汪 琦 張慧芬 俞紅嘯 汪育佑

上海熱油爐設(shè)計(jì)開發(fā)中心

0 前言

熱載體包括熔鹽、導(dǎo)熱油、水，在太陽能光熱電站中使用熱載體蓄熱儲(chǔ)能技術(shù)是一種將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的新能源技術(shù)，該技術(shù)采用熱載體作為傳輸熱能和蓄熱儲(chǔ)能的中間載體，在日間通過太陽能集熱器收集太陽光能，再通過熱載體流入太陽能集熱器內(nèi)被加熱后把光能轉(zhuǎn)換成熱能，并將熱量傳遞給熱載體進(jìn)行蓄熱儲(chǔ)能，使熱載體被加熱到一定的溫度后，輸送高溫?zé)彷d體到蓄熱儲(chǔ)能高溫貯罐內(nèi)[1]。當(dāng)光熱電站需要發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從高溫貯罐中用泵抽吸出的高溫?zé)彷d體加熱冷水變成飽和蒸汽，送往汽輪機(jī)中做功后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。釋放出熱能后的低溫?zé)彷d體再返回低溫貯罐內(nèi)，之后從低溫貯罐中用泵抽吸出的低溫?zé)彷d體再返回到太陽能集熱器中再次被太陽光能加熱，周而復(fù)始，則可達(dá)到太陽光能加熱熔鹽或?qū)嵊蜔彷d體，高溫?zé)彷d體再加熱水變成飽和蒸汽做功發(fā)電、并向外界輸出電力[2]。

熔鹽蓄熱儲(chǔ)能的高溫貯罐可以大規(guī)模儲(chǔ)存熱量，從而具有大容量的特點(diǎn)[3]。蓄熱儲(chǔ)能過程實(shí)際上是在發(fā)電過程中進(jìn)行的，即多余的熱量進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)夜晚或雨雪天氣的時(shí)候，以及當(dāng)發(fā)電機(jī)組需要提高發(fā)電負(fù)荷時(shí)，可直接從熔鹽蓄熱儲(chǔ)能的高溫貯罐中取出熱量，因此發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)過程是連續(xù)的、不存在斷點(diǎn)的情況，更適用于參與電網(wǎng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)。因此，熱負(fù)荷的儲(chǔ)存和發(fā)電過程是互不干擾。此外，熔鹽熱量的儲(chǔ)存過程中形式?jīng)]有發(fā)生變化，只是作為儲(chǔ)存用的熱量，因此其損失只是換熱過程和儲(chǔ)熱過程中的損失[4]，而熔鹽蓄熱儲(chǔ)能的熱損失可以控制在6%范圍以內(nèi)，因此，太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換效率是非常高的。

1 熔鹽蓄熱儲(chǔ)能技術(shù)在塔式光熱電站的應(yīng)用研究

塔式光熱電站是由聚光系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)、蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)、蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)組成，電站采用熔鹽作為太陽能集熱器的吸熱介質(zhì)，液態(tài)288 ℃的冷熔鹽被泵從低溫貯罐中抽出送往位于集熱塔頂部的太陽能集熱器中[5]，冷熔鹽在太陽能集熱器中被太陽反射境場(chǎng)聚焦的太陽輻射加熱到566 ℃，流回到地面，并被儲(chǔ)存在高溫貯罐中，熔鹽蓄熱系統(tǒng)可以保證在夜間及雨雪天氣時(shí)候的電力生產(chǎn)。蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的飽和蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行發(fā)電，經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換成高壓電輸送到電網(wǎng)。

