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(gè)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(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)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(jìn)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(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。槽式太陽能熱發(fā)電主要由四部分組成：鏡場(chǎng)、換熱系統(tǒng)、儲(chǔ)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(dǎo)熱油為代表的熱載體，利用拋物線的光學(xué)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(dǎo)熱油會(huì)吸收太陽的能量，導(dǎo)熱油會(huì)在太陽能集熱場(chǎng)的流動(dòng)過程中，溫度從290℃逐漸被加熱到390℃，然后流出太陽能集熱場(chǎng)。被加熱后的高溫導(dǎo)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(chǎng)，而換熱的水變成375℃的水蒸氣推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電;另一部分高溫導(dǎo)熱油則通過熱交換器與熔鹽進(jìn)行換熱流回太陽能集熱場(chǎng)，而換熱后的高溫熔鹽將儲(chǔ)存在高溫熔鹽罐中，待夜間無日照時(shí)與導(dǎo)熱油換熱用于夜間蒸汽汽輪機(jī)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(xué)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(huì)吸收太陽的能量，熔鹽會(huì)在太陽能集熱場(chǎng)的流動(dòng)過程中，溫度從290℃逐漸被加熱到550℃，然后流出太陽能集熱場(chǎng)。被加熱后的高溫熔鹽流入儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的高溫熔鹽儲(chǔ)罐中，其中一部分高溫熔鹽會(huì)從高溫熔鹽儲(chǔ)罐中流出在蒸汽發(fā)生器與水換熱，然后流回儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的低溫熔鹽儲(chǔ)罐中，而換熱的水變成375℃的水蒸氣推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電;另一部分高溫熔鹽則留在高溫熔鹽儲(chǔ)存在高溫熔鹽罐中，待夜間無日照時(shí)繼續(xù)輸出換熱用于夜間蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電。

傳統(tǒng)技術(shù)和新一代技術(shù)的對(duì)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(diǎn)不同。

第一，新一代技術(shù)直接采用了熔鹽代替了導(dǎo)熱油作為熱載體，熔鹽的價(jià)格一般為導(dǎo)熱油的1/6左右，這樣使整個(gè)電廠的造價(jià)大大得到了降低，另外熔鹽無爆炸性危險(xiǎn)比導(dǎo)熱油作為熱載體降低了整個(gè)太陽能光熱電廠的防火防爆等級(jí)，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(jìn)行儲(chǔ)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(jiǎn)單。

第三，采用熔鹽后，使系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)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(jì)

本控制方案是針對(duì)內(nèi)蒙古鄂爾多斯50MW槽式太陽能電站設(shè)計(jì)。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(chǎng)(SF)控制系統(tǒng)、導(dǎo)熱油(HTF)系統(tǒng)控制系統(tǒng)、儲(chǔ)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(jì)方案

本控制系統(tǒng)針對(duì)50MW太陽能電站設(shè)計(jì)。鏡場(chǎng)追日采用主動(dòng)跟蹤太陽位置方式，就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用液壓式，鏡場(chǎng)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(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，大量連續(xù)的、間斷的測(cè)量數(shù)據(jù)以及報(bào)警信號(hào)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(jìn)行運(yùn)算、處理，然后實(shí)時(shí)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(dòng)作或提醒操作人員進(jìn)行人工干預(yù)，同時(shí)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(jì)只針對(duì)太陽能鏡場(chǎng)控制、HTF換熱油控制、TES儲(chǔ)能換熱控制。

2、鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)

太陽能光熱發(fā)電中的鏡場(chǎng)部分主要功能是負(fù)責(zé)太陽能采集，4個(gè)太陽能集熱組件(SCA)組成一個(gè)回路(LOOP)，如圖2所示，由156個(gè)回路的集合構(gòu)成太陽集熱場(chǎng)區(qū)。

鏡場(chǎng)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(chǎng)就地控制系統(tǒng)由LOC(控制系統(tǒng))和就地液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成，本控制方案中LOC控制原理采用主動(dòng)跟蹤，“開環(huán)”控制方式。

考慮到鏡場(chǎng)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(diǎn)，對(duì)鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)及導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制閥門、馬達(dá)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(shí)達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低工程造價(jià)的目的。

3、導(dǎo)熱油(HTF)控制

在太陽能電站工作過程中，要保證太陽能鏡場(chǎng)出口處HTF溫度為393℃，通過調(diào)節(jié)HTF主泵的流量來實(shí)現(xiàn)，HTF主泵系統(tǒng)一般采用兩運(yùn)一備方式，當(dāng)運(yùn)行泵跳閘后，備用泵投入運(yùn)行。控制原理如圖3。

當(dāng)HTF油溫度升高時(shí)，其體積會(huì)有一定的膨脹，膨脹罐內(nèi)HTF油液位升高，當(dāng)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(dòng)閥門，將HTF油排放至溢流罐中。當(dāng)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(shí)膨脹罐內(nèi)設(shè)有充氮保護(hù)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(yùn)過程時(shí)，通過調(diào)節(jié)天然氣進(jìn)氣量和送風(fēng)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(jìn)行儲(chǔ)熱、發(fā)電。

4、儲(chǔ)熱(TES)系統(tǒng)控制

儲(chǔ)熱系統(tǒng)的控制主要是對(duì)儲(chǔ)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(chǔ)熱過程中熔鹽從冷鹽罐中經(jīng)油鹽換熱器換熱后進(jìn)入到熱鹽罐中。

在2個(gè)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(dǎo)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(chǔ)熱的過程中需要保證經(jīng)換熱后進(jìn)入熱鹽罐內(nèi)的熔鹽達(dá)到一定的溫度。由于該過程中HTF的流量取決于日照強(qiáng)度及機(jī)組負(fù)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(jì)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(duì)數(shù)百面反射鏡進(jìn)行同時(shí)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(jí)為DCS系統(tǒng)控制，DCS控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)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(shí)現(xiàn)無縫連接、統(tǒng)一管理。