塔式太阳能热发电优化设计方案.docxVIP

OFweek太阳能光伏网 中国太阳能光伏行业门户塔式太阳能热发电优化设计方案随着新能源被重视和全球性的太阳能投资热潮涌动，太阳能聚光热发电CSP慢慢的浮出水面。槽式线聚焦系统，碟式点聚焦系统，菲涅尔线聚焦系统和塔式固定目标聚焦系统都展示了各自的优点。国际上塔式系统在美国Solar Two 之后又出现了西班牙的PS10和PS20，2008年美国又一个新建项目esolar开始建设。但是现阶段的塔式热发电技术仍然还没有成熟，每一个系统都在不断的改变设计，采用新的设计方案。还没有一个被公认的最佳方案。我们在2008年8月建造塔式测试系统，到现在运行一年。取得了大量的研究成果，十几种反射镜方案的测试，传感器跟踪的历史性突破，定日镜结构优化的多种方案设计。经重复论证和长期测试，进一步的优化设计。放弃了追求大型化高塔设计，简化定日镜结构设计。使定日镜成本降低的同时简化了施工建设流程。对后期系统运行和运行维护的成本降低有更完善的思考。在与国际同行的交流过程中，采用GPS定位跟踪和PLC控制数据库管理优化跟踪是主流。都认为传感器跟踪是不可行的。各家公司也在传感器跟踪上都作了大量实验，都以失败告终。但是不可否认的事实是采用传感器跟踪的成本最低。我们坚持不懈的研究解决传感器跟踪的技术关键，一次又一次的突破技术瓶颈。长达五年的研发和无数次的测试。最终解决了传感器跟踪的技术难题。跟踪精度高于GPS跟踪，更重要的是跟踪稳定性和可靠性有了保证。设计思想一. 聚光式太阳能热发电首先要解决反射效率低的问题。提高反射效率所要解决的问题有两个，一个是反射镜跟踪精度，一个是跟踪丢失率（即跟踪可靠性）。反射镜92%（玻璃银镜的最高反射率）光散射3% （镜面与焦点距离越远，散射越多。3%-8%之间）跟踪丢失率8%（跟踪精度和可靠性决定的因素）合计82.1%（合计是相乘而不是相加）根据上表，由反射镜（定日镜）反射到目标焦点上的聚光率只有82.1% 。以上数据由实验得到。其中反射镜的反射率是不可改变的，光散射也是不可改变的。那我们只能在跟踪精度和跟踪可靠性上下功夫。跟踪技术就成为塔式热发电系统的关键核心。我们采用的是“相差放大”型的传感器结构，此传感器已经获得国家发明专利授权。已经申请多个国家的专利。在国际PCT检索报告中检索结果非常理想，属于原创性发明。在此传感器基础上我们采用嵌入式微处理器对传感器数据进行分析。并构建了双环路思想，即开环和闭环自动切换功能。即好于开环的GPS及PLC的固定跟踪，又好于传统传感器闭环控制。采用GPS和PLC都是开环控制的跟踪技术，其缺点是精度不足。传统传感器的精度高，但是可靠性不好，容易受环境干扰。我们的闭环控制跟踪精度已经达到0.005度。二. 利用优化设计降低成本。降低成本包括，制造成本和施工成本两部分。定日镜的大型化在电厂建设施工时安装成本高，要求施工设备大型化和重型化。我们考虑的是分解定日镜，适合安装人员操作，比如反射镜小型化，考虑施工人员所能负担的重量。工厂批量化制造流程也会降低成本。小尺寸反射镜平整度更好，能降低聚光的光斑变形率。机械传动机构的简化降低了驱动机构的成本，过去的定日镜设计追求大型化是为了分担机械部分的成本，但是系统成本却被抬高。我们简化传动机构设计，使单位定日镜面积的制造成本降到更低。多片镜小型化的设计使抗风稳定性更好。我们设计了一种测试系统，这里是测试系统的参数。1.反射镜：3.2mm厚的超白玻利，尺寸是0.6m X 0.6m 。2.定日镜：反射镜数量是80片，总面积是 （0.6m X 0.6m） X 62片 = 28.8 m2 。3.镜片排列：横向9列，竖向9行 。80片镜片。有一片的位置留给光伏电池。4.水平旋转角度：120度（90度就可以满足系统需要）5.俯仰角度：75度。向上达到水平，向下75度。6.驱动功耗：4安培小时/日。12V自备直流光伏电池，配6AH蓄电池。7.驱动机构：两套步进电机结合涡轮蜗杆减速机。步进电机采用42型，驱动电流1A。8.有效跟踪时间：不低于6.5小时/日系统测试时间2008年8月至2009年10月三. 降低定日镜驱动的能耗。定日镜独立，每一台定日镜都是一个的独立的跟踪机器人，定日镜本身配备20W光伏供电系统。取消了镜场的中央控制系统，这直接减少了系统的成本。定日镜和定日镜之间没有连线，地下埋管和电缆布线被彻底放弃。四. 反射镜对塔式系统成本的影响跟踪精度的提高又减小了塔上接收器的接收面积，塔的负重减轻进一步降低塔的建造成本，焦点能量密度高，散热面积减小，散热损失也减小。我们2008年8月建立20米高的测试塔。测试塔参数如下表：定日镜距离焦点光斑直径定日镜型号光斑偏移量安装时间25米0.8米I型（8m2）、II型（12m2）无2007年底70米1.0米III型（28.8平方米）10mm2008年7月100米1.25米II型（12m2）24mm2008年2月注：测试条件（光斑偏移量）- 中午连续运行两小时，无风条件下。)接收器采用屏式接收器350号导热油传输，0.1t/h导热油交换蒸汽发生器。测试最高蒸汽输出温度195, 塔上接收屏最高温度220。蒸汽输出表压力1MPa。以上数据可以看出。高精度高可靠性的跟踪驱动，可以使定日镜的聚光效率大幅度提升。定日镜分散镜片，可以提高抗风性能。但是又给单镜片调整增加工作量。我们实测结果是，一个熟练工人，每天可以调校两台28.8平方米的定日镜（80个镜片）。也就是100台定日镜10个工人要调五天。塔式系统综合效率分析：按照试验成功的屏式接收器为分析依据。日照条件按照1000w/m2 聚光面积70平方米，聚光倍数250。1. 接收器的吸收率 92%2. 热损失 12% （包括接收屏的热对流损失和保温损失）3. 屏式接收器表面反光损失 8%屏式接收器实际接收效率为：74.48%定日镜成本分析新的定日镜设计方案：每台定日镜反射镜采用62片，加上一片光伏电池。排列结构是：横向9列，竖向7行。最大垂直高度5米。回转体立柱高度2.8米。降低高度有利于安装施工，也有利于未来镜场的清洗维护。1. 反光镜片：采用0.6m X 0.6m 的尺寸分切镜片，浪费最小。一般原厂玻璃尺寸是1830mm X 2440mm 。每张分切出12片。超白玻璃镀银镜，加背玻璃保护（可抗风沙，30年不脱膜）。每平方米造价仅166元。合计60元（一块0.6m X 0.6m）。每台定日镜需要62片镜片。镜片总造价3720元。2. 绗架梁：每台定日镜所需绗架总重量：150Kg。全部采用热度锌工艺。加工成本800元。3. 立柱回转支撑结构：6500元。4. 跟踪及驱动：6000元。包括： a.步进电机2台，42型b.步进电机驱动器2个c.涡轮蜗杆减速机2台d.精密传动机械2套e.跟踪控制器2套5. 光伏电池及充电控制，400元。合计