1.1 美國110 MW新月形沙丘塔式光熱電站

Crescent Dunes塔式光熱電站位于美國內(nèi)華達(dá)州西北部的托諾帕市，機(jī)組容量為110 MW，光熱電站總占地面積為1 600 hm2，當(dāng)?shù)靥栔鄙漭椛渲?DNI)為2 685 kWh/(m2·a)，每年可發(fā)電4.85 億kWh。光熱電站于2011 年開工，在2016 年2 月投入運(yùn)行，電站的業(yè)主、建設(shè)方和運(yùn)行管理者都是托諾帕太陽能有限責(zé)任公司，購電方為美國內(nèi)華達(dá)能源公司。

新月形沙丘塔式光熱電站的太陽能反射鏡場(chǎng)總面積為1 071 361 m2，玻璃鏡支架數(shù)量為17 170面，每面集熱鏡面積為62.4 m2，制造商是普拉特惠特尼公司，太陽能集熱塔的高度為540 ft，圓筒結(jié)構(gòu)。吸熱和蓄熱介質(zhì)為熔鹽，熔融鹽進(jìn)入太陽能集熱塔的進(jìn)口溫度為288 ℃，流出集熱塔的出口溫度為566 ℃。汽輪機(jī)的機(jī)組容量為110 MW，汽輪機(jī)入口蒸汽壓力為11.5 MPa，采用混合方式制冷。

1.2 美國150 MW的Rice塔式光熱電站

Rice 塔式光熱電站位于美國加利福尼亞南部的Rice市，莫哈韋沙漠深處，機(jī)組容量為150 MW，光熱電站總占地面積為1 410 hm2，電站建成后將成為世界上最大的塔式太陽能發(fā)電機(jī)組，當(dāng)?shù)靥栔鄙漭椛渲?DNI)為2 598 kWh/(m2·a)，預(yù)計(jì)年可發(fā)電4.5億kWh。光熱電站于2011年1月開工，2013年10 月向該項(xiàng)目投資，在2018 年投入運(yùn)行。電站的業(yè)主、建設(shè)方和運(yùn)行管理者都是RICE 太陽能有限責(zé)任公司，項(xiàng)目總承包方為美國Pratt & Whitney電力系統(tǒng)聯(lián)合技術(shù)公司，購電方為美國太平洋煤氣和電力公司。

Rice 塔式光熱電站的太陽能反射鏡場(chǎng)總面積為1 071 361 m2，玻璃鏡支架數(shù)量為17 170 面，每面集熱鏡面積為62.4 m2，制造商是普拉特惠特尼公司，太陽能集熱塔的高度為540 ft，圓筒結(jié)構(gòu)，承造商是Pratt & Whitney 電力系統(tǒng)聯(lián)合技術(shù)公司。吸熱和蓄熱介質(zhì)為熔鹽，熔融鹽進(jìn)入太陽能集熱塔的進(jìn)口溫度為288 ℃，流出集熱塔的出口溫度為566 ℃。汽輪機(jī)的機(jī)組容量為150 MW，汽輪機(jī)入口蒸汽壓力為11.5 MPa，采用空冷機(jī)組制冷。按照汽輪機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行1 h蓄熱設(shè)計(jì)，機(jī)組效率為40%，熔融鹽比熱容為1.55 KJ/(kg·K)，則需要3 130 t熔融鹽，取3 500 t熔融鹽作為設(shè)計(jì)值。熔融鹽高溫貯罐的高度為13 m，直徑為14 m，總體積為2 000 m3，則可儲(chǔ)存3 500 t熔融鹽，熔融鹽的組分配比為40%硝酸鉀和60%硝酸鈉的混合液體。塔式光熱電站的熔鹽循環(huán)系統(tǒng)使用熔融鹽總量比槽式光熱發(fā)電站使用熔融鹽總量減少了許多，主要原因是因?yàn)樘岣吡颂柲芗療崞鞯娜廴邴}出口溫度，使單位體積熔融鹽的蓄熱量更多，降低了塔式光熱電站的設(shè)備總造價(jià)。

