舒 悅，許 強，胡巧巧

河海大學機電工程學院，江蘇 常州 213022

1 太陽能熱發(fā)電技術

太陽能熱發(fā)電技術：將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能，包括兩類：一類是利用太陽熱能直接發(fā)電，如半導體或金屬材料的溫差發(fā)電堿金屬熱點轉換和磁流體發(fā)電等；另一類是將太陽熱能通過熱機帶動發(fā)電機發(fā)電。而根據(jù)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中所采用的集熱器的型式不同，可以分為分散型和集中型兩大類。

2 太陽能熱發(fā)電的基本原理

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由聚光集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)、輔助能源子系統(tǒng)和汽輪發(fā)電子系統(tǒng)四部分組成。利用太陽能集熱器將太陽能收集起來，加熱工質，產生過熱蒸汽，驅動熱動力裝置帶動發(fā)電機發(fā)電，從而將太陽能轉換為電能。從熱力學上講，這種太陽能熱發(fā)電站也是按朗肯循環(huán)或布勞頓循環(huán)原理工作的，在熱力學原理上與常規(guī)熱力發(fā)電廠完全一樣。技術上把這種按朗肯循環(huán)或布勞頓循環(huán)原理工作的太陽能熱電轉換稱為太陽能熱發(fā)電，以區(qū)別于太陽能光伏發(fā)電。

3 儲熱系統(tǒng)的組成及設計

3.1 蓄熱技術

蓄熱儲能是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵技術。顯熱蓄熱是目前技術最成熟且具有商業(yè)可行性的蓄熱方式。顯熱蓄熱又分為液體顯熱蓄熱、固體顯熱蓄熱、液-固聯(lián)合顯熱蓄熱三種。槽式系統(tǒng)蓄熱裝置通常有兩種布置形式：間接蓄熱和直接蓄熱。塔式系統(tǒng)蓄熱裝置通常采用熔融鹽液作為傳熱介質/顯熱蓄熱材料的方式。系統(tǒng)設計中采用了雙級蓄熱流程結構，將太陽能收集到的熱量根據(jù)品位進行分級存儲，高溫熱量由高溫蓄熱器存儲，中溫部分由低溫蓄熱器存儲；蓄存熱量釋放時，高溫蓄熱器用于蒸汽的過熱過程，而低溫蓄熱器用于蒸汽的發(fā)生過程，相互獨立。

3.2 儲熱系統(tǒng)的設計

塔式太陽能熱發(fā)電熱電轉換系統(tǒng)主要由換熱器、高溫蓄熱罐、低溫蓄熱罐、水蒸汽蓄熱器、輔助加熱器、泵、汽輪機、除氧器、凝汽器等組成。而其儲熱系統(tǒng)分為高溫蓄熱系統(tǒng)和低溫蓄熱系統(tǒng)。

圖1 蒸汽蓄熱器結構圖

蒸汽蓄熱器是最典型的利用液體-汽體相變潛熱的蓄熱器，其結構如圖1。其工作原理：利用水的蓄熱能力，將熱能以飽和水的形式儲存，需要時，以飽和蒸汽的形式釋放。蒸汽蓄熱器工作時，其罐內充水最多可達幾何容積的90%，水面上部為蒸汽空間。當壓力升高時，部分蒸汽轉化成飽和水，反之，壓力下降時，部分飽和水汽化為蒸汽。飽和水和蒸汽隨壓力變化而變化。換熱器出來的過熱蒸汽由進氣管輸送進蒸汽蓄熱器，蓄熱器內溫度隨蒸汽的不斷輸入而上升，蓄熱器內的蒸汽壓力也隨之升高，水位隨之上升，稱為充熱過程。隨著排汽管自動控制閥7開度變大，飽和水迅速蒸發(fā)，產生二次蒸汽，蓄熱器內壓力下降，水位降低，即為放熱過程。

為了降低風險，可采用導熱油作為高溫蓄熱系統(tǒng)的蓄熱、傳熱介質。根據(jù)設計要求，換熱器設計參數(shù)，進行熱力計算，給出導熱油及水蒸汽的物性參數(shù)，計算出各個項目的相關數(shù)據(jù)，如最小安全系數(shù)、溫度校正系數(shù)、總傳熱系數(shù)等。

3.3 導熱油罐的設計

導熱油罐的設計思路：根據(jù)設計要求，進行相關結構的計算，然后選擇合適的材料。本文主要論述高溫導熱油罐的設計。

設計要求：工作溫度：240℃～350℃；工作壓力：常壓；工作介質：THERMINOL VP-1合成導熱油；蓄熱能力：≥1500 kWh，無太陽能輸入時，可維持系統(tǒng)繼續(xù)運行1小時；結構：高溫導熱油罐體采用立式圓筒形容器，由頂蓋、筒體和罐底三部分組成，通過支座安裝在基礎或平臺上。

結構計算：根據(jù)導熱油質量m，導熱油密度，得出導熱油體積：高溫導熱油罐容積V需乘以一個比例系數(shù)。油罐其他部件參數(shù)的計算略。

3.4 蒸汽蓄熱器的設計

熱力計算：根據(jù)熱平衡原理：蓄熱器內原有充熱水量等于產生的蒸汽量和剩余熱水熱量之和。

假設在蓄熱器中充有1kg飽和水，其壓力為P1，當壓力由P1下降到P2時，產生蒸汽g kg。則其熱平衡方程為：

4 結論

儲熱系統(tǒng)的一個特性是它儲存每單位能量所需的容積，容積越小，儲熱系統(tǒng)越好。設計一個好的儲熱系統(tǒng)，應將儲存時間長、儲存單位能量所需的容積小這些指標達到相對比較高的要求。

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