太阳能热发电机械跟踪驱动系统设计优秀毕业论文 可复制黏贴.pdf

工程硕士学位论文工程硕士学位论文 太阳能热发电机械跟踪驱动系统设计 machinery truck system of concentrating solar power design 周 明 周 明 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学 2011 年年 6 月月 国内图书分类号：tp273.5 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开 工程硕士学位论文工程硕士学位论文 太阳能热发电机械跟踪驱动系统 设计 硕士研究生 ：周 明 导师 ：王 扬 教授 申 请 学 位 ：工程硕士 学科、专业 ：机械制造及自动化 所 在 单 位 ：机电工程学院 答 辩 日 期 ：2011.6 授予学位单位 ：哈尔滨工业大学 classified index: tp273.5 u.d.c: 621.3 dissertation for the master degree in engineering machinery truck system of concentrating solar power design candidate： zhou ming surpervisor： prof. wang yang academic degree applied for： master of engineering specialty： automated mechanical design and manufacturing affiliation： school of mechatronic engineering date of defence： june， 2011 degree-conferring-institution：harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - i - 摘摘 要要 为提高槽式太阳能热发电系统的发电效率，常常需要使用太阳跟踪装置对 太阳进行跟踪。实际运行的槽式太阳能热发电装置需要能够承受一定的环境因 素如大风、雨雪、沙尘的影响，这使得太阳聚光器本身拥有足够的强度；另一 方面，为实现太阳聚光器对准太阳需要经常转动调整太阳聚光器。在设计太阳 能热发电跟踪驱动系统时，不仅要保证各个机械运动部分的强度，还要减小其 响应时间，增加系统的响应快速性，保证太阳能热发电系统尽可能多地收集太 阳光能量用以发电。 将液压伺服驱动系统理论应用到太阳能热发电机械跟踪驱动系统中，分析 选择机械跟踪驱动系统方案，并对系统各部分进行设计计算和仿真分析。进一 步对驱动液压伺服系统进行理论建模及仿真分析，优化各个系统参数，减小误 差，满足设计指标要求。 运用 ansys 建立关键部件的有限元模型，对其在不同的外载荷下进行静 力分析，得到装置的应力应变分布情况，得到关键部件的工作信息，为提高机 械结构性能提供依据。对太阳能热发电机械跟踪驱动系统的转轴、花键、销轴 等进行强度校核，使其满足使用要求。 提出太阳能热发电机械跟踪驱动系统的控制方案，得出目前情况下实用的 控制系统设计方案，设计程序控制方案满足系统控制性能指标，设计了智能的 软件程序，实现应对多种不同天气状况。 本文从更好利用太阳热能发电的角度，在四川省科技厅科技支撑计划项目 （立项编号：2011gz0216）的支持下，设计了自动逐日跟踪驱动系统，并通过 理论计算、仿真分析证明设计的跟踪系统能够满足技术指标要求，并进行了跟 踪驱动系统的结构设计、控制系统设计。 关键词：太阳能；跟踪驱动；槽式发电；直接驱动液压系统 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - ii - abstract in order to improve the efficiency of generate electricity of parabolic trough solar thermal power generation device, a solar tracker is needed to track the solar motion. in fact, the parabolic trough solar thermal power generation device has to resist the impact of certain environments, such