槽式太阳能热发电中的控制技术及研究进展

　　0 引言

　　随着我国对能源安全与生态环境的日益重视，对可再生能源的研发投入也越来越大。其中太阳能热发电技术是一项具有大规模化能力，在近期内可步入商业化的技术，是能源技术发展的热点，也是国际太阳能技术发展的重点。经过一些发达国家的持续研究，目前已开发出多种形式的太阳能热发电系统，单级容量从千瓦级发展到兆瓦级。按集热器类型的不同，聚光式太阳能热发电系统可分为槽式系统，塔式系统和碟式系统三大类[1]。

　　槽式太阳能热发电技术是目前最为成熟的太阳能热发电利用技术，目前只有槽式太阳能热发电实现了商业化运行。LUZ公司于1980年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业化运行。美国加利福尼亚从1991年开始运行的由9个槽式系统组成的太阳能热发电站总装机容量达354MW，年发电量10TWh，至今运行良好。1998年起，欧洲框架计划资助西班牙开发新一代抛物线聚光镜，以提高槽式太阳能热发电系统的效率和降低系统成本[2]。

　　我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚，一直局限于小型部件和材料的攻关项目，研发远远落后于一些发达国家。近年来我国对太阳能热发电的研究取得到了一定的发展。2007年张耀明院士主持建设的国内首座塔式70千瓦太阳能热发电系统通过了鉴定验收，在我国太阳能热发电领域走出了“开创性的一步”。中科院广州能源研究所在综合调研的基础上，在槽式太阳能热发电领域开展了相关的研究，并取得了初步进展。

　　槽式太阳能热发电系统的研发及应用涉及到多个学科领域的知识，具有多项关键技术，包括聚光器和吸收器的研制，高效换热系统的研制，热能储存技术，控制技术等方面。由于控制技术对整个发电系统安全高效运行的重要性，本文主要对槽式太阳能热发电系统及其控制技术进行研究。

　　1 槽式太阳能热发电系统

　　建于西班牙的Acurex槽式太阳能热发电系统框图如图1所示[3]。借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电。作为太阳能量不足时的备用，系统配备有一个辅助燃烧炉，用天然气或燃油来产生蒸汽。

　　图1 Acurex槽式太阳能热发电系统框图

　　图2 槽式太阳能直接产生蒸汽发电系统

　　图2所示的槽式太阳能直接蒸汽发电系统具有三种工作模式，分别称为直通模式，注射模式以及循环模式[4]。直通模式中的水经过预热，蒸发和过热后直接推动汽轮机发电，该模式最简单，投资较少，但控制复杂。注射模式中水分别从集热管不同的地方注入，该模式的正常运行需要必要的测试系统，由于系统的复杂性和系统投资较大，该模式已经不具有竞争力。循环模式是目前最有竞争力的方式，在集热管路的蒸发段的末端安装一个水汽分离装置，注入到蒸发段的水量大于系统可以蒸发的水量，过量的水就通过分离器被循环泵送到集热环路的进水入口段。而蒸汽经过水汽分离器进入到集热管的过热段，这种模式具有高度可控性，但是有循环管路的存在以及水汽分离装置等增加了系统的投资。