槽式太陽能熱發(fā)電概要

　　槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。

　　槽式太陽能熱發(fā)電即利用槽式拋物面反射鏡進(jìn)行太陽能熱發(fā)電。它是將眾多的槽型拋物面聚光集熱器，經(jīng)過串并聯(lián)的排列，從而可以收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。槽式太陽能熱發(fā)電主要由四部分組成：鏡場、換熱系統(tǒng)、儲熱裝置和汽輪發(fā)電裝置等部分組成。

　　傳統(tǒng)的太陽能槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)

　　傳統(tǒng)的太陽能槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)（如圖1），是以導(dǎo)熱油為代表的熱載體，利用拋物線的光學(xué)原理，聚集太陽能，然后將太陽能匯集到集熱管上，集熱管中的導(dǎo)熱油會吸收太陽的能量，導(dǎo)熱油會在太陽能集熱場的流動過程中，溫度從290℃逐漸被加熱到390℃，然后流出太陽能集熱場。被加熱后的高溫導(dǎo)熱油一部分流入蒸汽發(fā)生器與水換熱，然后流回太陽能集熱場，而換熱的水變成375℃的水蒸氣推動蒸汽輪機發(fā)電；另一部分高溫導(dǎo)熱油則通過熱交換器與熔鹽進(jìn)行換熱流回太陽能集熱場，而換熱后的高溫熔鹽將儲存在高溫熔鹽罐中，待夜間無日照時與導(dǎo)熱油換熱用于夜間蒸汽汽輪機發(fā)電。

　　新一代的太陽能槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)

　　新一代的太陽能槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)（如圖2），是以熔鹽為代表的熱載體，利用拋物線的光學(xué)原理，聚集太陽能，然后將太陽能匯集到集熱管上，集熱管中的熔鹽會吸收太陽的能量，熔鹽會在太陽能集熱場的流動過程中，溫度從290℃逐漸被加熱到550℃，然后流出太陽能集熱場。被加熱后的高溫熔鹽流入儲熱系統(tǒng)中的高溫熔鹽儲罐中，其中一部分高溫熔鹽會從高溫熔鹽儲罐中流出在蒸汽發(fā)生器與水換熱，然后流回儲熱系統(tǒng)中的低溫熔鹽儲罐中，而換熱的水變成375℃的水蒸氣推動蒸汽輪機發(fā)電；另一部分高溫熔鹽則留在高溫熔鹽儲存在高溫熔鹽罐中，待夜間無日照時繼續(xù)輸出換熱用于夜間蒸汽汽輪機發(fā)電。

　　傳統(tǒng)技術(shù)和新一代技術(shù)的對比

　　從上面兩種技術(shù)的論述可以看到，新一代的太陽能槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)，主要存在三點不同。

　　第一，新一代技術(shù)直接采用了熔鹽代替了導(dǎo)熱油作為熱載體，熔鹽的價格一般為導(dǎo)熱油的1/6左右，這樣使整個電廠的造價大大得到了降低，另外熔鹽無爆炸性危險比導(dǎo)熱油作為熱載體降低了整個太陽能光熱電廠的防火防爆等級，減少了事故發(fā)生率也減少了電廠管閥件的采購成本。

　　第二，采用熔鹽直接進(jìn)行儲存，省去了二次換熱，這樣減少了換熱損耗，也使系統(tǒng)更為簡單。

　　第三，采用熔鹽后，使系統(tǒng)的運行換熱區(qū)間由290℃-390℃變化到了290℃-550℃，使換熱蒸汽問題從375℃提高到了535℃，使蒸汽輪機的熱電轉(zhuǎn)化效率大大提高。

　　槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

　　本控制方案是針對內(nèi)蒙古鄂爾多斯50MW槽式太陽能電站設(shè)計。采用全廠DCS集中控制方式。DCS作為太陽能電站的控制核心系統(tǒng)分為太陽能鏡場（SF）控制系統(tǒng)、導(dǎo)熱油（HTF）系統(tǒng)控制系統(tǒng)、儲熱（TES）系統(tǒng)控制系統(tǒng)、汽水循環(huán)（SG）系統(tǒng)控制系統(tǒng)、T/G島控制系統(tǒng)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　1、總體設(shè)計方案

　　本控制系統(tǒng)針對50MW太陽能電站設(shè)計。鏡場追日采用主動跟蹤太陽位置方式，就地執(zhí)行機構(gòu)采用液壓式，鏡場相關(guān)設(shè)備與DCS之間采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式。太陽能光熱發(fā)電的各子系統(tǒng)中裝配有溫度、流量、壓力、轉(zhuǎn)速、圖像等各種傳感器，當(dāng)系統(tǒng)運行時，大量連續(xù)的、間斷的測量數(shù)據(jù)以及報警信號從各子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定的控制策略進(jìn)行運算、處理，然后實時發(fā)出指令至各控制系統(tǒng)，控制相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動作或提醒操作人員進(jìn)行人工干預(yù)，同時記錄和顯示相關(guān)參數(shù)，包括系統(tǒng)管道、儀器、指示閥門的工作狀態(tài)等。本控制方案的設(shè)計只針對太陽能鏡場控制、HTF換熱油控制、TES儲能換熱控制。