as wind, rain, snow, dust etc, which requires the condenser itself should have enough strength; on the other hand, the condenser constantly rotates to pointing to the sun. therefore, when design of drive system for a solar energy generation product, we not only need to guarantee the strength of every mechanical part, but also have to reduce response time, speed up the response of the whole system, to ensure the solar energy generation absorbs solar rays as much as possible to be utilized for producing electric power. the theories of hydraulic servo system are applied in tracking drive system design. several system schemes are analyzed and the design and calculation of every part of system is also performed as well as the simulative analyses. later, we further model the direct-drive hydraulic system and simulate it, optimizing the system parameters, decreasing the error, to meet the design target. the finite element models of key components are established using ansys software, and the structure static analysis is carried out, obtaining the distribution of stress-strain and working information of the key parts, to offer reasons for improve its mechanical behavior. the strength of rotating shafts, splines, bearing pins of the drive system are also checked to meet the design requirements. the controller scheme of mechanical tracker system for parabolic trough solar thermal power generation device is proposed. a practical control system is designed and implemented to meet the system performance index. a robust control software is developed to applied to various weather condition. in this paper，better use of solar thermal power generation point of view，in sichuan province science and technology department technology support program project (project number: 2011gz0216) support，designed for automatic daily tracking drive system， and through theoretical calculation， simulation analysis shows that the design of