槽式太陽能熱發電技術簡介

　　槽式太陽能熱發電是利用槽式聚光鏡將太陽光聚在一條線上，在這條線上安裝著一個管狀集熱器，用來吸收太陽能，并對傳熱工質進行加熱，再借助蒸汽的動力循環來發電。槽式聚光器的拋物面對太陽進行的是一維跟蹤，聚光比為10~100，溫度可以達到400℃。20世紀80年代中期槽式太陽能熱發電技術就已經發展起來了，目前美國加利福尼亞州已經安裝了354 MW的槽式聚光熱發電站，其工作介質是導熱油，換熱器可以使導熱油產生接近400℃的過熱蒸汽來驅動汽輪機發電。

　　槽式太陽能熱發電技術特點

　　槽式太陽能熱發電技術最主要的特點是使用了大量的拋物面槽式聚光器來收集太陽輻射能，并把光能直接轉化為熱能，通過換熱器使水變成高溫高壓的蒸汽，并推動汽輪機來發電。因為太陽能是不確定的，所以在傳熱工質中加了一個常規燃料輔助鍋爐，以備應急之用。

　　槽式太陽能熱發電的缺點是：

　　（1）雖然這種線性聚焦系統的集光效率由于單軸跟蹤有所提高，但很難實現雙軸跟蹤，致使余弦效應對光的損失每年平均達到30%。

　　（2）槽式太陽能熱發電系統結構龐大，在我國多風、高風沙區域難以立足。

　　（3）由于線型吸熱器的表面全部裸露在受光空間中無法進行絕熱處理，盡管設計真空層以減少對流帶來的損失，但是其輻射損失仍然隨溫度的升高而增加。

　　槽式太陽能熱發電技術集熱系統結構

　　（一）集熱管

　　集熱管是槽式太陽能熱發電集熱系統的一個關鍵部件，能夠將反射鏡聚集的太陽直接輻射能轉換成熱能，溫度可達400℃。目前使用的集熱管內層為不銹鋼管，外層為玻璃管加兩端的金屬波紋管。內管涂覆有選擇性吸收涂層，以實現聚集太陽直接輻射的吸收率最大且紅外波再輻射最小。兩端的玻璃一金屬封接與金屬波紋管實現密封連接，提供高溫保護，密封內部空間保持真空。減少氣體的對流與傳導熱損，又加上應用選擇性吸收涂層-使真空集熱管的輻射熱損降到最低。在另一側，金屬波紋管焊接在內部吸熱管上。這些具有彈性連接功能的波紋管可以在吸熱管升溫和冷卻過程中補償內部金屬管和外部玻璃管之間的熱脹冷縮的差異。聚焦的太陽直接輻射能可以在集熱管表面轉化為熱能，傳送至導熱介質，并將介質加熱至最高溫度400℃。外部玻璃管可以作為附加防護，防止紅外波長能量向外再輻射，以降低熱損玻璃管外部覆蓋有減反射涂層，使得太陽輻射能量透過玻璃管。

　　我國自20世紀80年代中期開始研制真空集熱管，已攻克許多技術難關，并建立真空集熱管生產基地．諸如北京太陽能研究所、皇明太陽能集團等，生產的集熱管經過實驗室檢驗測試，能夠達到相關技術要求，與國際同類產品相比，運行指標均能達到國際同行業的相關技術要求。個別技術指標還優于國外技術水平。但是國內研制生產的集熱管大多只用于實驗研究，缺少一定的工程實際運行經驗。

　　（二）集熱鏡面

　　槽式太陽能熱發電所用集熱鏡面采用超白玻璃材質．在保證一定聚焦精度的同時，還具有良好的抗風、耐酸堿、耐紫外線等性能。鏡面由低鐵玻璃彎曲制成、剛性、硬度和強度能夠經受住野外惡劣環境和極端氣候條件的考驗，玻璃背面鍍鏡后噴涂防護膜，防止老化。由于鐵含量較低．該種玻璃具有很好的太陽光輻射透過性。

　　（三）支撐結構及控制系統

　　支撐結構用于固定槽式拋物面聚光鏡，并配合控制系統對集熱陣列進行一維跟蹤．以獲得有效太陽輻射能。支撐結構設計需要經過計算機模擬仿真研究、風洞實驗和實際運行，在充分考慮最佳機械、光學和力學性能以及最小成本前提下進行設計。

