塔式太阳能热发电系统

塔式太阳能热发电系统 作者：曹连芃 时间：2011年 3月 太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输与交换系统、发电系统组成。 集热系统 塔式太阳能热发电系统采用多个平面反射镜来会聚太阳光，这些平面反 射镜称为定日镜。下图是一个塔式太阳能集热器的示意图，为清楚显示图中 仅绘制了少量的定日镜，许多定日镜同时把太阳光反射到接收器上，接收器 安装在高塔上。 定日镜分布在塔的周围，在北方纬度较高地区，太阳高度低，在塔南部 的定日镜利用率低，定日镜分布在塔北部较合适；在低纬度地区可在塔四周 分布定日镜。许多定日镜组成庞大的定日镜场，其面积非常大，所以塔式太 阳能集热装置聚光比很高，接收器工作温度往往达千度以上。 下面有来自网上的照片，供大家参考 定日镜 定日镜主要由平面反射镜与跟踪机构组成。反射镜可由玻璃制造，背面 镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造，反射镜安装在反光镜托架上。下面 是来自网上的定日镜照片 大型定日镜面积达百平方米以上，由多块平面镜拼成，对于超大定日镜 上的多块镜面可略摆成抛物面状，便于集中太阳光。 定日镜的面积相比定日场是很小的，而且距接收器又远，要把阳光准确 反射到接收器必须准确的跟踪定位，定日镜一般采用双轴跟踪结构，控制方 法用传感器跟踪与视日跟踪法并用。每个定日镜都有独立的跟踪系统，勿需 集中控制。 接收器 塔式接收器是把太阳光能转换成热能的装置，根据采用的导热介质不同 而不同，目前主要有外部受光型与空腔型。 外部受光型接收器 太阳光照射到接收器的吸热部件上再传给导热介质，一些技术类似于太 阳能集热器，但塔式接收器的工作温度很高，体积大，受光面积至少比一个 平面定日镜面积要大许多。 下面是排管式接收器示意图，若干直管排成圆筒状，每根管上端接上联 管、下端接下联管，所有直管通过联管并联，排管面涂覆吸热。上联 管与下联管外有保温层与外壳（图中未表示）。导热介质从下联管进入通过 排管从上联管出，会聚的阳光加热排管，导热介质也就被加热了。 下面是翅管式接收器示意图，去掉部分排管，空出部分安装翅片（吸热 板），翅片是导热良好的耐温金属，紧密焊接在排管上，排管与翅片涂覆吸 热材料。会聚的阳光加热翅片与排管，排管内的导热介质也就被加热了。 如同普通太阳能集热器一样，塔式接收器也有采用热管式的，下面是热 管式接收器示意图。不同的是这是高温热管，热管下部分是吸热段，焊有翅 片（吸热板），是接受阳光的区域；热管上部分是放热段，也焊有翅片，是 把热量传送给工作介质的地方，翅片加大热管的传热面积，所有热管放热段 均密封在联箱内。 热管内用钠或钾或锂或相关合金等，利用其熔液的蒸发相变来传热。钠 的熔点是 97.7度，沸点是 883度；钾的熔点是 63.4度，沸点是 759度；锂 的熔点是 180.5度，沸点是 1347度。 以上三种接收器的太阳光直接照射在热管上，再传给工作介质，也称为 外部受光型接收器，这种接收器可四周受光，多用在大型太阳能系统中，其 缺点是热管直接暴露而产生热量散失。能否像普通集热器那样加上玻璃外 套，事实上很困难，因为接收器体积太大。 对于简单的场合与流动性好的工作介质，也可用简单的结构，就是螺旋 盘管，见下图。螺旋盘管加热路径长、无接头、机构简单，适合高压高速流 动的工作介质。 空腔型接收器 空腔型即腔体式接收器，用耐高温材料制成的空腔，空腔一面开口装有透 光好耐高温的石英玻璃，腔内壁有金属网以增大吸热与交换面积。封闭的内腔 似绝对黑体，吸热性能很好，会聚的阳光透过石英玻璃窗口能在腔内产生很高 温度，传热的工作介质（一般用高压空气）通过腔内被加热成 1000多度的高 温气体输出。 由于腔体有保温层，故热损失小，空气价格又便宜，但空气热容量小、导 热系数低，如何高效传热是主要的技术问。腔体式接收器多是只有一面开窗 的，故接受阳光的角度是有限的，一般不超过 120度。 热传输与交换系统 与槽式集热器不同的是塔式集热器的管路短，工作温度高，接收器的工 作介质通常采用熔盐液，熔盐液在接收器中加热到 600余度输送到高温储热 装置，在热交换装置将水加热成高温蒸汽后进入低温储热装置保存（约 280 度）。熔液泵再把低温的熔盐液送入接收器加热。 为了避免高温熔盐液温度的散失，在接收器就近的地方安装热交换器， 下图是在塔架上安装热交换器。高温熔盐在高温热交换器中把中间介质（传 热油之类）加热到 500余度，传热油在储热装置内储存并通过热交换器产生 高温蒸汽。 对于腔体式接收器则直接把高压空气加热到 1千多度去推动气轮机，推 动气轮机后的气体仍有较高温度，再通过热交换器加热水生成蒸汽，水蒸气 再去推动汽轮机，有效利用热量。 发电系统 从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电，从蒸汽轮机排出的水经 冷凝器转为水，再由给水泵送往热交换器，再次产生蒸汽推动蒸汽轮机。发 电机发出的电经变压器转换成高压电输送到电网。 需要观看塔式太阳能定日镜场动画请到 http://www.pengky.cn/TYN-juguang/juguang-TYN.html