槽式太阳能热发电热力系统与工质参数的初步设计与分析文献综述

 2022-10-30 09:10
  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 引言:

化石燃料的储存量是有限的,按2015年世界剩余探明储量和产量计算,煤炭、石油、天然气的储采比(剩余已探明储量/年开采量)分别为118、46.2 和 58.6,而且常规能源的利用会给环境带来巨大的破坏。我国的能源结构主要以煤炭为主,火电厂作为耗煤和排放大户,面临较大的节能减排压力,必须做出相应举措解决该问题。燃煤电厂通过改变参数、提高机组容量等措施实现节能减排的潜力有限,利用清洁的可再生能源替代煤炭发电已经成为一个深层次节能的发展方向。太阳能是可再生的清洁能源,太阳能发电潜力巨大,是太阳能最高效利用的方式之一,目前成熟的太阳能发电技术主要有太阳能光热发电和太阳能光伏发电两种方式。前者是利用太阳辐射能来加热工质产生高温蒸汽,推动汽轮机发电,与传统的燃煤电厂发电原理相似,后者是通过光电转换直接把光能转化成电能。然而,太阳能发电成本很高,而且受太阳辐射不稳定性、间接性的影响,导致单纯太阳能发电受到限制,太阳能与燃煤机组集成发电系统是解决这一问题的有效途径,用太阳能光热代替燃煤机组部分燃料产生蒸汽,可以缓解能源紧张问题,而且减少对环境的危害,有利于火电厂节能。

  1. 太阳能热发电系统概述:

太阳能光热发电通过数量众多的反射镜,将太阳的直射光聚焦采集,通过加热水或者其他工作介质,将太阳能转化为热能,然后利用与传统的热力循环一样的过程,即形成高温高压的水蒸气推动汽轮机发电机组工作,最终将热能转化为电能。根据聚光方式的不同,光热发电技术主要分为:抛物面槽式 (简称槽式)、塔式、碟式和线性菲涅尔式。槽式太阳能技术经过多年的发展已经成为最为成熟的热发电方式,装机容量也远远高于其他热发电方式。

槽式太阳能热发电系统由聚光集热子系统,换热子系统(采用DSG时无此系统),发电子系统组成,有时还包括蓄热子系统和辅助能源子系统。

1.1聚光集热子系统:

聚光集热子系统主要由太阳能集热场构成,而槽式太阳能集热场又由串联或并联的槽式太阳能集热器构成。槽式太阳能集热器的主要组成部分为聚光器、接收器和跟踪装置。

目前,槽式太阳能集热管一般为玻璃-金属真空集热管,其外管为玻璃管,内管为镀膜的金属管,内管内为流动的加热工质,内外管靠真空隔热。集热管里的工质主要有 2 种,即导热油和水,也有采用熔融盐、空气集热传热的。槽式技术按工质不同,可分为导热油槽式系统和直接蒸汽发电( DSG) 槽式太阳能集热系统。当工质为导热油时,采用双回路系统,但导热油在高温下易燃,容易出现事故;DSG 系统采用水-蒸汽做介质相对安全,但整个系统要求高温、高压,对系统的设计提高了标准。

槽式太阳能热发电聚光器由反射镜和支架两部分组成,聚光器反射镜截面为抛物面平行入射的太阳光经反射镜反射后会聚到集热管,反射镜由支架支撑并转动跟踪太阳。世界上使用过的聚光集热器有:LS-1,LS-2,LS-3,LS-4,DS-1,ET-100,ET-150。LS-2与ET集热器的热损失基本一样,ET集热器角度增加了30°,因而效率较LS-2提高了很多,并且具有更大的风载能力。

为使集热管、聚光器发挥最大作用,聚光器应跟踪太阳。跟踪机构由单片机、伺服电机、传感器等组成。太阳辐射传感器瞬时测定太阳位置,通过计算机控制伺服电机,带动反射镜面绕轴跟踪太阳。

1.2换热子系统:

换热子系统一般由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。槽式太阳能热发电采用导热油作为工质时,采用双回路系统。槽式太阳能热发电采用水作为工质时,采用单回路(DSG)系统。此时无换热子系统。

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