the tracking system can meet the technical requirements， and make the tracking drive system design, control system design. keywords: solar energy, tracking drive, trough power generation, direct-drive hydraulic system 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - iii - 目 录 摘 要. i abstract .ii 第 1 章 绪 论 .5 1.1 课题的研究背景及意义 .5 1.2 国内外发展现状及分析 .6 1.2.1 槽式太阳能热发电.8 1.2.2 塔式太阳能热发电.10 1.2.3 碟式太阳能热发电.11 1.2.4 发展分析.12 1.3 跟踪驱动系统发展综述 .13 1.4 论文的主要研究内容.14 第 2 章 机械跟踪驱动系统方案设计.15 2.1 引言 .15 2.2 方案选择.15 2.3 系统初步设计.18 2.3.1 执行机构的选择.18 2.3.2 角位移传感器的选择.21 2.3.3 其它元器件的选择.21 2.4 本章小结.22 第 3 章 机械跟踪驱动系统的建模与仿真研究 .23 3.1 引言 .23 3.2 系统功能图的拟定 .23 3.3 系统数学模型.24 3.3.1 同步电动机伺服调速系统的数学模型.24 3.3.2 液压泵工作的数学模型 .25 3.3.3 泵控动力机构的数学模型 .25 3.3.4 整个系统数学模型.26 3.4matlab仿真分析 .26 3.5 本章小结.28 第 4 章 机械结构设计及有限元分析.29 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - iv - 4.1 引言 .29 4.2 总体结构设计.29 4.2.1 传动轴和转轴的设计.29 4.2.2 轴承寿命计算.32 4.3 花键轴组件强度校核.32 4.3.1 ansys 仿真模型的建立.32 4.3.2 结果分析.33 4.4 钢板支架组件强度校核 .35 4.4.1 ansys 仿真模型的建立.35 4.4.2 结果分析.36 4.5 本章小结.36 第 5 章 控制系统设计.37 5.1 引言 .37 5.2 太阳角度变化分析 .37 5.3 控制系统方案设计 .38 5.3.1 can 总线控制方案.39 5.3.2 无线控制方案.39 5.4 电机控制方案设计 .40 5.5 跟踪驱动系统工作流程 .43 5.5.1 地球绕太阳运行的规律及太阳角的计算.43 5.5.2 跟踪方案.44 5.5.3 控制系统软件设计.45 5.6 跟踪系统研制 .47 5.7 本章小结.48 结 论.49 参考文献.50 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明.54 致 谢.55 个人简历.56 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 5 - 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 课题的研究背景及意义 人类社会发展到今天对能源的需要越来越多，能源问题也是世界各国重要 的基本问题。目前人类还是以石油、天然气和煤炭等一些碳能源燃料作为主要 的能源，而作为不可再生的碳能源石油、天然气和煤炭都是有限的、不可再生 的也是全球温室效应气体的主要来源。目前估算的石油储量和可支配的化石能 源大约为 1180-1510 亿吨，专家预计本世纪中叶石油将消耗殆尽，大约有 131800-152900 兆立方米的天然气储量，估计在 2075 年左右枯竭；煤炭储量约 为 560 亿吨也仅可供应 169 年1。传统能源的有限性也促使人类不断去开发、 寻找、新的替代环保的能源。越来越多的环境问题也使得世界各国日益重视能 源对环境的影响以及可持续发展性。于是传统不被重视的风能，潮汐能，太阳 能也得到了重视，西方发达国家都把目光投向太阳能的开发利用。从有记载的 人类文明上就可以看到，人类对太阳的利用与观测直就没有停止过。但是过去 人类对太阳能的利用率是相当低的，随着人们对能源需要的增加，使得我们越 来越重视太阳能的利用，乃至将太阳能看作一种能源和动力来加以利用。