塔式光热发电及调试浅析

塔式光热发电及调试浅析

发表时间：2016-11-29T14:37:25.000Z 来源：《电力设备》2016年第18期作者：王道金刘龙兵

[导读] 阐述了塔式太阳能涉及的系统调试内容及重点工作，最后对塔式太阳能热发电技术进行简要的总结。

（特变电工新疆新能源股份有限公司电力科学研究院乌鲁木齐 830011）

摘要：介绍塔式太阳能热发电的基本原理，系统组成及运行原理，回顾了我国太阳能的发展历程，着重阐述了塔式太阳能涉及的系统调试内容及重点工作，最后对塔式太阳能热发电技术进行简要的总结。

关键词：塔式光热发电调试熔盐

太阳能做为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，人类从未停止对其利用的探索。关于太阳能的能源利用方面，目前有两种，一种是光伏发电：利用太阳能电池板将光能转化为电能；另外一种是光热技术：利用太阳能的高温将光能转化成热能。我国太阳能光热发电正处于起步阶段。随着国家的重视与提倡，光热发电技术正以一种蓬勃的姿态展现在人们的视野之中。2016年开年，更是各类的光热展览、研讨会不断。2016年9月13日国家能源局下发了《国家能源局关于组织太阳能发电示范项目建设的通知》要求，组织专家评审确定第一批太阳能光热发电示范项目。其中塔式项目为9个，占比45%。那么塔式光热发电做为光热发电种类之一，它的发展历程如何？它是如何将太阳内转化为电能，以及与传统的燃煤发电厂相比它又是如何调试的呢？下面就围绕这两个问题简要分析一下塔式光热发电技术。

1 塔式发展历程

塔式太阳能热发电系统的设计思想是20世纪50年代由前苏联提出的。1950年，前苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置，对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。据不完全统计，1981～1991年的10间，全世界建造了兆瓦级太阳能热发电实验电站20余座，其中主要形式是塔式电站，最大发电功率为80MW。我国2013年7月青海中控德令哈50MW塔式太阳能热发电站一期10MW工程顺利并入青海电网发电，标志着我国自主研发的太阳能光热发电技术向商业化运行迈出了坚实步伐。

2 塔式光热发电系统

塔式太阳能热发电系统它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。即塔式太阳能热发电系统是利用众多的平面反射阵列，将太阳能辐射反射到置于高塔顶部的太阳接受器上，加热工质产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电塔式太阳能光热发电是将光能转变为热能，然后再通过传统的热力循环做工发电。塔式太阳能光热发电系统主要由镜场及定日系统、吸热及热传输系统、储热系统、常规岛发电系统组成。镜场及定日系统实现对太阳的跟踪，将太阳光准确反射到吸热器上。位于塔上的集热器将镜面反射的高热流密度辐射能转换为工作流体的热能。

2.1集热系统：

集热系统包括单一的镜面、聚光装置、接收器、跟踪机构等部件。

2.2热传输系统：

热传输系统主要是传输集热系统收集起来的热能。利用传热介质将热能输送给蓄热系统。传热介质多为水、导热油和熔盐。

2.3蓄热与热交换系统：

光热发电技术在蓄热与热交换系统中充分体现了对比光伏发电技术的优势。即将太阳热能储存起来。可以在夜间发电，也可以根据当地的用电负荷，适应电网调度发电。蓄热装置常由真空绝热或以绝热材料包覆的蓄热器构成。蓄热系统中对储热介质的要求为：储能密度大，来源丰富且价格低廉，性能稳定，无腐蚀性，安全性好，传热面积大，热交换器导热性能好，储热介质具有较好的黏性。目前我国正在研究蓄热的各种新技术新材料，更有专家提出用陶瓷等价格低廉的固体蓄热，以达到降低发电成本的效果。

2.4发电系统：

用于大型太阳能光热发电系统的汽轮发电机组，由于其温度等级与火力发电系统基本相同，可选用常规的汽轮机；仍需配置相应的除盐水系统、辅机循环水系统。凝气装置目前使用的冷却方式，以空冷居多。虽然光热技术的发电系统类似于火力发电系统，但是还是有一定的区别，这样就要要求汽轮机具有频繁启停、快速启动、低负荷运行、高效性等特点。

3 塔式光热发电调试过程

与传统的火力发电厂的调试一样，塔式光热发电也是按照系统来进行分系统调试及整套启动调试：

3.1与传统电厂一样，需完成常用受电及化学制水，整个施工正常开始。

3.2镜场、定日系统的安装及自动控制的调试。镜场做为光热电厂的能源来源，在完成单一镜面安装后，需完成单一镜面的控制系统及执行机构的试运调试；在整个镜场的镜面完成安装调试后，对整个镜场的定日系统的追踪调试，及镜场自动化的调试，包括电厂启动过程镜面的投入比例、应对恶劣自然条件的自我保护、镜场的定期自检功能的测试以及后期运行的定期清理等。整个镜场的调试目前都是由控制厂家完成。

3.3热传输系统，目前分为单一回路和两回路热传输系统。

3.3.1单一回路以水工质为例，水工质塔式热发电技术通过给水泵将给水送至塔顶的吸热器上，在吸热器里直接被加热蒸发产生饱和蒸汽，驱动汽轮发电机系统发电；或是在塔顶添加另一个过热蒸汽吸热器，将高压蒸汽过热后再驱动汽轮发电机系统发电。此单一回路就与传统火电系统相类似。系统在试运行前需进行相应的水冲洗及整个蒸汽管路的吹管工作，避免管路的杂质进入汽轮机对汽轮机产生损害。

3.3.2两回路热传输系统根据集热场载热传热介质不同主要分为：熔盐、压缩空气。目前多用的二元熔盐其主要成分是NaNO3和

KNO3。系统流程是290℃的冷熔盐从冷储热罐中抽出至位于塔顶的吸热器，被加热到565℃，然后借重力回到热熔盐储热罐中，再由热盐泵抽出经过蒸汽发生器系统而产生高温高压蒸汽来驱动汽轮机发电系统发电。此系统的调试关键包含熔盐泵的稳定运行、熔盐循环的低温度凝固、熔盐初次的化盐及进盐工作、熔盐罐系统的保温工作。因为熔盐一旦凝固在系统中是不可逆的，对系统是破坏性的。因此熔盐泵的稳定控制，目前一般多设计为变频控制，在上塔管路中增设类似于传统电厂的锅炉给水调节阀，通过流量严格控制集热器出口的熔盐温度。熔盐循环低温度凝固问题，根据熔盐的熔点一般在200多摄氏度左右，为避免太阳下山后吸热器及管道熔盐凝固需消耗大量能量。在日