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），是以導熱油為代表的熱載體，利用拋物線的光學原理，聚集太陽能，然后將太陽能匯集到集熱管上，集熱管中的導熱油會吸收太陽的能量，導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；另一部分高溫導熱油則通過熱交換器與熔鹽進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熱油作為熱載體，熔鹽的價格一般為導熱油的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責太陽能采集，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)及導熱油循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表、控制閥門、馬達執(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，同時達到優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，降低工程造價的目的。

　　3、導熱油（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，當運行泵跳閘后，備用泵投入運行?？刂圃砣鐖D３。

　　當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)天然氣進氣量和送風量來控制被加熱的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)換熱后進入熱鹽罐內(nèi)的熔鹽達到一定的溫度。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。