1.3 西班牙50 MW的Alcazar塔式光熱電站

西班牙Solar Reserve 公司于2009 年在西班牙建設(shè)了50 MW 的Alcazar 模塊化塔式光熱電站，電站位于馬德里以南約180 km 的Alcazar de San Juan 鎮(zhèn)附近，當(dāng)?shù)靥栔鄙漭椛渲禐? 208 kW/(m2·a)，塔式光熱電站利用熔融鹽作為傳熱和蓄熱介質(zhì)。電站設(shè)計(jì)蓄熱能力可使汽輪機(jī)全天24 h 運(yùn)行發(fā)電，年太陽容量因子超過80%，另外，塔式光熱電站設(shè)計(jì)采用空冷技術(shù)，用水量相當(dāng)于濕冷技術(shù)的15%。

1.4 塔式光熱電站熔鹽蓄熱儲(chǔ)能循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽能集熱器把來自低溫貯罐內(nèi)的液態(tài)冷熔鹽加熱后儲(chǔ)存在高溫貯罐中，塔式光熱電站正常運(yùn)行時(shí)，冷熔鹽經(jīng)過上升管進(jìn)入太陽能集熱器的進(jìn)口集箱，然后依次流過十余個(gè)板塊式換熱流程，被加熱后的熱熔鹽流出太陽能集熱器的出口集箱，最后經(jīng)下降管進(jìn)入高溫貯罐中。隨后熱熔鹽從高溫貯罐流進(jìn)熔鹽蒸汽發(fā)生器，加熱冷水產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行發(fā)電，而降溫后的冷熔鹽流回低溫貯罐內(nèi)。熔鹽蓄熱儲(chǔ)能循環(huán)系統(tǒng)是由低溫貯罐、高溫貯罐、熔鹽泵、熔鹽蒸汽發(fā)生器、熔鹽融化保溫裝置、熔鹽防凍與抗凍和解凍裝置、熔鹽安全防泄漏裝置、連接輸送管道和二元混合熔鹽(40% KNO3和60% NaNO3)組成。低溫貯罐與高溫貯罐均為圓形平底板和穹頂?shù)膱A柱形罐體結(jié)構(gòu)，低溫貯罐是由碳鋼制作，而高溫貯罐則采用不銹鋼制造[6]。

蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器和過熱器三個(gè)主要設(shè)備，在預(yù)熱器和過熱器內(nèi)熔鹽均走殼程、水和蒸汽走管程，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)熔鹽走管程、水和蒸汽走殼程。U 形管、單殼程的預(yù)熱器將10 MPa/260 ℃的給水加熱到接近其飽和溫度310 ℃；蒸汽發(fā)生器用于將飽和狀態(tài)的給水蒸發(fā)以產(chǎn)生高品質(zhì)的飽和蒸汽；U 形管、單殼程的過熱器可生產(chǎn)10 MPa/535 ℃的過熱蒸汽。566 ℃的熱熔鹽提供蒸汽發(fā)生系統(tǒng)所需要的熱量，熱熔鹽由熔鹽泵從高溫貯罐抽出后，依次送往過熱器的殼側(cè)、蒸汽發(fā)生器的管束、預(yù)熱器的殼側(cè)，釋放出熱量降低溫度至288 ℃后再次返回到低溫貯罐。

2 導(dǎo)熱油加熱技術(shù)在槽式光熱電站的應(yīng)用研究

槽式光熱電站是由集熱系統(tǒng)、導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)、熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)組成。電站采用導(dǎo)熱油作為太陽能集熱器的吸熱介質(zhì)，并采用熔鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)。太陽能集熱器采用槽式拋物面聚光器，槽式拋物面將太陽光聚焦在一條線上，在這焦線上安裝管狀集熱器，以吸引聚焦太陽輻射能，并且將眾多的槽式聚光器串、并聯(lián)成聚光集熱場(chǎng)的陣列。槽式聚光器對(duì)太陽輻射能進(jìn)行一維跟蹤，將太陽光聚集到管狀集熱器，從而將流入管內(nèi)的導(dǎo)熱油加熱，高溫導(dǎo)熱油進(jìn)入蒸汽發(fā)生器加熱水變成飽和蒸汽，用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。而其中一部分高溫導(dǎo)熱油通過導(dǎo)熱油/熔鹽換熱器和熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，將熱能儲(chǔ)存在高溫熔融鹽貯罐內(nèi)，以便在夜晚或雨雪天氣時(shí)釋放出熱能產(chǎn)生電力[7]。

