贷款 贷款攻略 新型贷款 每天懂点小科学之槽式太阳能热发电系统
每天懂点小科学之槽式太阳能热发电系统

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。

聚光集热系统

槽式太阳能热发电系统采用槽型抛物面反射镜聚光来会聚热量发电的,主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。反射镜一般由玻璃制造,背面镀银并涂保护层,也可用镜面铝板或镜面不锈钢板制造反射镜,反射镜安装在反光镜托架上。槽型抛物面反射镜可将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上,在该条线上装有接收器的集热管,见图1。

图1--槽型抛物面集热器

真空集热管

真空集热管采用直通形式,内有金属吸热管,用来吸收太阳光加热内部的传热液体,一般用不锈钢制作,管外壁外有黑色吸热涂层。为了减小热量散发,集热管外层装有玻璃套管,在玻璃套管与吸热管间有空隙并抽真空。由于玻璃管与金属吸热管的膨胀系数相差较大,而且两管的温度也不同,玻璃管与金属吸热管间的熔接封装技术很重要,一般采用波纹管制成的膨胀节来过渡。膨胀节装在玻璃管内的称为内膨胀真空集热管,见图2(A)图;膨胀节装在玻璃管两端外侧的称为外膨胀真空集热管,见图2(B)。

图2--内膨胀真空集热管与外膨胀真空集热管

图3是网上的一张真空集热管的照片。

图3--真空集热管

空腔集热管

空腔集热管的工作原理是利用空腔体的黑体效应,充分吸收聚焦后的阳光。空腔集热管的结构为一圆管,外表面包裹隔热材料,在圆管柱面长度方向开一窄缝,形成一柱形腔体。图4左图是空腔集热管与聚光镜,为了提高空腔体的黑体效果,开缝较窄,限制了入射光的角度,不像真空集热管采用短焦距,而采用长焦距聚光镜来聚集。

空腔集热管中的传热液体导管主要有两种结构,图4中图与右图是两种空腔集热管的截面图。中图的液体导管是月牙形管,图中浅蓝色表示传热液体,称这种为月牙形空腔集热管。右图则是采用多根细圆管排在空腔管的内壁,细圆管是液体导管,称这种空腔集热管为组排空腔集热管。

图4--长焦距聚光与空腔集热管

腔体式接收器不需要抽真空,不需要涂光学选择性涂层,没有玻璃和金属的封接,仅采用传统的材料和制造工艺,制造成本较低,便于维护。但是腔体式接收管的开缝较窄,对聚光精度、跟踪精度、安装精度要求都较高。

聚光集热系统的布置

集热管通过接收器支架与反射镜固定在一起构成槽式集热器,反光镜托架上有与集热管平行的轴,集热器通该轴安装在集热器支架上,可绕轴旋转。

槽式集热器的跟踪方式一般采用东西轴向布置,只需定期调整仰角,机构简单方便但效率较低;也可南北轴向布置,单轴跟踪阳光,需自动跟踪控制系统,效率较高;如果集热器转轴与地球转轴平行效率更高,如果同时保证集热管与阳光垂直则效率最高,但结构复杂,集热管的管间连接也复杂。

太阳能热发电需配一套蒸汽发电设备,适合较大的发电场,功率一般都在MW级以上,接受阳光的面积也很大,多达数万平米,所以槽式太阳能热发电场是由许多槽式集热器串并连组成,图5是网上的一张槽式太阳能热发电场照片。

图5--槽式太阳能热发电场

热传输与交换系统

根据不同的导热液,槽式集热器把导热液加热到至400度左右,由于槽式太阳能热发电系统的热传输管道特别长,为减小热量损失,管道外要有保温材料、管道要尽量短;长长的管路需专业泵来推动导热液的循环,要设法减小导热液泵功率,这些都是重要的技术。导热液可用苯醚混合液、加压水混合液、导热油等液体,传热方式可直接传热也可采用相变传热。

传热液通过热交换器把水加热成300度左右的蒸汽,水蒸气去推动蒸汽轮机旋转带动发电机发出电来,热交换器有板式、管式等多种结构,这里就不介绍了。可能云彩会挡住阳光,为保证系统稳定运行,在系统中要有储热装置,一般有高温储热罐与低温储热罐等。对于低温会冻结的导热液,必须有辅助加热器维持导热液温度避免冻结。若需要在太阳能不足时也能供电,就要在系统上并联天然气锅炉,保证汽轮机正常运行。图6是槽式太阳能热发电系统框图。

图6--槽式太阳能热发电系统框图

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蒸汽经冷凝器转为水,再由给水泵送往热交换器,再次产生过热蒸汽推动蒸汽轮机。发电机发出的电经变压器转换成高压电输送到电网。

下面请在线观看槽式太阳能热发电系统原理3D动画,动画中的管式热交换装置模型外壳用半透明显示。

槽式太阳能热发电系统原理动画

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