全世 界的人们一年所用的各种能量的总和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之 一2，因此有很多的太阳能未被利用，而化石能源的利用即将达到极限，太阳 能可以说是以后社会能源的发展方向之一。 据科学家统计，全球煤炭和石油的发电量在上世纪 90 年代每年增长 l%， 而太阳能发电量的年增长则高达 20%，风力发电的年增长率更是达了 26%的高 水平3。在不远的将来新型环保的可持续能源与矿物能源将不分上下，减轻发 展对环境的压力。太阳是一个巨大的火球，其内部不断的核聚变反应使之放射 出了无以伦的能源，照耀了地球上的生命，万物的生长要依靠太阳，太阳的光 照能源还以碳化石的形式掩埋在地下。根据太阳能利用发展和应用的状况可以 把现代世界太阳能利用的发展大致划分为几个阶段4 。近代太阳能利用，1615 年法国工程师所罗门与德考克斯5发明太阳能抽水泵，这个抽水泵是以太阳能 作为驱动力的； 世界太阳能研究的重点时期是 19011920 年， 在这一时期太阳 能动力装置以及多样化的聚光方式得到了发展，而且平板式的集热器和低沸点 工质也得到了利用；两次世界大战期间太阳能利用的研究开发处于低潮，传统 的化石能源随着开采技术水平的上升得到了发展；19461992 年，这一期间， 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 6 - 总体来说在战后太阳能的开发利用又慢慢得到了重视，太阳能基础理论和基础 材料得到了研究，期间西方国家受中东战争影响引发了“石油危机” ，在一定程 度上促进了太阳能利用前所未有的发展，但是太阳能产品价格昂贵，相对低廉 的石油来说缺乏竞争力，太阳能利用技术没有得到重大的发展；1992 年 6 月联 合国在巴西召开了“世界环境与发展大会” 6，化石能源对环境造成的影响得 到了世界各国的关注，随之加强了对清洁能源技术的研究开发，太阳能的开发 利用也得到越来越多国家的重视。 由于地理位置不同、天体运动规律使得地球上任意一点的太阳辐射强度、 角度都不一样，为更好的收集利用太阳能，本课题研究设计一种能自动跟踪太 阳光的太阳能热发电机械跟踪驱动系统，用以实现太阳能收集利用率更大化。 本课题在四川省科技厅科技支撑计划（立项编号：2011gz0216） 、四川航 天技术研究院技术研发创新基金、 成都市温江区科技局科技计划项目的支持下， 开展太阳能热发电系统跟踪控制研究， 重点解决三方面的关键问题： 1） 低转速： 在转速很低的情况下，由于伺服电机低速运动的不平稳性及系统本身的摩擦力 等因素可能造成系统在低转速的情况下出现“爬行”现象。在跟踪系统的控制系 统设计中，可以采用动态校正系统阻尼改善系统的稳定性；通过增大开环增益 提高系统的响应速度，减小动静误差。2）大扭矩：由于跟踪系统的重量较重且 气流接触面积较大，受到的风力和自身重量的影响，跟踪系统需要承受较大的 扭矩，要求能承受 50000nm 以上的扭矩。在这样大的扭矩下系统结构的变形 会对系统的运动带来不利影响，所以必须提高系统的刚度。3）高精度：跟踪系 统的角度精度要求高达到 1.2 角分，由于系统转速低，惯量大，角度精度不易 达到。 该项目的实施将大力推动我国太阳能热利用行业的发展，与一次能源（煤 炭、燃料油、天然气等）相比，发电成本已经相当接近，而世界矿物资源正日 益枯竭，所以，从技术、成本、环保方面来分析，该项目所实施系统具有广阔 的市场空间。 1.2 国内外发展现状及分析 太阳能发电包括太阳能热发电和太阳能光伏发电，太阳能热发电与传统火 电相类似，存在不一样的地方是，太阳能热发电是通过聚集太阳辐射能源获得 热能，加热高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。按照太阳能采集方式的不同太阳 能热发电可分为：塔式太阳能热发电；槽式太阳能热发电；碟式太阳能热发电， 如表 1-1 所示。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 7 - 表 1-1 三种聚光式太阳能电站的发展状况及其优缺点 槽式 塔式 碟式 发 展 状况 中、高温过程热，联网发电运 行 （ 最 高 的 单 元 容 量 为 80mw） ， 总的装机容量为 354 mw。 高温过程热，联网运 行（最高的单元容量 为 10mw ， 另 一 个 10mw 的电站正在建 设） 。 独立的小型发电系统 构成大型的联网电站 （最高的单元容量为 25 kw， 目前设计的单 元容量为 10 kw） 。 