太阳能热电厂原理分析
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作者:山西长风新能源产业集团
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发布时间: 2020-08-07
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太阳能热电/发电系统收集和集中太阳光，产生发电所需的高温热量。所有的太阳能热发电系统都有太阳能集热器，集热器有两个主要组成部分：反射镜（镜子），可以将太阳光捕获并聚焦到接收器上。
太阳能热发电系统使用集中的太阳能
太阳能热电/发电系统收集和集中太阳光，产生发电所需的高温热量。所有的太阳能热发电系统都有太阳能集热器，集热器有两个主要组成部分：反射镜（镜子），可以将太阳光捕获并聚焦到接收器上。在大多数类型的系统中，传热流体在接收器中加热和循环，并用于产生蒸汽。蒸汽在涡轮机中被转化为机械能，涡轮机为发电机提供动力以产生电能。太阳能热动力系统有跟踪系统，当太阳在天空中的位置发生变化时，可以使阳光全天集中在接收器上。太阳能热电厂通常有一个大的领域或收集阵列，提供热量给涡轮和发电机。美国的一些太阳能热发电设施有两个或多个太阳能发电厂，它们有独立的阵列和发电机。
太阳能热动力系统还可以具有热能储存系统组件，其允许太阳能收集器系统在白天加热能量储存系统，并且来自储存系统的热量用于在晚上或在多云天气期间发电。太阳能热电厂也可以是混合系统，利用其他燃料（通常是天然气）在太阳辐射较低的时期补充来自太阳的能量。
聚光太阳能热电厂类型
聚光太阳能热电系统主要有三种类型：
线性聚焦系统，包括抛物线槽和线性菲涅耳反射器
太阳能发电塔
太阳能碟/发动机系统
线性集中系统
线性聚光系统利用长矩形弯曲（U形）反射镜收集太阳能量。反射镜将阳光聚焦到沿反射镜长度的接收器（管）上。集中的阳光加热流经管子的液体。这种液体被送到热交换器中，在传统的蒸汽涡轮发电机中烧水发电。线性集中器系统有两种主要类型：抛物线槽系统，其中接收器管沿每个抛物线镜的焦点线放置；线性菲涅尔反射系统，其中一个接收器管位于多个反射镜上方，以使反射镜在跟踪太阳时具有更大的移动性。
线性聚光集热器发电厂有大量平行排列的集热器，这些集热器通常以南北方向排列，以最大限度地收集太阳能。这种结构使反射镜能够在白天从东到西跟踪太阳，并将太阳光连续地集中到接收管上。
抛物线槽
抛物线槽集热器有一个长的抛物线形反射镜，将太阳光线聚焦在抛物线焦点处的接收管上。当太阳在白天从东向西移动时，采集器与太阳一起倾斜，以保持阳光集中在采集器上。
由于其抛物线形状，槽可以将30到100倍于其正常强度（浓度比）的太阳光聚焦在位于槽焦点线上的接收管上，从而实现高于750°F的工作温度。
抛物线槽式线性聚光系统被用于世界上运行时间最长的太阳能热发电设施——太阳能发电系统（SEGS）。该设施有9个独立的工厂，位于加利福尼亚的莫哈韦沙漠。该系统的第一个工厂SEGS I于1984年至2015年运营，第二个工厂SEGS II于1985年至2015年运营。SEGS III-VII（3-7）分别于1986、1987和1988年上线，夏季发电容量为36兆瓦。SEGS VIII和IX（8和9）分别于1989年和1990年开始运行，每台机组的夏季净发电能力为88兆瓦。综合来看，目前运营的七座SEGS III-IX电厂的夏季净发电量约为356兆瓦，是世界上最大的太阳能热电发电设施之一。
除了SEGS，许多其他抛物线槽太阳能项目在美国和世界各地运行。美国的其他抛物线槽太阳能热电项目及其夏季净发电量和位置为
索拉纳发电站：亚利桑那州吉拉本德一座280兆瓦的双电站设施，带有储能部件
莫哈韦太阳能项目：位于加利福尼亚州巴斯托的一个280兆瓦的双工厂
创世纪太阳能项目：加利福尼亚州布莱斯的一个250兆瓦的两个工厂
内华达太阳能一号：内华达州博尔德市附近一座69兆瓦的电厂
线性菲涅耳反射器
线性菲涅耳反射器（LFR）系统类似于抛物线槽系统，因为反射镜（反射器）将太阳光集中到位于反射镜上方的接收器上。这些反射器使用菲涅尔透镜效应，它允许一个大口径和短焦距的聚光镜。这些系统能够将太阳的能量集中到其正常强度的30倍左右。紧凑型线性菲涅耳反射器（CLFR）-也称为集中型线性菲涅耳反射器，是一种在反射镜附近具有多个吸收体的LFR技术。多个接收器允许反射镜改变其倾斜角度，以尽量减少它们阻挡相邻反射镜接触阳光的程度。这种定位提高了系统效率，降低了材料需求和成本。2008年，加州贝克斯菲尔德附近建造了一座示范性CLFR太阳能发电厂，但目前尚未投入运行。
太阳能发电塔
一个太阳能发电塔系统使用一个大范围的平面太阳跟踪镜，称为定日镜，以反射和集中阳光到塔顶的接收器。太阳光可以浓缩1500倍。一些发电塔使用水作为传热流体。先进的设计正在试验熔融硝酸盐，因为其优越的传热和储能能力。热能储存能力允许系统在多云天气或夜间发电。
上世纪80年代和90年代，美国能源部与多家电力公司在加利福尼亚州巴斯托附近建造并运营了第一座太阳能发电示范塔。
2018年，美国有两座太 阳能发电塔设施在运营：
伊凡帕太阳能发电厂：在加利福尼亚州伊凡帕干湖，有三个独立的集热器场和塔，夏季净发电量为399兆瓦
新月沙丘太阳能项目：内华达州托纳帕一座110兆瓦的单塔设备，带有储能部件。
太阳能盘/发动机
太阳能碟/发动机系统使用类似于非常大的卫星碟的镜像碟。为了降低成本，镜碟通常由许多较小的平面镜组成，形成碟形。碟形表面将阳光引导并集中到热接收器上，热接收器吸收并收集热量并将其传输到发动机发电机上。在碟形/发动机系统中最常用的热机是斯特林发动机。该系统利用接收器加热的液体移动活塞并产生机械动力。机械动力通过发电机或交流发电机来发电。
太阳能碟/发动机系统总是直指太阳，并将太阳能集中在碟的焦点。太阳能碟的浓缩比远高于线性浓缩系统，其工作流体温度高于1380°F。与太阳能碟一起使用的发电设备可以安装在碟的焦点上，使其非常适合偏远地区，或者可以从一些装置收集能量，并在中心点转换成电能。
美国陆军正在犹他州图埃勒陆军基地开发一个1.5兆瓦的系统，该系统配备429个斯特林发动机太阳能电池板。
编辑：山西长风新能源产业集团综合部