　　（四）儲熱系統

　　可再生能源領域。儲能技術一直是急需解決的問題，但是，太陽能光熱發電已經擁有很成熟的儲能技術解決方案，這也是未來太陽能熱發電有望趕超風電、光電等其他新能源的最大優勢。采用儲熱技術可以實現大規模太陽能熱發電站的儲能問題。

　　槽式太陽能熱發電技術的現狀

　　國外的發展現狀

　　太陽能熱發電工業經歷了幾次起落，原因是多方面的。早在20 世紀初就有關于太陽能熱發電的研究，可由于2 次世界大戰的爆發和近東地區石油的發現，使得太陽能的利用發展緩慢。其中，由于太陽能熱電自身的技術落后、效率低以及生產成本高也是阻礙其發展的重要原因。直到20 世紀70 年代的石油危機，太陽能熱電工業又重新被激起。

　　隨者太陽能熱力發電技術和規模的發展，太陽能熱發電將具有與常規能源發電競爭的潛在優勢。只是目前這種技術還不是很完備，在經濟上還不具備競爭力。因此，要推廣這種技術，就必須進一-步降低發電成本，提高系統效率，實現電站運行自動化，將運行費用由目前的3 美分/kWh 降低到0.8 美分/kWh 才行。因此，槽式太陽能發電技術今后的研究重點為：

　　1、加強項目點太陽能資源的調研;

　　2、發展直接汽化系統的熱能儲存技術;

　　3、提高熱載體的工作溫度;

　　4、開發高效的吸熱管鍍層技術，使集熱表面的溫度進步提高到550-600 C。

　　國內的發展現狀

　　我國對太陽能熱發電技術的研究起步較晚，直到20 世紀70 年代才開始一一些基礎研究，在“七五”期間，湘潭電機廠與美國空間電了公司合作，研制了2組5 kW 的拋物面聚焦型太陽熱發電機，但由于價格過高，加上工藝、材料、部件及相關技術等沒有得到根本解決，而未能得到推廣使用。國家“八五。”計劃安排了小型部件和材料的攻關項目，于中國科學院電工研究所內建成了小型拋物面槽式真空管高溫集熱裝置。美國加州LUZ 槽式太陽能熱發電站的成功運行引起了我國的廣泛關注，并計劃引進該類機組在西藏拉薩建立- 一座35 MW 的LL Z 槽式太陽能熱發電站。當時經可行性評估，預計該電站的電能成本約為1.1元/kWh，運行成本為0.1元/kWh，與拉薩地區燃煤電站的電能成本0.8 元/kWh 相比還是有一一定優勢的。

　　總體來說，我國在太陽能熱動力方面的研究還是比較落后的，20 世紀80 年代的研究水平只相當于國外60 年代的水平。盡管近年來我國對太陽能熱電技術的研究給予了相當大的重視，并且也得到了一一定的發展，如南京江寧區2005 年建設的國內第一一座太陽能熱發電示范電站（容量7 kW ），但與國際發展水平的差距較大。為此，國家在“十一五”計劃中安排了數十億資金以開發太陽能熱發電技術。考慮到我國目前的技術現狀，可以優先開發槽式太陽能熱發電系統，或將太陽能發電與小水電聯合、太陽能發電與風力發電聯合，組成各種聯合系統，也可以采用- 一些儲能設備以減少對氣候條件的依賴。

　　槽式太陽能熱發電技術的發展

　　為了進一步改善開發槽式太陽能熱發電技術，提高其競爭力，可以采取以下措施：

　　一、是設計先進的聚光器，結構形式由軸式單元向桁架式單元發展，聚光器單列長度100 m增長為150 m，這樣，一套驅動機構就可以帶動更長的聚光器陣列：同時，不斷優化聚光鏡材料、玻璃厚度等，以最大限度地降低整機重量。

　　二、是充分考慮方位角和高度角的影響，采用極軸跟蹤技術，使聚光集熱器陣列由原來的南北向水平放置改為南北向的傾斜軸（傾斜角度與緯度有關），從而更有效地接收太陽輻射能。

　　三、是研發高性能的高溫真空管接收器。

　　四、是開發直接用水作為介質的新型槽式發電技術。利用這一技術，可以取代大量的換熱器，進而實現簡化系統、提高效率、降低成本的目的。

　　五、是加強可靠性研究，綜合考慮溫度、壓力、密封等相關因素，改進高溫真空接收器在聚光器陣列兩端與布置在地面上不動的導熱油管路之間存在的密封連接問題。