优点 1 、 具 有 商 业 运 行 的 经 验 （1.210 kwh） ，潜在的运行 温度可达 500c(商业化运行 的温度已达到 400c)。 2、商业化的年净效率 14 %。 3、最低的材料要求。 4、可以模块化或联合运行， 可以采用蓄热降低成本。 1、 从中期来看具有高 的转化效率和潜在的 运行温度超过 1000 c（56 5c 在 10mw 的电站中实现） 。 2、可高温蓄热。 3、可联合运行。 1、非常高的转化效 率，峰值效率 30 %。 2、 可模块化或联合运 行。 3、处于实验示范阶 段。 缺点 导热油传热工质的使用限制 了运行温度只能达到 400 c， 只能停留在中温阶段。 处于实验示范阶段， 商业化的投资和运行 成本需要证实。 商业化的可行性需要 证实。大规模生产的 预计成本目标需要证 实。 利用抛物柱面槽式反射镜聚集阳光，管状的接收器置于抛物柱面的焦点集 成的线上， 太阳光聚焦将管内的传热工质加热产生蒸汽， 推动常规汽轮机发电， 这就是槽式太阳能发电；利用曲面聚光反射镜将阳光聚集在其焦点处的斯特林 发动机发电，称之为碟式太阳能热发电系统；塔式太阳能热发电系统需要有众 多的定日镜以及高塔并在其顶部放置高温集热器，定日镜发射太阳光到高温集 热器上，加热工质驱动汽轮机发电机组发电。上表列出了三种太阳能热发电发 展状况以及各自优势和缺点7。 在这三种系统中， 目前只有槽式发电系统实现了商业化。 从 1981 年至 1991 年的 10 年间，在美国加州的 mojave 沙漠共建造了总装机容量 353.8mw 的热 发电站，在这 9 座槽式太阳能发电站里（最小的一座装机 14mw，最大的一座 装机 80mw） ，总投资额 10 亿美元，年发电总量为 8 亿 kwh。太阳能热发电技 术同其它太阳能技术一样，在不断完善和发展，但其商业化程度还未达到热水 器和光伏发电的水平。太阳能热发电正处在商业化前夕，专家预计 2020 年前， 太阳能热发电将在发达国家实现商业化，并逐步向发展中国家扩展。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 8 - 1.2.1 槽式太阳能热发电 槽式发电是最早实现商业化的太阳能热发电系统。图 11 为一个槽式太 阳能热发电系统。槽式抛物面太阳光反射镜用它足够大的面积将太阳光反射聚 焦到安装在其焦线上的线形接收器（集热管）上，水在集热管内部通过，受热 转变成蒸汽，同时在热转换设备中产生高压、过热蒸汽，然后送入常规的蒸气 涡轮发电机内进行发电。槽式抛物面太阳能发电站是目前所有形式的太阳能热 发电站中发电功率最大的，其发电功率可以达到 101000 mw。通常接收太阳 光的采光板采用模块化布局，许多采光板通过串并联的方式，均匀的分布在南 北轴线方向。 为了保证发电的稳定性， 通常在发电系统中加入化石燃料发电机。 当太阳光不稳定的时候，化石燃料发电机补充发电，来保证发电的稳定性和实 用性。一些国家已经建立起示范装置，对槽式发电技术进行深入的研究。 图 1-1 西班牙 50mw 槽式热发电站 早在 1973 年石油危机的前几百年就开始了利用太阳光开发可再生能源的 研究工作了，石油危机的爆发触发了可再生能源的近代发展。最早的试验是 19 世纪 60 年代，auguste mouchout7的以太阳能为动力的第一辆汽车，在一玻璃 封闭的铁釜内生产蒸汽来驱动汽车。1907 年，在德国斯图加特的 adolf remshardt 和阿伦的 wilhelm meier 博士8， 申报了一项使用太阳能集热装置来 生产蒸汽的专利，他们采用抛物槽式接受器吸收太阳辐射，直接产生蒸汽来发 电。 1912 年 shumann 和 boys9以这个专利为基础， 设计生产了一台能驱动 45kw 的蒸汽马达泵，这台蒸汽马达泵同样使用槽式抛物面太阳能集热装置收集太阳 能，装置的总面积有 1200 平方米，长 62 米，光线总通径宽 4 米。德国议会在 1916 年为在其西南非洲领地的示范试验槽式抛物面太阳能集热装置批准 拨款 20 万马克10，由于爆发了第一次世界大战和在中东地区发现了石油，使 得这项计划没能实现。1977 年发生的石油危机，使西方国家再一次提高了对太 阳能集热装置的研究兴趣。也正是在这个期间联邦德国研究技术部和美国能源 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 9 - 部（doe）对槽式太阳能抛物面集热器的水泵循环系统和加热装置的资助一直 没有停过。