塔式太阳能光热电站的研究进展

Sustainable Development 可持续发展, 2019, 9(4), 789-795

Published Online October 2019 in Hans. /journal/sd

https:///10.12677/sd.2019.94094

Research Progress of Tower Solar Thermal Power Station

Xiaopeng Gao

Xiamen University Malaysia, Kuala Lumpur Malaysia

Received: Oct. 8th, 2019; accepted: Oct. 23rd, 2019; published: Oct. 30th, 2019

Abstract

This paper summarized the research progress of heliostats, heat sinks, supercritical CO2 Braden cycle tower photothermal power generation systems and tower solar-assisted coal-fired power generation systems, and analyzed the economics of tower solar thermal power generation tech-nology. The tower, trough, linear Fresnel, and dish-type, four solar thermal power stations were compared. Finally the feasibility of constructing a large-scale solar thermal power station in the northwest region was explored, and it was concluded that the tower solar thermal power station can sustain large-scale power generation continuously, but the improvement of its photoelectric efficiency and the feasibility of actual construction should be further developed in the future re-search.

Keywords

Tower, Solar Energy, Solar Thermal Power Generation, Efficiency, Cost

塔式太阳能光热电站的研究进展

高晓鹏

厦门大学马来西亚分校，马来西亚吉隆坡

收稿日期：2019年10月8日；录用日期：2019年10月23日；发布日期：2019年10月30日

摘要

本文全面阐述了定日镜、吸热器、超临界CO2布雷登循环塔式光热发电系统和塔式太阳能辅助燃煤发电系统技术的研究进展情况，剖析了塔式太阳能热发电技术的经济性，对比了塔式、槽式、线性菲涅尔式、

高晓鹏

碟式四种模式太阳能光热电站，研究探讨了中国西北地区建设大规模光热电站的可行性。研究认为塔式太阳能光热电站能够持续稳定进行大规模发电，具有明显的可持续性，但是其光电效率和实际建设可行性还要在未来的研究中进一步提升。

关键词

塔式，太阳能，光热发电，效率，成本

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/licenses/by/4.0/

1. 引言

目前，全球太阳能发电模式主要分为光伏发电和光热发电，其核心分别是太阳能电池板和聚光系统

[1]。聚光型太阳能热发电通过聚集太阳辐射获得热能并转化为高温蒸汽驱动汽轮机发电，通常分为碟式、

槽式、塔式和线性菲涅尔式四种发电方式。国内塔式太阳能热发电起步晚，2007年，国内首座发电量70

kW的塔式太阳能发电系统在南京江宁建成并发电成功；2008年，北京延庆建造了亚洲首座1 MW级塔式太阳能电站；2013年，全球第3座商业化运行的50 MW熔融盐塔式电站在青海建成并网发电[1] [2]；

2016年，亚洲第1座24 h连续发电的1万kW熔盐塔式光热发电站在敦煌建成[3]。随着清洁能源需求的显著增加，对太阳能发电的研究显得尤为迫切。本文全面阐述了塔式太阳能电站聚光系统的研究现状，对定日镜场、吸热塔和电力转换3个子系统进行讨论，为其未来研究发展方向提供理论依据[1] [4]。

2. 研究进展

2.1. 塔式太阳能聚光系统的研究

提高定日镜反射率、镜面清洁度、余弦效率、抗阴影遮挡率、大气透射率、吸热器截断效率和吸热

器热效率、追踪系统技术等条件，可优化光热转换效率。目前，镜场效率、吸热器截断率、吸热器效率、

定日镜反射率、平均镜面清洁度分别为75%、90%、95%、96%、93%，可使光电转换效率提升12% [1] [5]

[6]。定日镜由太阳反射镜、追踪系统、镜架以及基座组成，结构整体由刚性的金属材料进行支撑，其与

太阳同步运动能有效提高反射率，但镜面旋转中心改变、基座安装倾斜、阴影遮挡等因素会降低跟踪精

度。为减小误差，王雪等人研究提出基于误差补偿和非误差补偿的定日镜系统[7]；孙飞虎等人基于跟踪

轴参考位错位法提出定日镜自动纠偏流程以及定日镜两旋转轴参考位偏差量的计算方法[8]；蔡中坤等人

则基于定日镜的运行规律和光学反射原理提出基于球面坐标的定日镜运动模型来简化计算过程[9]；张茂

龙等人融合平板投影法和射线追踪法提出的预判断模型和融合边界网格法的效率改进算法，阴影方面预

测准确率为90%~98%，遮挡方面预测准确率为80%~85% [10]。太阳位置1分钟内变化极小，定日镜可1

分钟内只转动一次实现较佳的聚光效果和低功耗运行[11]。另外，由于光斑溢出问题，缪佩等人对矩形全

镜场中不同地点和时段的光斑动态漂移特性进行仿真计算以减小溢出量[12]，其溢出量还受单元子镜的面

形精度影响，进一步提高镜面三维面形信息准确度可提高面形精度[13] [14] [15]。同时，风荷载作用在镜

面上亦产生结构挠曲变形，降低面形精度。冯煜等人发现当长厚比大于200时可采用四点支承大挠度弯

曲模型纠正面形。在大气风载荷作用下定日镜易引起振动导致光斑溢出，特定设计的动力吸振器可抑制

风致振动[16]。风还会影响传动装置的选型，装置余量过大则成本高，过小则电流过载。王筱翠等人设计