太阳能热发电站聚光器技术的简述

《太阳能热发电站》结课论文

题目：关于槽式热发电站中太阳能聚光器技术的简述

学生姓名：

学号：

专业班级：能科-1403

学校：华北电力大学

2017年6月5日

[摘要]本文对槽式热发电站中的主要聚光器技术进行简述及比较。

[关键词]槽式热发电站；聚光器技术；聚光器技术比较。

一引言

太阳能热发电是通过对太阳光聚焦，获得几十倍，几百倍的太阳辐射能量进而进行热功转换，带动发电机发电。对于槽式热发电站，聚光集热系统以线聚焦代替点聚焦，而聚光的关键在于聚光器技术。槽式太阳能聚光集热系统由多个太阳能集热器组合SCA（Solar Collector Assembly）组成而每个太阳能集热器组合又由若干个太阳能集热器单元SCE（Solar Collector Elements）构成。太阳能集热器组合包括聚光器，集热管和跟踪系统。

聚光器由反光镜和支架两部分组成。聚光器应具有以下几点要求：

①具有较高的反射率

②具有良好的聚光性能

③具有足够的刚性

④具有良好的抗疲劳能力

⑤具有良好的抗风载荷能力

⑥具有良好的抗腐蚀能力

⑦具有良好的运动性能

⑧具有良好的保养，维护，运输性能

如图1是一个基本的聚光器结构和一个实例。

二发展历史及现状

世界上第一台槽式太阳能聚光器由美国工程师Ericsson建造于1870年，输出热功率为373W。1912年，另一位美国发明家FrankSchuman在埃及建立了一个小型太阳能聚光器。20世纪70年代的石油危机加速了太阳能热发电技术的发展，在8O年代中期，抛物面槽式太阳能聚光器进入商业化阶段。美国Luz公司自1984一1991年陆续建立装机总容量为354MV的SEGS槽式电站，至2013年底已经商业化运营30年。SEGS电站中的槽式太阳能聚光器有3种型号，包括LS-1，LS-2和LS-3，其中LS-2和LS-3是主要型号，由于SEGS是最早的商业化电站，囚此这两种型号也成为事实的槽式太阳能聚光器的标准规格。在这两种槽式太阳能聚光器的基础上，各种新型、优化的槽式太阳能聚光器不断地被开发出来。

目前，世界各地都有着比较成熟的槽式太阳能聚光器。例如：:美国的Luz公司的LS-2型聚光器；美国的Acures soler公司的Acures3001和Acures3011两种型号的聚光器；美国的Accrona soler power公司的SGX-1和SGX-2型聚光器。

欧洲LS-3的基础上研制的新型聚光器；SENER公司研制的SENER-1和SENER-2型槽式太阳能聚光器；太阳千年公司（solermillennium）在倒闭前也制造出LS-4型聚光器。

中国科学院电工所和皇明公司合作也制造了一种槽式太阳能聚光器；中金盛唐公司与2009年建立了240米槽式示范项目。

兰州大成真空科技有限公司于2012年5月建立一套槽式一线性菲尼尔式聚光发电示范系统。

华电工程公司采用欧洲槽式技术，于2010年在河北廊坊建立了长100m的槽式系统，规格与LS-3聚光器相同。中广核太阳能公司与2013年在青海德令哈建立了一套槽式系统。

北京工业大学、华北电力大学、上海交通大学、中山大学、东莞康达新能源公司、常州龙腾太阳能公司、华锐风电公司、山东奇威特公司也都建有不同长度和开口尺寸的槽式太阳能聚光器样机。

三主要的聚光器技术的介绍

①Luz聚光器技术

从1984-1991年的8年间，Luz公司完成的LS-1，LS-2，LS-3的设计和建造，并实现了商业化运行。其中LS-1是非常经典的槽式太阳能聚光器的设计，而美国Luz公司的LS-2型聚光器，开口尺寸为5 m,长47m，焦距1.4m，采用减速机作为传动机构，扭矩管作为支架结构。LS-3型聚光器开口宽度则增加到5.77 m，采用空间朽架作为反射镜支撑结构，焦距为1.71m,与之配合的真空管直径为70 mm，聚光器长度增加到100m,采用液压传动系统作为传动机构。LS-2和LS-3聚光器的反射镜均采用4 mm单层超白玻璃镜，对应的反射镜型号为RP2和RP3型。图2为LS-2型槽式太阳能聚光器和LS-3型槽式太阳能聚光器

结构设计的改变使LS-3在聚光精度上得到很大提高，并且交装时允许有一定的倾角。然而,SEGS的运作经验显示，任何成本的降低都是以聚光器的性能和可维护性为代价。与LS-2聚光器相比，LS-3聚光器的热性能有所降低，聚光器的维护变的更加闲难。但是Luz聚光器为新一代聚光器的设计提供了宝贵的经验。下图为LS-3的结构。

②IST聚光器技术

IST聚光器技术（Industrial Solar Techonlogy）聚光器起初用于低温工业过程加热。在NREL的USA trough计划的支持下，IST聚光器在效率上提高了很多.能够应用于高温太阳能热发电，同时降低了成本。最初IST聚光器光器是

铝制成，后来用电镀钢结构代替了铝结构。用薄的镀银玻璃反射镜取代了镀铝聚合体反射镜，提高了高温条件下集热管选择性涂层的热性能和耐久性，聚光器钢结构和薄玻璃反光镜的改进使系统成本降低15%，系统性能提高了12%。所获得能量的成本降低20%。

③Euro Trough聚光器技术

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桁架式单元，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。

Euro Trough聚光器的核心部件是一个约12m长的空间枢架，在其两侧固了用来固定抛物面反光镜的支撑臂。该空间结构由四个不同部分组成，可以现场安装，固定，简化了加工过程.降低了加工成本。如下图是一个实例和其扭矩简图。

④Duke Solar聚光器技术

Duke Solar聚光器技术是由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。下图是其空间结构：