2.1 美國280 MW的Solana槽式光熱電站

Solana 槽式光熱電站位于美國亞利桑那州鳳凰城西南70 英里的Gila Bend 附近，機(jī)組容量為280 MW，配置了兩個(gè)各140 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，Solana 槽式光熱電站是美國首個(gè)配置熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的太陽能電站，儲(chǔ)熱時(shí)長6 h。該光熱電站于2010 年底開始建設(shè)，在2013 年10 月投入運(yùn)行。美國亞利桑那州最大的電力公司APS 為該電站的PPA 簽約方，簽約電價(jià)為14 美分/kWh，承購期為30年，在30年內(nèi)的總售電收入可達(dá)40億美元。

Solana 槽式光熱電站的每年發(fā)電量高達(dá)9.44億kWh，可滿足7 萬家庭的日常用電需求。該電站總投資高達(dá)20 億美元，美國能源部貸款擔(dān)保提供14.5 億美元融資支持，Liberty Interactive 集團(tuán)在2010 年10 月份向該電站投資3 億美元，Banco Santander 集團(tuán)在2012 年4 月份向該電站投資1.25億美元。該槽式光熱電站在2013年10月7日?qǐng)A滿完成了各項(xiàng)測(cè)試和商業(yè)化運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作，測(cè)試內(nèi)容包括在接入儲(chǔ)熱系統(tǒng)時(shí)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在太陽落山后繼續(xù)實(shí)現(xiàn)6 h的電力生產(chǎn)、采用儲(chǔ)熱系統(tǒng)來快速啟動(dòng)電站運(yùn)轉(zhuǎn)等。測(cè)試成功驗(yàn)證了該電站的各種工作模式，顯示可以正式開始商業(yè)化運(yùn)行，Solana 槽式光熱電站在2013 年10 月16日正式投入運(yùn)行。

2.2 西班牙100 MW 的Andasol1、Andasol2 槽式光熱電站

西班牙Andasol1 槽式光熱電站是歐洲第一個(gè)商業(yè)化的光熱發(fā)電站，位于西班牙陽光資源豐富的Andalusia 的Guadix 附近。Andasol1、Andasol2槽式光熱電站的總裝機(jī)量為100 MW，通過配備時(shí)長7.5 h 的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在夜晚或雨雪天氣進(jìn)行連續(xù)發(fā)電，機(jī)組容量為50 MW 的Andasol1 槽式光熱電站于2008 年投入運(yùn)行，機(jī)組容量為50 MW的Andasol2 槽式光熱電站于2009 年投入運(yùn)行。2017 年全球可再生能源投資商Cubico Sustainable Investments 收購了Cobra 集團(tuán)旗下100 MW的Andasol1、Andasol2 槽式光熱電站，Cubico Sustainable Investments 由加拿大最大的兩家養(yǎng)老基金(安大略省教師養(yǎng)老金計(jì)劃和PSP Investments)支持，為其資產(chǎn)的日常運(yùn)營提供長期管理服務(wù)，是全球知名的可再生能源投資機(jī)構(gòu)。

