槽式太阳能蒸汽发电系统的介绍

1.发展槽式太阳能直接蒸汽发电系统的必要性

目前，世界上商业运行的槽式太阳能热发电系统普遍应用导热油作为其传热工质，但是导热油却存在着很多不足之处：①导热油在高温下运行时，化学键易断裂分解氧化，从而引起系统内压力上升，甚至出现导热油循环泵的气蚀，特别是对于气相循环系统，压力上升，则难以控制其内部温度，进而因为气夹套上部或盘管低凹处气体的寄存，造成热效率降低等不良影响，因此导热油工作槽式系统一般运行温度为400℃，不宜再提高，这直接造成导热油工作槽式系统的系统效率不高；②导热油在炉管中的流速必须选在2m/s以上，流速越小油膜温度越高，易导致导热油结焦；③油温必须降到80℃以下，循环泵才能停止运行；④一旦导热油发生渗漏，在高温下将增加引起火灾的风险。美国LUZ公司的SEGS电站就曾经发生过火灾，并为防止油的泄漏和对已漏油的回收投入大量资金。鉴于导热油工质的上述问题，太阳能专家开始考虑直接应用水蒸气作为工质进行发电。水工质槽式系统的运行温度可以达到500℃甚至更高，减少了换热环节的能量损失以及换热设备等的投资，降低了电站的成本，降低了电站的安全隐患，减少了对环境的影响，提高了电站的发电效率。因此，Cohen和Kearney于1994年提出了直接蒸汽发电槽式太阳能聚光集热器（槽式集热器）的概念，作为槽式集热器的未来发展方向。近年来，各国专家学者均将目光投向了直接以水（蒸汽）为工质的槽式DSG系统。

2.槽式DSG系统的概念和优势

槽式DSG系统是利用抛物线形槽式聚光器将太阳光聚焦到集热管上，直接加热集热管内的工质水，直至产生高温高压蒸汽推动汽轮发电机组发电的系统。其中，由聚光器与集热管组成的装置称为DSG槽式太阳能聚光集热器（DSG槽式集热器），是槽式DSG系统的核心部件。与工质为导热油的槽式系统相比，槽式DSG系统同样由聚光集热子系统、发电子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统构成，但由于利用水工质代替了导热油工质，因此没有换热环节。槽式DSG系统具有以下优势：①用水替代导热油，消除了环境污染风险；②省略了油或蒸汽换热器及其附件等，电站投资大幅下降；③简化了系统结构，大幅降低了电站投资和运营成本；④具有更高的蒸汽温度，电站发电效率较高。

3.槽式DSG系统运行模式(www.xing528.com)

Dagan和Lippke提出槽式DSG系统的运行模式有直通模式、注入模式和再循环模式3种，如图1.6所示。

图1.6　槽式DSG系统运行模式简图

在直通模式槽式DSG系统中，给水从集热器入口至集热器出口，依次经过预热、蒸发、过热，直至蒸汽达到系统参数，进入汽轮机组发电。注入模式槽式DSG系统与直通模式槽式DSG系统类似，区别在于注入模式槽式DSG系统中集热器沿线均有减温水注入。而再循环模式槽式DSG系统最为复杂，该系统在集热器蒸发区结束位置装有汽水分离器。3种模式中，直通模式是最简单、最经济的运行模式，再循环模式是目前最保守、最安全的运行模式，而由于在试验中发现注入模式的测量系统不能正常工作，因此一般认为注入模式是不可行的。由于槽式DSG系统运行中集热器内存在水-水蒸气两相流转化过程，因此其控制问题比导热油工质槽式系统更加复杂。