槽式太阳能热发电技术的现状及进展

槽式太阳能热发电技术的现状及进展

古雯雯

（华北电力大学能源与动力工程学院，北京，102206）

Trend and Current Status of Solar Parabolic Trough Power Generation Technology

GU Wenwen

( Department of energy and power engineering, North China Electric Power

University,Beijing,102206)

ABSTRACT: Solar parabolic trough power generation is an important technology to utilize solar energy in large scale. Starting with introducing the development background of solar thermal power generation, this survey expounded the basic principle and application state of the parabolic trough power generation. Several key techniques were analyzed specially, including the progress of the support structure, reflector, receiver, Thermal Storage, direct steam generation (DSG) and integrated solar combined-cycle system (ISCCS). The research progress in China was also briefly introduced. Combined with the situation of our country, it was pointed out that parabolic trough power generation is the most suitable technology which should be developed as the priority technology. At the same time, ISCCS can be an important way of developing solar energy in China.

KEY WORDS：Solar parabolic trough power generation; trend; DSG; ISCCS

摘要：槽式太阳能热发电技术是大规模开发利用太阳能的一个重要途径。本文从了解太阳能热发电的发展背景出发，阐述了槽式热发电的基本原理以及应用现状，着重分析了槽式热发电所涉及的关键技术，包括集热器支架、反射器、吸收器、蓄热技术、直接蒸汽产生和整体太阳能联合循环（ISCCS）的进展。并简要介绍了我国目前技术发展的现状，结合我国国情，指出大规模开发利用我国太阳能适合优先开发槽式太阳能热发电系统，同时可将发展ISCCS作为一个重要的开发途径。

关键词：槽形太阳能热发电；进展；直接蒸汽产生；整体太阳能联合循环

1．引言

我国太阳能资源丰富，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。太阳能资源的理论储量达每年17000亿吨标准煤，约等于数万个三峡工程发电量的总和[1]。因而利用太阳能发电、发展阳光经济是满足我国急速增长的电力需求、减轻环境压力、实现能源多元化的战略途径之一。

太阳能热发电是把太阳辐射能转换成电能的发电技术。它利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，其基本组成与常规发电设备类似。与人们常提到的光伏发电相比，具有效率高、结构紧凑、运行成本低等优点。世界现有的太阳能热发电系统大致有三类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。槽式热发电无论在商业上还是技术上都是最为成熟的系统，因此本文着重介绍槽式热发电系统的应用现状与技术进展。

2．关键技术及进展

槽式太阳能热发电是将多个抛物槽式集热器经过串并联的排列，通过汇聚太阳光而产生高温，加热工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电的系统。因此槽式系统主要包括：大面积抛物槽聚光器、跟踪装置、热载体、蒸汽产生器、蓄热系统和常规循环蒸汽发电系统。

2.1抛物槽式集热器

2.1.1简介

抛物槽集热器（PTC）是系统的核心，这里所指的抛物槽集热器其抛物线可由Z=x2/4f来描述，f代表抛物线焦点的方位，特别是焦点线与抛物线顶点的距离[2]。每个集热器都是一个由反射器（镜子）、金属支架、吸收管、跟踪装置（驱动、传感器和控制器）组成的独立的太阳能抛物

槽式集热装置。而一个太阳能场则由上百个或上千个集热装置组成。每一个组成部分的发展，都可能使太阳能热发电降低生产成本提高市场竞争力。其结构如图1所示。

图1 抛物槽集热器示意图

Fig.1 Schematic drawings of PTC

抛物槽集热器（PTC）聚光部分是由弯曲成Fig.1抛物面的反射材料薄片制成的。吸收器一般采用双层管结构，黑色金属管外置一个玻璃套管，管内为热载体，两管之间为真空以减少热量损失。吸收器被置于反射面焦线上，当抛物反射面向着太阳，平行光被反射至吸收管从而加热管内热载体。热载体可以是水蒸气、油或熔盐。温度一般在400℃左右。通常情况下采用单轴跟踪系统，并由此连接成更长的集热器模块。集热器可朝东西向放置，由北向南跟踪太阳，也可朝南北放置，自东向西跟踪太阳。前者的优势是一天中只需要很小的调整，且中午正向太阳，但早晚时间由于入射角很大（余弦损失）使得集热器性能下降。南北向放置时情况恰恰相反。从一年的情况来看，南北水平放置的槽式场比东西水平放置的收集能量略微低一点，但南北场在夏季收集能量多，冬季少。东西场情况相反，但却能提供更稳定的年输出量。因此，朝向的选择取决于实际应用或是否在夏季或冬季需要较高的能量。

2.1.2技术进展

a新型框架设计

美国加州南部的9个商业太阳能发电系统SEGS（Solar Electric Generating System）中，最终的集热器设计是LS-3，在它基础上的变化类型，即集热器略微倾斜的类型被西班牙热发电研发中心PSA用于测试直接蒸汽产生系统。尽管LS-3运行良好（具有较高的跟踪有效性），但热性能和可维护性不及LS-2。LS-3是为降低成本，在LS-2的基础变换而来的，而成本的降低势必对性能和可维护性带来影响。下面给出一些正在研究中的新的集热器设计（图2）：

Euro Trough是欧洲公司与研究试验室协会开发设计的新一代槽式集热器。结合了使LS-2具有连接优势的扭力管设计和使LS-3降低成本的捆绑设计，增设了扭力盒。该设计使得扭矩降低，运行时结构弯曲，性能更趋完善。由于组成部件的变化减少、结构重量减轻，成本预计降低10%，而性能较LS-3提高3%。其结构形式由轴式单元发展为衍架式单元，聚光器单列长度由100m增长为150m，从而可以带动更长的聚光器阵列。

Duke Solar是由LS-2改良设计的全铝空间结构。结构特性、重量、制造工艺、抗腐蚀能力、制造成本和安装方面都优于LS-2。另外要着重说明的是，该设计强调制作简单，必需部件的数量最小化，更易于安装。

工业太阳能技术（IST）用电镀钢结构代替

铝结构，用镀银玻璃代替铝处理的聚合反射器，