国际能源机构(iem)的 9 个成员国一起合作参与于 1981 年投入运营 的一项总功率高达 500kw 的试验示范项目11； 1977 年至 1982 年， 美国 acurex 公司的 10000m 系统也在一台示范装置上装机使用。1991 年槽式抛物面太阳能 热发电站的运营在美国的加利福尼亚取得了成功，促进了发展中国家开展对太 阳能的利用， 如南欧和其他拥有丰富太阳辐射的国家。 在 1998 年以后的这段时 间里，摩洛哥和西班牙的研究计划以及在欧盟支持下的 euro trough 计划和 diss (direct solar steam)计划 12，开启了槽式抛物面太阳能热发电技术在欧洲 各国的迅速发展。 而且德国联邦议会决定在 2000 年实施一项太阳能热发电技术 的 3 年投资计划，其中槽式抛物面太阳能热发电项目的资金占到了整个计划资 金的 2 /3 13。 随着制造工艺的不断改进，建造费用由 5976 美元/kw 降低到 3011 美元 /kw，发电成本由 26.3 美分/kwh 降低到了 12 美分/kwh14。当发电成本降到 8 美分/kwh 时，太阳能热发电可与常规矿物能源发电相媲美。随着热能存储设 备的加入，可使槽式发电的效率比最初提高 7%，可使一个 80mw 的发电站的 光电转换效率达到 13.8%。热能存储设备可以存储剩余的热量，保证发电的平 稳，同时它也为独立的太阳能发电提供了保障。当前正在发展的技术方向为直 接蒸汽（dsg）技术。典型的 ptc 发电厂动力范围 30-150mw，工作温度约为 400c。如表 2 所示为目前世界上太阳能槽式发电站列表。 表 1-2 世界槽式太阳能热发电站列表 名称 地点 发电功率(mv) 运行模式 coolidge 美国 0.15 太阳能 sunshina 日本 1 太阳能 iea-dcs 西班牙 0.5 太阳能 step-100 澳大利亚 0.1 太阳能 seg 美国 14 混合 seg 美国 30 混合 seg - 美国 30 混合 seg - 美国 30 混合 seg 美国 80 混合 seg 美国 80 混合 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 10 - 1.2.2 塔式太阳能热发电 运用相当数量的定日镜镜场来收集太阳光投射到装在塔顶上的中央热接 受器以接收太阳的聚光能量用以发电的系统称为塔式太阳能热发电系统，通常 这样的接受器可以产生 1100c 的高温，收集到 100mw 的辐射功率，如图 1-2 所示。 图 1-2 西班牙 ps10 塔式电站 原苏联在 1950 年设计了塔式太阳能热发电站的小型模型，并以此为基础 开展研究探索15，其后法国建造了功率 1mw 的塔式太阳收集炉16,17，世界各 太阳能塔式发电站简介如表 1-3 所示。 表 1-3 世界太阳能塔式热发电站 名称 地点 发电功率(mv) 运行模式 eurelios 意大利 1 水/蒸汽 sunshine 日本 1 水/蒸汽 iea-dcs 西班牙 0.5 钠 solar-0ne 美国 10 水/蒸汽 cesa 西班牙 1.2 水/蒸汽 themis 法国 2.5 熔盐 msee 美国 0.75 熔盐 ses-5 俄罗斯 5 水/蒸汽 phoebus-tsa 西班牙 2.5 空气 solar two 美国 10 熔盐 最初的塔式太阳能热发电技术采用蒸汽直接推动汽轮机发电；但是由于太 阳光线变化快，热量损失大，蒸汽参数很难把握。上世纪 90 年代初，美国它改 用开始使用盐熔液作为热载体，由硝酸钾、硝酸钠和氯化钠构成盐溶混合物热 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 11 - 介质，因其价格低廉、热传导性良好而取代了传统的水介质。但是由于熔盐的 凝固点（120c140c）相对较高，需要解决管路预热问题。在盐塔式太阳能 热利用发电站里， 熔盐通过泵从冷盐储存器输送到接受器中加热， 温度从 265c 升到 565c，然后送到热盐储存器里，通过热交换产生蒸汽，放热冷却后又重 新回到冷盐储存器里18。1996 年至 1999 年间美国建造的两个 10mw 电站的运 行结果表明，这种设备对技术故障的承受能力很差，必须防止腐蚀，并在接受 器管路中使用了新材料。上世纪 80 年代后期，有人提出采用空气作为热载体； 空气的工作温度范围大、无毒性、操作简单，可以直接利用高温空气驱动燃气 轮机，效率更高还能与蒸汽驱动的汽轮机相连；在这种工质使用中，聚焦的光 线被投射到一种透气材料，流动的空气通过材料，由于空气与材料的接触面很 大，所以传热效率既高又快，以至于可以把空气加热到 700c 的高温19,20。