2.3 西班牙50 MW的Arenales槽式光熱電站

西班牙Arenales 槽式光熱電站位于西班牙南部塞維利亞附近的Moron de la Frontera，機(jī)組容量為50 MW 的槽式光熱電站于2011 年開工建設(shè)，在2013 年末電站完工，于2014 年正式并網(wǎng)投運(yùn)。光熱電站采用拋物線槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，配置時(shí)長7小時(shí)的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。Arenales光熱電站EPC總包商為西班牙Ecolaire公司，該公司是OHL集團(tuán)的子公司，該光熱電站早期為德國太陽千年Solar Millenium 公司的項(xiàng)目，但在2020 年2 月全球知名的可再生能源投資商Cubico Sustainable Investments 從泛歐基礎(chǔ)設(shè)施基金Pan-European Infrastructure Fund 的手中收購了Arenales Solar 槽式光熱電站，而此次收購?fù)瓿梢彩蛊涑钟械奈靼嘌拦鉄犭娬举Y產(chǎn)提升至150 MW。

2.4 槽式光熱電站的導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與聚光集熱場(chǎng)布置

1)導(dǎo)熱油與硅油的分析及選擇

槽式光熱電站通常采用化學(xué)合成導(dǎo)熱油(聯(lián)苯—聯(lián)苯醚)作為吸熱介質(zhì)，但缺點(diǎn)是其凝固點(diǎn)較高，需要對(duì)設(shè)備與管道加裝防凝固裝置[8]；但硅油在冬天低溫零下40 ℃還能正常工作，并且硅油的最高工作溫度可以達(dá)到425 ℃，故也可以選擇硅油作為導(dǎo)熱介質(zhì)。聯(lián)苯—聯(lián)苯醚 (導(dǎo)熱油)與硅油的技術(shù)特性見表1。

采用聯(lián)苯—聯(lián)苯醚循環(huán)回路的出口溫度應(yīng)為393 ℃，則汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)是381 ℃；但是選用硅油循環(huán)回路的出口溫度為425 ℃，則汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)是412 ℃。當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)提高后，則熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿霓D(zhuǎn)化效率將會(huì)隨之提高，因此整個(gè)槽式光熱電站的光電效率會(huì)進(jìn)一步提高。另外，對(duì)于聯(lián)苯—聯(lián)苯醚的集熱溫度范圍是293～393 ℃，則集熱溫差為100 ℃；但對(duì)于硅油的集熱溫度范圍是300～425 ℃，則集熱溫差為125 ℃。相比導(dǎo)熱油而言，硅油的集熱溫差增加了25%，則硅油的吸收熱量也相應(yīng)地增大，而儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)備量是由熔鹽溫差所決定，并且熔鹽溫差則要取決于硅油集熱溫差，因此當(dāng)硅油集熱溫差愈大，則意味著儲(chǔ)備量的熔鹽溫差也就愈大。反之，當(dāng)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的同等熔鹽儲(chǔ)熱量，可利用的熔鹽溫差愈多，則儲(chǔ)熱系統(tǒng)所需要的熔鹽量也就愈少，故熔鹽的采購資金則愈節(jié)省。

表1 導(dǎo)熱油與硅油的技術(shù)特性

導(dǎo)熱油的高溫特性最需要關(guān)注的是分解產(chǎn)物，對(duì)于聯(lián)苯—聯(lián)苯醚高溫下分解產(chǎn)物主要是低廢物和高廢物。低廢物可進(jìn)行循環(huán)回收利用，即廢油回收可再生處理；高廢物只能排除在循環(huán)系統(tǒng)之外再進(jìn)行處理。同時(shí)，分解產(chǎn)物決定了每年需要補(bǔ)充導(dǎo)熱油。另外，還需要考慮導(dǎo)熱油的析氫量，導(dǎo)熱油高溫運(yùn)行時(shí)析出氫氣，將會(huì)嚴(yán)重地破壞太陽能集熱管的真空，而一旦集熱管真空被破壞之后，集熱管的傳熱特性將會(huì)遭到嚴(yán)重?fù)p壞，并且造成集熱管的設(shè)計(jì)出力持續(xù)下降的情況。因此，導(dǎo)熱油的析氫量直接決定了太陽能集熱管需要更換的次數(shù)，從而將會(huì)增加電站的投資成本。

