度问题。

支架：

单个的槽型抛物面聚光集热器大小达到100*6 米左右，大整体镜面，风阻很大，因此国外现有的槽式太阳能热发电系统一般应用于无风或微风的荒漠地区，与我国北方多风甚至大风的气候条件有很大差异，在我国应用必须要改变或加强反射镜的支撑结构以增加槽式系统的抗风性能，这样必然导致初投资成本和热发电成本在目前国外2890 美元/ kW和17美分/ kwh的水平上大幅上扬。