光熱發電站關鍵設備常見問題和應對方案

姚英俊

摘 要：隨著環境污染問題的日益嚴重，社會各界越來越關注環保技術，而光熱發電技術能夠將太陽能規模化地轉化為電能，隨著技術的發展，更是可以將白天收集的太陽能儲存起來，供夜間使用。該文針對光熱發電站的關鍵設備問題及解決措施進行了研究。

關鍵詞：光熱發電站；關鍵設備；應對方案

中圖分類號：TE08 文獻標志碼：A

0 引言

從社會的發展形勢來看，光熱發電技術將成為未來電力行業發展的重要趨勢。基于此，該文闡述了光熱發電技術及系統的相關內容，提出了光熱發電站關鍵設備常見問題的應對方案。

1 光熱發電技術簡介

光熱發電是利用清潔能源進行發電的方式，其具有集中化、規模化特點，利用集熱裝置能夠有效地采集并吸收其中的太陽輻射能，并將其轉化成熱能，在加熱水、空氣、導熱油、熔鹽等介質的情況下，通過熱力轉換產生水蒸氣帶動汽輪發電機進行發電，圖1是光熱發電系統構成圖，其主要組成部分是集熱系統、吸熱系統、儲熱換熱系統以及發電系統。光熱發電技術能夠應用大規模熔鹽儲能供熱技術，可以被應用到電網一次調頻、二次調頻中，以滿足電網用電負荷的需求。

2 常用的光熱發電系統

2.1 槽式光熱發電系統

槽式光熱發電系統的本質是應用拋物線的光學原理，聚集太陽輻射能。其中，拋物線縱向延伸形成的平面被稱為拋物面，其主要是將照射在拋物面中的太陽能聚集在交線上，并通過在交線上布置集熱管來吸收太陽能，進而將太陽能轉化成熱能，應用到發電中。通常情況下，槽式光熱發電系統的聚光比在20～80，在油作為吸熱介質的情況下，聚熱溫度能夠達到300 ℃～400 ℃；在混合硝酸鹽作為吸熱介質的情況下，聚熱溫度能夠達到550 ℃。除此之外，槽式光熱發電系統中有儲熱系統和補燃系統，其能夠在夜間和多云天氣環境下正常發電。

2.2 塔式光熱發電系統

塔式光電發電系統是在地面上布置大量的定日鏡，定日鏡指的是自動跟蹤太陽的球面鏡群，需要在定日鏡的相關位置建立高塔，并在高塔頂中安裝接收器，定日鏡通過反射太陽光聚集成點狀，并聚焦到塔式接收器中，其中的傳熱介質會達到最高溫，由管道傳導至地面上的蒸汽發生器中而產生高溫蒸汽，在蒸汽的驅動作用下通過汽輪發電機組發電。通常情況下，塔式光熱發電系統的聚光比可以達到300～1 500，投射到塔頂吸熱器的平均輻射熱流密度會達到300 kW/m2～1 000 kW/m2，其工作溫度可以達到1 000 ℃。

3 光熱發電技術關鍵設備存在問題及解決方案

3.1 聚光器

通過相關分析發現，聚光器存在的問題主要體現在以下方面：第一，我國聚光器制造單位比較少，聚光器檢測規范及其標準有待完善，且生產鏡面反射率水平和大聚光器的光斑發散問題存在一定的差異，無法實現預期的聚光效果；第二，聚光器制造需要大量資金，聚光器安裝和施工要求高，且定日鏡的整體成本比較高；第三，聚光器鏡面的清洗工作比較復雜，且需要兩周清洗一次，需要耗費大量的人力，且在鏡面清潔指數降低的情況下，會對反射率帶來一定的影響；第四，受大風、冰雹等天氣的影響，聚光器鏡面穩定性要求比較高。

為了有效地解決上述問題，相關人員應該做好以下工作：首先，學習并引進先進的技術，提高自身的研發能力和制造能力，制定聚光器檢測標準體系；其次，提高聚光器鏡面的加工和安裝技術水平，并進行消散校正；再次，為了提高聚光器的經濟性，相關人員應該優化并完善模塊化制造、自動化組裝線、聚光器鏡場布局等，并引入聚光器清洗設備，并安排相關人員定期進行清洗；最后，采用鋼化玻璃、鏡場設計擋風結構、優化鏡面結構。

3.2 吸熱器

一般而言，吸熱器對材料的要求比較高，必須具備耐高溫性、耐腐蝕性、耐疲勞性等特點，其高溫承受能力需要達到1 200℃以上，這就需要使用鎳基合金材料，象inconel625和incoloy825，但這種材料需要投入的成本多，加工難度比較大。聚光器存在的主要問題有：第一，吸熱器熱流密度和吸熱器表面壁溫的均勻性差，極易產生熱輻射損失；第二，吸熱器對材料的等級要求高，制造和加工技術比較復雜；第三，吸熱器表面土層維護和檢修工作比較困難，往往需要3年～5年進行一次維護。

為了有效地解決上述問題，相關人員應采取以下方案：第一，為了優化內部傳熱結構，需要進行外表面涂層；第二，引入先進的原材料和技術，象全自動焊接技術，100 %的焊口檢驗；第三，提高表面涂層施工的整體質量。

3.3 儲熱系統設備

通常情況下，儲熱系統的主要形式是雙罐儲熱系統，這種系統有2個儲熱罐，分別是高溫罐和低溫罐，但其實際應用中也存在一系列問題：第一，熔鹽屬于儲熱工質，具有凝固點溫度高、易凝固等特點。通常情況下的凝固點在130 ℃～230 ℃；第二，導熱油熱穩定性比較差，其溫度需要保持在400 ℃以下，在高于400 ℃的情況下，極易被分解；第三，大型、高溫（高于600 ℃）的儲熱罐設計和制造標準有待完善；第四，為了確保熔鹽泵的穩定運行，在熔鹽融化過程中，需要對熱源進行加熱。

針對以上問題，相關人員應該采取相應的解決措施：第一，在設計過程中，應該制定保溫、預熱、伴熱等防凝固措施，研制低凝固點三元鹽及其他儲熱介質；第二，及時切換鏡場控制模式，研發合成高溫硅油等；第三，采用國外ASME標準設計、制造；第四，選擇國外進口熔鹽泵配置獨立的融化熱源裝置。

4 光熱發電的技術應用前景

光熱發電的技術應用前景主要體現在以下方面：第一，光熱發電技術和火電廠的聯合發電，將成為未來光熱發電的重要趨勢；第二，擴大發電站的整體規模、降低光熱發電的綜合成本，同時，大型的太陽能光熱發電還能支持海水淡化工程，光熱電站可以利用汽輪機取海水進行多效蒸餾，淡化海水；第三，建立分布式發電系統，這一系統能夠有效地解決偏遠山區的供電問題，我國普遍使用槽式發電系統。

5 結語

綜上所述，隨著人口總量的日益增加，人民群眾對石油的需求量越來越多，環境污染問題越來越嚴重。為了有效地緩解這一現狀，社會各界越來越注重環保技術的應用，光熱發電在解決氣候變暖問題中發揮著重要作用，能夠有效地改善人類的能源結構，將成為電力行業未來發展的重要技術。

參考文獻

[1]張瑞祥，張潔，包耀龍.太陽能光熱發電站生產自動化系統功能設計[J].電力勘測設計，2018（8）：76-80.