當(dāng)100 MW槽式光熱電站采用導(dǎo)熱油(聯(lián)苯—聯(lián)苯醚)作為吸熱介質(zhì)，并配備時(shí)長10 h的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，導(dǎo)熱油用量將達(dá)到3 800 t，聯(lián)苯—聯(lián)苯醚價(jià)格為2.5萬元/t，則導(dǎo)熱油的初始采購資金是9 500萬元，如果每年按照2%～3%的補(bǔ)油率，壽命為25年的電站后續(xù)采購補(bǔ)充導(dǎo)熱油的總費(fèi)用為6 000萬元。而對(duì)于熱負(fù)荷小一倍的50 MW硅油槽式光熱電站，同樣配備時(shí)長10 h 儲(chǔ)能，硅油用量則為2 600 t，硅油價(jià)格是4萬元/t，則硅油的初始采購資金是1.04億元，若按每年1%～2%的補(bǔ)油率，壽命為25年電站的后續(xù)采購補(bǔ)充硅油的總費(fèi)用為3 900萬元。

2)導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[9]的關(guān)鍵步驟是兩個(gè)參數(shù)的優(yōu)化過程：一是導(dǎo)熱油的回油溫度優(yōu)化計(jì)算選取，二是冷熔鹽貯罐的冷熔鹽溫度優(yōu)化計(jì)算選取。這兩個(gè)參數(shù)優(yōu)化的目的是為了優(yōu)化汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)，最終的結(jié)果是為了提高汽輪機(jī)的效率?；赜蜏囟戎饕菑恼羝l(fā)生系統(tǒng)回來的導(dǎo)熱油溫度，或者是從熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)換熱完成后回來的導(dǎo)熱油溫度。因?yàn)閾Q熱器都有溫度損失，并且冷熔鹽貯罐的冷熔鹽溫度選取數(shù)值，都會(huì)決定熔鹽數(shù)量和回油溫度，另外還會(huì)影響到熔鹽儲(chǔ)熱發(fā)電這個(gè)工況下汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)。因此，這兩個(gè)參數(shù)是在進(jìn)行熱平衡計(jì)算過程中，以及優(yōu)化汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)時(shí)需要反復(fù)優(yōu)化計(jì)算選取。

3)太陽能聚光集熱場(chǎng)管道布置設(shè)計(jì)

太陽能聚光集熱場(chǎng)管道布置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)主要是太陽能集熱管內(nèi)流體偏差溫度和集熱管內(nèi)流體蒸汽壓力，同時(shí)還要考慮到流體的輸送壓力合理分配問題。在整個(gè)集熱場(chǎng)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，管徑的選取應(yīng)該是逐級(jí)遞減方式，以便控制管道內(nèi)導(dǎo)熱油流速達(dá)到2～4 m/s，從而可避免太陽能集熱管內(nèi)的導(dǎo)熱油結(jié)焦積垢發(fā)生[10]，以減少集熱管的更換次數(shù)。除此之外，整個(gè)集熱場(chǎng)管道布置原則上應(yīng)分塊布置、盡量對(duì)稱，其目的是為了管內(nèi)導(dǎo)熱油流量分配均勻與壓力分配合理。在整個(gè)集熱場(chǎng)管路布置設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能將導(dǎo)熱油回路入口的調(diào)節(jié)閥全部改換成電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而可以避免人為地多次進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，電動(dòng)調(diào)節(jié)精度通常要比手動(dòng)調(diào)節(jié)高出很多。在整個(gè)循環(huán)管路布置設(shè)計(jì)時(shí)，如果是采用聯(lián)苯—聯(lián)苯醚作為導(dǎo)熱介質(zhì)，則所有管道材料都可選擇碳鋼；但若是采用硅油作為導(dǎo)熱介質(zhì)，則輸送冷硅油的冷管道材料可以選擇碳鋼，而輸送熱硅油的熱管道材質(zhì)則需要選用合金鋼或不銹鋼[11]。

