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帆式热发电技术的实际应用分析

作者:2018-11-07 01:00阅读:文章来源:未知

  摘要:本文主要对我国自主研发的帆式 (碟-塔混合式) 太阳能热发电技术特点进行了介绍, 并结合国内首个帆式太阳能热发电示范工程的设计和系统介绍, 针对工程的方案设计进行了研究。工程中对集热器镜场的优化将是太阳能热发电工程优化的重要方向, 高温熔盐特别是硝酸熔盐作为储热介质将是今后太阳能热发电系统中主要的储热和传热介质。设计研究成果将在实际工程中得到应用, 对太阳能热发电技术的发展起到重要的借鉴意义。

  关键词:太阳能热发电; 帆式热发电; 设计研究;

  1 帆式热发电技术介绍

  太阳能发电的热源来自太阳辐射, 因而如何用聚光装置将太阳能收集起来是大多数太阳能热发电的关键技术。目前国际上有槽式、塔式、碟式等几种主要的太阳能热发电技术, 但在大规模实施上都普遍存在一些难以克服的问题, 如技术方案难以兼顾高效率和低成本, 能源成本远高于传统化石能源, 地理资源条件要求较高, 抗风能力较差等。

  华夏信杰公司自主创新研发了帆式 (碟-塔混合式) 热发电技术, 在集热、吸热、输热、储热、换热五大环节上性能指标都达到国际先进水平的, 具体以“碟-塔混和式”跟踪聚焦光热系统的模式, 达到99%余弦效率, 2000综合聚焦比, 且低成本、高效率、降风阻。

  2 帆式热发电技术的实际应用

  山西天然气有限公司保德200k W光热示范项目将在国内首次采用帆式太阳能热发电技术, 换热储热系统采用熔盐为介质, 储热系统按5h设计。

  2.1 工程的设计原则

  在太阳能热电站中, 镜场系统负责收集太阳辐射热量, 并通过反射镜聚焦, 加热熔盐, 加热后的熔盐进入到蒸汽发生系统、储热系统工作。镜场系统的集热效率对整个系统效率有着至关重要的影响。

  镜场系统中, 反射镜负责反射太阳光, 并将反射光聚焦到集热器上, 集热器负责将接收的光能转化成热能。反射镜和集热管是完成太阳能资源从光能向热能转换的核心部件。所以, 反射镜及集热管的光学性能都是能够影响镜场系统集热效率的关键因素。

  由于镜场系统露天工作, 会受到本工程当地气候条件的影响。本工程厂址选取在西北地区, 当地受强风、沙尘影响比较严重。为保障镜场系统内集热器在当地条件下正常运行, 依据当地的气候条件进行了集热器的结构设计及选材。

  本工程镜场系统方案立足于提高镜场系统吸热效率, 采用光学性能优秀的反射镜及集热管, 并在集热器支架结构设计过程中, 进行充分的强度校核, 保证镜场系统集热器结构设计具备相应的强度以满足当地气候条件的影响, 保证镜场系统吸热效率达到最大值。工程主要包括以下几个系统: (1) 太阳能集热系统; (2) 熔盐/水换热系统; (3) 熔盐储能系统; (4) 给水系统。

  2.2 工程系统组成

  工程主要包括以下几个系统: (见图1)

  2.2.1 太阳能集热系统

  太阳能集热系统是系统的核心, 由蝶-塔式抛物面反光镜、接收器和跟踪装置构成。跟踪方式采用一维跟踪, 有南北、东西布置方式。冷盐罐中冷态熔盐经过熔盐泵流入镜场, 在回路中被加热到540℃, 进入储能和换热系统。

  图1 工程原则性系统图

  

  2.2.2 熔盐储能系统

  为了提高太阳能热利用率, 本工程配置了储热系统。储热系统中, 白天阳光的能量以熔盐的形式存储。在夜间, 太阳能热发电系统可以依靠热储能系统储存的能量维持系统正常运行一定的时间, 充热时冷盐罐中的冷熔盐经泵进入集热系统加热后, 进入储能罐;放热时储能罐中热熔盐供给熔盐、汽水换热系统使用, 并返回冷盐罐。

  2.2.3 熔盐/汽水换热系统 (蒸汽发生系统)

  换热系统主要设备由过热器、蒸发器和预热器组成。在太阳能充足的情况下, 来自太阳能集热器的540℃熔盐依次进入过热器、蒸发器、预热器, 温度降至290℃后回到太阳能集热器再次加热, 如此循环;在太阳能不足的情况下系统通过储热系统储能罐中的热量进行补充。

  2.2.4 给水系统

  给水系统:30℃、3MPa的给水经过给水泵、预热器、蒸汽发生器, 换热至500℃、5MPa的蒸汽。

  2.3 工程主要设备参数

  2.3.1 集热器参数

  产热/每模块@1000DNI/m2:5.04k W;

  单机有效收集面积:6.32m2;

  接收器口径:0.029m2;

  集热器数量:40台;

  单机重量:600kg;

  单机高度:3m;

  跟踪时间:8~10h/d;

  控制类型:时钟;

  驱动类型:旋转;

  驱动功率 (%ofoutput) :<0.05%;

  运行抗风阻力:130km/h;

  导热媒质:熔盐。

  图2 集热器外形图

 

  单台集热器占地面积, 考虑设备光照无遮挡、无机械碰撞等留出间距:

  平地:41m2/台;

  15°坡地:27m2/台;

  25°坡地:22.7m2/台。

  2.3.2 冷、热储盐罐

  储盐罐尺寸:准3.3m (直径) ×3m (长) , 数量:2只。

  2.3.3 换热器 (见表1)

  3 结论及建议

  太阳能热发电技术在我国仍处于起步阶段, 本文对太阳能热发电技术的技术路线和国内外发展做了简要概述, 对我国自主研发的帆式 (碟-塔混合式) 太阳能热发电技术特点进行了介绍, 并结合国内首个帆式太阳能热发电示范工程的设计和系统介绍, 针对工程的方案设计进行了分析研究。工程中对集热器镜场的优化将是太阳能热发电工程优化的重要方向, 高温熔盐特别是硝酸熔盐作为储热介质将是今后太阳能热发电系统中主要的储热和传热介质。设计研究成果将在实际工程中得到应用, 对太阳能热发电技术的发展起到重要的借鉴意义。

  

  表1 换热器热力参数表

  参考文献

  [1]电力规划设计总院.太阳能热发电现状及发展趋势.

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