　　2、鏡場控制系統(tǒng)

　　太陽能光熱發(fā)電中的鏡場部分主要功能是負(fù)責(zé)太陽能采集，4個太陽能集熱組件（SCA）組成一個回路（LOOP），如圖2所示，由156個回路的集合構(gòu)成太陽集熱場區(qū)。

　　鏡場的控制主要由通訊控制系統(tǒng)（SCS）及就地控制系統(tǒng)（LOC）兩部分構(gòu)成。其中鏡場就地控制系統(tǒng)由LOC（控制系統(tǒng)）和就地液壓執(zhí)行機構(gòu)兩部分構(gòu)成，本控制方案中LOC控制原理采用主動跟蹤，“開環(huán)”控制方式。

　　考慮到鏡場系統(tǒng)占地范圍廣、監(jiān)視和控制參數(shù)多、設(shè)備布置分散的特點，對鏡場控制系統(tǒng)及導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表、控制閥門、馬達(dá)執(zhí)行器等設(shè)備將以網(wǎng)絡(luò)通的連接方式接入DCS控制系統(tǒng)，能夠有效地減少控制電纜的用量，大大減輕施工工作量，同時達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，降低工程造價的目的。

　　3、導(dǎo)熱油（HTF）控制

　　在太陽能電站工作過程中，要保證太陽能鏡場出口處HTF溫度為393℃，通過調(diào)節(jié)HTF主泵的流量來實現(xiàn)，HTF主泵系統(tǒng)一般采用兩運一備方式，當(dāng)運行泵跳閘后，備用泵投入運行。控制原理如圖３。

　　當(dāng)HTF油溫度升高時，其體積會有一定的膨脹，膨脹罐內(nèi)HTF油液位升高，當(dāng)HTF油液位升高至一定的高度后聯(lián)鎖開啟膨脹罐至溢流罐的電動閥門，將HTF油排放至溢流罐中。當(dāng)HTF油溫度降低后，膨脹罐內(nèi)HTF油的液位下降，利用溢流泵將溢流罐中的HTF油送回至膨脹罐中。同時膨脹罐內(nèi)設(shè)有充氮保護(hù)來保證系統(tǒng)安全、維持膨脹罐內(nèi)的壓力，膨脹罐內(nèi)的壓力由充氮管路上的閥門控制。

　　防凝的控制是要保證HTF的最低設(shè)定溫度，防止HTF的凝固。在防凝鍋爐投運過程時，通過調(diào)節(jié)天然氣進(jìn)氣量和送風(fēng)量來控制被加熱的HTF油的溫度。此外還可以利用防凝鍋爐加熱HTF油進(jìn)行儲熱、發(fā)電。

　　4、儲熱（TES）系統(tǒng)控制

　　儲熱系統(tǒng)的控制主要是對儲熱過程控制與放熱過程控制。此外還包括熔鹽的防凝、熔鹽罐的旁路控制及鹽罐的本身的自循環(huán)控制。在儲熱過程中熔鹽從冷鹽罐中經(jīng)油鹽換熱器換熱后進(jìn)入到熱鹽罐中。

　　在2個熔鹽罐之間設(shè)有旁路裝置，旁路裝置可將熱罐內(nèi)剩余少量的熔鹽導(dǎo)入至冷罐中。在鹽罐內(nèi)設(shè)有電加熱裝置用于鹽罐內(nèi)熔鹽的防凝，在熔鹽經(jīng)過的管路及換熱器上也設(shè)有伴熱裝置以防止熔鹽在管路上凝固。

　　在熔鹽儲熱的過程中需要保證經(jīng)換熱后進(jìn)入熱鹽罐內(nèi)的熔鹽達(dá)到一定的溫度。由于該過程中HTF的流量取決于日照強度及機組負(fù)荷情況，所以我們通過調(diào)節(jié)熔鹽的換熱流量來控制熔鹽的溫度，而熔鹽的流量由變頻泵來控制。

　　5、結(jié)語

　　該系統(tǒng)設(shè)計突破了以往的一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。對數(shù)百面反射鏡進(jìn)行同時跟蹤，將數(shù)百或數(shù)千平方米的陽光聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上。將底層控制系統(tǒng)由以往的PLC控制升級為DCS系統(tǒng)控制，DCS控制系統(tǒng)可實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制、操作方便、安全可靠。此外還可與全廠DCS系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接、統(tǒng)一管理。