3 太陽能加熱水變蒸汽在塔式光熱電站的應(yīng)用研究

西班牙PS10 塔式光熱電站位于西班牙南部，裝機(jī)容量11 MW，電站于2007年6月運(yùn)行發(fā)電，年發(fā)電量24.2 GWh。光熱電站按照太陽能加熱水變成飽和蒸汽，再送往汽輪機(jī)中做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。光熱電站的塔高為90 m，太陽能集熱器為空腔式，其設(shè)計(jì)旨在盡可能減少輻射及對(duì)流熱損失[12]，年平均熱效率可達(dá)90%，布置在太陽能集熱器內(nèi)的4塊管板獨(dú)立布置。太陽能集熱器中產(chǎn)生的4 MPa、250 ℃的飽和蒸汽被送到汽包，從而提高了蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的熱慣性。

由汽包引出的飽和蒸汽被送入汽輪機(jī)中做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。汽輪機(jī)由高壓缸和低壓缸組成，在高壓缸與低壓缸之間設(shè)置了去濕裝置，以提高進(jìn)入低壓缸的蒸汽干度。汽輪機(jī)低壓缸的排汽在水冷凝汽器中被凝結(jié)成水，然后利用汽輪機(jī)中的兩段抽汽，其壓力分別為0.08 MPa 和1.6 MPa，對(duì)其進(jìn)行兩級(jí)預(yù)熱，最后利用太陽能集熱器中引出的一部分飽和蒸汽進(jìn)行第三級(jí)預(yù)熱，水溫被加熱到245 ℃，再與汽包中返回的水混合，其溫度變?yōu)?47 ℃，再被送往太陽能集熱器中。

為了保證塔式光熱電站的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置4 個(gè)中壓中溫水箱進(jìn)行蓄熱儲(chǔ)能，在光熱電站滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，太陽能集熱器中產(chǎn)生的部分4 MPa、250 ℃的飽和蒸汽被儲(chǔ)存在4 個(gè)水箱的蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中，該蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)可儲(chǔ)存15 MWh的熱能，可維持50%負(fù)荷連續(xù)發(fā)電50 min。

4 結(jié)語

光熱發(fā)電是利用大規(guī)模反射鏡面陣列收集太陽熱能，光熱轉(zhuǎn)換效率較高，并結(jié)合傳統(tǒng)汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)，同時(shí)配置了熔鹽蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的光熱電站可以實(shí)現(xiàn)白天黑夜24 小時(shí)穩(wěn)定輸出不間斷連續(xù)電力，因此蓄熱儲(chǔ)能型光熱電站擁有優(yōu)異的電力調(diào)度能力，并且蓄熱儲(chǔ)能型光熱電站所提供的電網(wǎng)穩(wěn)定性將會(huì)極大刺激新型風(fēng)電、光伏、光熱聯(lián)合型電站的研制與開發(fā)。隨著未來大規(guī)模風(fēng)電、光伏、光熱聯(lián)合型發(fā)電站的規(guī)劃和部署，蓄熱儲(chǔ)能型光熱電站在未來新能源體系中將會(huì)發(fā)揮巨大的作用。同時(shí)隨著光熱發(fā)電技術(shù)愈來愈成熟，光熱發(fā)電成本愈來愈低，光熱電站運(yùn)行可靠性將會(huì)得到廣泛認(rèn)可，運(yùn)營和維護(hù)效率也將會(huì)實(shí)現(xiàn)大幅度提升。配置了熔鹽蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的光熱電站在較長的時(shí)間周期內(nèi)仍然更加經(jīng)濟(jì)，并且還具備承擔(dān)基礎(chǔ)電力負(fù)荷的潛力。