從可靠性角度看太陽能熱發(fā)電體系

目前太陽能熱發(fā)電作為一種清潔能源，正在全世界范圍內(nèi)快速發(fā)展，由于技術以及發(fā)電成本的限制，真正投入商業(yè)化運行的太陽能熱發(fā)電站寥寥無幾。目前我國太陽能熱發(fā)電僅僅是處于初步試驗階段，還有很長的路需要走。

目前世界上的太陽能熱發(fā)電體系主要分為兩大類：槽式太陽能熱發(fā)電體系和塔式太陽能熱發(fā)電體系。下面就這兩類太陽能熱發(fā)電形式運行時的可靠性發(fā)表一下個人的看法。

槽式太陽能熱發(fā)電體系：

槽式太陽能發(fā)電體系主要是由大面積槽式聚光鏡、集熱管道、導熱油以及蒸汽發(fā)電模塊組成。基本發(fā)電原理是把太陽能經(jīng)槽式反射鏡的聚光效應，把太陽光的能量匯聚到處于反射鏡焦點位置的管道上，借此加熱管道內(nèi)的導熱油，導熱油可以被加熱到400~500度左右，然后經(jīng)過熱交換，把液態(tài)水加熱到可以推動汽輪機發(fā)電的熱蒸汽，下面部分就跟普通的火力發(fā)電體系相同了。在這個過程中，太陽能的光能 €H7 導熱油的熱能 €H7 蒸汽的內(nèi)能 €H7 汽輪機轉(zhuǎn)子的機械能 €H7 發(fā)電機的機械能 €H7 電能。在這個過程中，蒸汽發(fā)電部分的技術已經(jīng)相當成熟，但是前期收集熱量的技術尚處于摸索階段。

槽式太陽能發(fā)電體系需要大片的土地來安排其龐大的集熱鏡場，所以一般槽式太陽能熱發(fā)電廠需要建在比較偏僻的地方，一般會建在沙漠邊緣地區(qū)，但是這些地區(qū)一般風沙較大，并且不時會出現(xiàn)強烈的極端天氣，所以大規(guī)模的鏡場必然會受到影響。除此之外，由于集熱鏡暴露在戶外環(huán)境中，所以鏡場中的電線、軟管等設備極易遭到老鼠、野兔等野外生物的啃噬，從而對電廠的安全運行造成威脅。并且鳥類的糞便極易污染聚光鏡，這對鏡面的清潔性以及聚光效率帶來很大考驗。其次，由于導熱油管道很長，需要多處連接，其連接的可靠性也受到考驗。一旦發(fā)生管道泄漏等突發(fā)事件，如何安全的處理溫度高達400攝氏度的泄露導熱油是一大難題。因為溫度很高，所以很容易對搶修人員帶來安全威脅，輕則燙傷，重則危及生命。除此之外，如果高溫的導熱油處理不當，很可能將其他怕高溫的部件燒毀，從而給電廠帶來巨大損失。所以我們有必要制定更加嚴密的應急情況處理措施，確保即使在管道破裂的情況下在最短的時間內(nèi)把損失降到最低。筆者認為可以在管道閥門的布局和控制上做合理的規(guī)劃：每個分路的開關在緊急情況下能靈活的開關；主管路最好有并聯(lián)安全系統(tǒng)，即在主管道發(fā)生泄漏時也能選擇其他備用管路來保證正常運行；當發(fā)生泄漏的管路部分出現(xiàn)不可修復的損壞時，管道的更換一定要方便、安全；泄漏的導熱油因為溫度極高，為了保證工作人員以及其他設備的安全，最好規(guī)劃廢油回收專用通道，以便能最快控制漏油的面積。

一般太陽能熱發(fā)電場都要配備一定功率的其他常規(guī)發(fā)電形式，這樣能保證電廠運行的穩(wěn)定性和可靠性，保證不會對電網(wǎng)造成大的沖擊。并且要有足夠容量的能量儲備系統(tǒng)，以維持夜間的正常發(fā)電。由于夜間很長時間儲能系統(tǒng)得不到能量補充，這就對儲能技術提出了巨大考驗。

塔式太陽能熱發(fā)電體系：

太陽能塔式熱發(fā)電體系與槽式發(fā)電體系相比，系統(tǒng)結構更復雜，運行起來的風險系數(shù)更高，但是其發(fā)電效率與槽式相比更高。

塔式太陽能發(fā)電體系主要由大面積集熱鏡場、集熱塔、吸熱器、蒸汽發(fā)電部分組成。運行形式與槽式很相近，只不過目前塔式太陽能體系直接以水作為加熱工質(zhì)，省去了導熱油的熱交換環(huán)節(jié)，所以熱傳導效率更高。塔式太陽能體系基本原理是各個分布的集熱鏡將陽光反射到集熱塔頂部的吸熱器上，在多束太陽光線疊加下，集熱器的溫度會達到400~600攝氏度，這個溫度加熱水就能得到用來發(fā)電的高溫蒸汽。但這其中存在較多的運行可靠性問題：

由于每個反射鏡系統(tǒng)是單獨調(diào)節(jié)的，在室外多風的環(huán)境中，經(jīng)過一段時間的運行，集熱鏡的精確度勢必會降低，一個熱電廠有相當多的集熱鏡，保證所有鏡子反射角度的精確性是一件相當困難的事情。即便是調(diào)節(jié)所有鏡子精度符合要求，在定日跟蹤過程中保證每一個鏡子的準確跟蹤運行也是相當難的，這就使得塔式太陽能發(fā)電體系的可靠運行系數(shù)大打折扣，所以這的確是目前太陽能塔式發(fā)電體系存在的一個很棘手問題。其次，塔式太陽能的集熱塔一般會有上百米高，所以輸水管道的壓力會很大，給水系統(tǒng)的安全性問題不容忽視，一旦發(fā)生緊急情況，對高溫熱水以及高溫蒸汽的處理措施也要詳細考慮。由于集熱器在頂部，如果里面的水位不足，極易燒壞集熱器，所以供水的可靠性也很關鍵；與此同時，在出現(xiàn)緊急情況，快速分散所有的集熱鏡技術也需要考慮進來，如何在不對頂部集熱器造成損壞的情況下，合理安排集熱鏡的分散形式需要我們認真去研究規(guī)劃。

不論是槽式太陽能熱發(fā)電體系還是塔式太陽能熱發(fā)電體系，都處于初步發(fā)展階段，在投入商業(yè)運行之前，還有很多問題需要解決，但是我們相信太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景一片光明，在不久的將來，必將會成為可再生能源的重要構成部分。我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)仍處于探索研究階段，這需要廣大研究工作人員不斷探索研究，以推進我國太陽能熱發(fā)電事業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

（作者單位：華北電力大學）