光热发电站关键设备常见问题和应对方案

姚英俊

摘 要：随着环境污染问题的日益严重，社会各界越来越关注环保技术，而光热发电技术能够将太阳能规模化地转化为电能，随着技术的发展，更是可以将白天收集的太阳能储存起来，供夜间使用。该文针对光热发电站的关键设备问题及解决措施进行了研究。

关键词：光热发电站；关键设备；应对方案

中图分类号：TE08 文献标志码：A

0 引言

从社会的发展形势来看，光热发电技术将成为未来电力行业发展的重要趋势。基于此，该文阐述了光热发电技术及系统的相关内容，提出了光热发电站关键设备常見问题的应对方案。

1 光热发电技术简介

光热发电是利用清洁能源进行发电的方式，其具有集中化、规模化特点，利用集热装置能够有效地采集并吸收其中的太阳辐射能，并将其转化成热能，在加热水、空气、导热油、熔盐等介质的情况下，通过热力转换产生水蒸气带动汽轮发电机进行发电，图1是光热发电系统构成图，其主要组成部分是集热系统、吸热系统、储热换热系统以及发电系统。光热发电技术能够应用大规模熔盐储能供热技术，可以被应用到电网一次调频、二次调频中，以满足电网用电负荷的需求。

2 常用的光热发电系统

2.1 槽式光热发电系统

槽式光热发电系统的本质是应用抛物线的光学原理，聚集太阳辐射能。其中，抛物线纵向延伸形成的平面被称为抛物面，其主要是将照射在抛物面中的太阳能聚集在交线上，并通过在交线上布置集热管来吸收太阳能，进而将太阳能转化成热能，应用到发电中。通常情况下，槽式光热发电系统的聚光比在20～80，在油作为吸热介质的情况下，聚热温度能够达到300 ℃～400 ℃；在混合硝酸盐作为吸热介质的情况下，聚热温度能够达到550 ℃。除此之外，槽式光热发电系统中有储热系统和补燃系统，其能够在夜间和多云天气环境下正常发电。

2.2 塔式光热发电系统

塔式光电发电系统是在地面上布置大量的定日镜，定日镜指的是自动跟踪太阳的球面镜群，需要在定日镜的相关位置建立高塔，并在高塔顶中安装接收器，定日镜通过反射太阳光聚集成点状，并聚焦到塔式接收器中，其中的传热介质会达到最高温，由管道传导至地面上的蒸汽发生器中而产生高温蒸汽，在蒸汽的驱动作用下通过汽轮发电机组发电。通常情况下，塔式光热发电系统的聚光比可以达到300～1 500，投射到塔顶吸热器的平均辐射热流密度会达到300 kW/m2～1 000 kW/m2，其工作温度可以达到1 000 ℃。

3 光热发电技术关键设备存在问题及解决方案

3.1 聚光器

通过相关分析发现，聚光器存在的问题主要体现在以下方面：第一，我国聚光器制造单位比较少，聚光器检测规范及其标准有待完善，且生产镜面反射率水平和大聚光器的光斑发散问题存在一定的差异，无法实现预期的聚光效果；第二，聚光器制造需要大量资金，聚光器安装和施工要求高，且定日镜的整体成本比较高；第三，聚光器镜面的清洗工作比较复杂，且需要两周清洗一次，需要耗费大量的人力，且在镜面清洁指数降低的情况下，会对反射率带来一定的影响；第四，受大风、冰雹等天气的影响，聚光器镜面稳定性要求比较高。

为了有效地解决上述问题，相关人员应该做好以下工作：首先，学习并引进先进的技术，提高自身的研发能力和制造能力，制定聚光器检测标准体系；其次，提高聚光器镜面的加工和安装技术水平，并进行消散校正；再次，为了提高聚光器的经济性，相关人员应该优化并完善模块化制造、自动化组装线、聚光器镜场布局等，并引入聚光器清洗设备，并安排相关人员定期进行清洗；最后，采用钢化玻璃、镜场设计挡风结构、优化镜面结构。

3.2 吸热器

一般而言，吸热器对材料的要求比较高，必须具备耐高温性、耐腐蚀性、耐疲劳性等特点，其高温承受能力需要达到1 200℃以上，这就需要使用镍基合金材料，象inconel625和incoloy825，但这种材料需要投入的成本多，加工难度比较大。聚光器存在的主要问题有：第一，吸热器热流密度和吸热器表面壁温的均匀性差，极易产生热辐射损失；第二，吸热器对材料的等级要求高，制造和加工技术比较复杂；第三，吸热器表面土层维护和检修工作比较困难，往往需要3年～5年进行一次维护。

为了有效地解决上述问题，相关人员应采取以下方案：第一，为了优化内部传热结构，需要进行外表面涂层；第二，引入先进的原材料和技术，象全自动焊接技术，100 %的焊口检验；第三，提高表面涂层施工的整体质量。

3.3 储热系统设备

通常情况下，储热系统的主要形式是双罐储热系统，这种系统有2个储热罐，分别是高温罐和低温罐，但其实际应用中也存在一系列问题：第一，熔盐属于储热工质，具有凝固点温度高、易凝固等特点。通常情况下的凝固点在130 ℃～230 ℃；第二，导热油热稳定性比较差，其温度需要保持在400 ℃以下，在高于400 ℃的情况下，极易被分解；第三，大型、高温（高于600 ℃）的储热罐设计和制造标准有待完善；第四，为了确保熔盐泵的稳定运行，在熔盐融化过程中，需要对热源进行加热。

针对以上问题，相关人员应该采取相应的解决措施：第一，在设计过程中，应该制定保温、预热、伴热等防凝固措施，研制低凝固点三元盐及其他储热介质；第二，及时切换镜场控制模式，研发合成高温硅油等；第三，采用国外ASME标准设计、制造；第四，选择国外进口熔盐泵配置独立的融化热源装置。

4 光热发电的技术应用前景

光热发电的技术应用前景主要体现在以下方面：第一，光热发电技术和火电厂的联合发电，将成为未来光热发电的重要趋势；第二，扩大发电站的整体规模、降低光热发电的综合成本，同时，大型的太阳能光热发电还能支持海水淡化工程，光热电站可以利用汽轮机取海水进行多效蒸馏，淡化海水；第三，建立分布式发电系统，这一系统能够有效地解决偏远山区的供电问题，我国普遍使用槽式发电系统。

5 结语

综上所述，随着人口总量的日益增加，人民群众对石油的需求量越来越多，环境污染问题越来越严重。为了有效地缓解这一现状，社会各界越来越注重环保技术的应用，光热发电在解决气候变暖问题中发挥着重要作用，能够有效地改善人类的能源结构，将成为电力行业未来发展的重要技术。

参考文献

[1]张瑞祥，张洁，包耀龙.太阳能光热发电站生产自动化系统功能设计[J].电力勘测设计，2018（8）：76-80.