目 前，美国的太阳 2 号电站是最为典型的塔式太阳能热发电站，它以太阳 1 号电 站运行经验为基础，是塔式太阳能热发电站商业化的先导工程。 1.2.3 碟式太阳能热发电 碟式 （又称盘式） 太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统， 如图 1-3 所示，其基本原理是将入射的太阳辐射汇聚在焦点处以产生较高的温 度利用于发电。目前的太阳能发电系统中其太阳能发电效率最高可以达到 29.4 。系统的核心部分包括聚光器、吸热器、热电转换装置。碟式系统的主要作 为小型发电的使用场合，作为小型电源为无电边远地区供电，单个功率为 10 25kw，如把数台至十台装置并联起来，则可以组成小型的太阳能热发电站，为 大用电户提供电源。 图 1-3 碟式抛物面太阳能发电 碟式太阳能聚光形式的利用最早要算是巴黎， 1878 年巴黎建立了一个小型 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 12 - 的利用碟式抛物面反射镜聚焦太阳能的动力站，它将聚焦的热量加热蒸汽锅炉 产生蒸汽，最终驱动互交式蒸汽机运行实现太阳能的利用21。1983 年美国加州 喷气推进试验室完成的碟式斯特林太阳能热发电系统 22。美国工程师在 1901 年成功研制了利用 70 平方米的太阳聚光集热器加热太阳能蒸汽机的装置， 这个 装置在加州实验时功率达到了 7.35 kw 23。1992 年，德国一农工程公司开发的 一种盘式斯特林太阳能热发电系统，其特征是采用碟（盘）状抛物面镜聚光集 热器，一种光点聚焦的集热器，其聚集的光点可使传热工质加热到 750左右， 驱动发动机进行发电。这种系统可以独立运行，也可以并网发电该公司计划用 100 台这样的发电系统组建一座 1mw 的碟式太阳能热发电示范电站24。 与 cummins 公司合作的美国热发电计划， 使用了 7 千瓦碟式斯特林发电系 统，共投入经费 1800 万美元。1996 年 cummins 研制出 7 台碟式发电系统并交 付电力部门和工业用户使用，cummins 预计 10 年后生产将超过 1000 台。美国 热发电计划还同时开发了 25 千瓦的碟式发电系统， 对大规模的离网和并网应用 也更为灵活26。表 1-4 为世界太阳能碟式热发电站简单对照。 表 1-4 世界碟式太阳能热发电站 名称 地点 发电功 率(kw) 采光口面 积(m2) 反射镜类型 工作 介质 vanguard 美国 25 91 平面玻璃镜 氢 ncdonnel 美国 25 91 平面玻璃镜 氢 sbp 沙特 52.5 227 镀银玻璃与钢板结 合，张膜结合 氢 sbp 西班牙、德国 9 44.2 镀银玻璃与钢板结 合，张膜结合 氢 cummins cpg 美国 7.5 41.5 镀铝塑料与钢板结 合，张膜结合 氢 aisin/miyako 日本 8.5 44 镀铝塑料与钢板结 合，张膜结合 氢 stm-pcs 美国 25 44 镀铝塑料结合 氢 1.2.4 发展分析 对比目前三种聚光形式的太阳热发电系统，具有比较优良的性能指标的是 配以斯特林发电机的抛物面盘式热发电系统，但其主要适用对象还是边远地区 的小型用户独立供电，大规模发电的应用成熟度则略显不足。就成熟度而言塔 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 13 - 式热发电系统的目前不如抛物面槽式热发电系统，而应该指出是无论塔式、槽 式或者是盘式太阳能热发电技术同样受到世界各国的重视，并正在积极开展研 究工作。美国政府的太阳能热电发展计划并列塔式、槽式和盘式三种热发电技 术，目的在于满足不同高层应用的需求27。 与国外对槽式太阳能热发电技术在材料、设计、工艺及理论方面进行了长 达 20 多年的研究相比， 太阳能热发电在我国起步较晚。 在槽式太阳能热发电当 中跟踪驱动装置、线聚焦集热管、聚光镜片三项核心技术是实现槽式太阳能发 电能力和效率的重点和难点。目前我国在太阳能热发电领域中，大力发展槽式 太阳能热发电是当前阶段比较符合国内产业发展的方向。我国槽式热发电的产 业基础已经存在，上下游产品供应也可以得到保障。 1.3 跟踪驱动系统发展综述 由结构支架、反射镜和集热管组成的聚光器在太阳跟踪系统的指引和控制 下，绕轴转动跟踪太阳，最大限度地利用太阳光的能量，图 1-4 展示了目前世 界上使用的三种主要类型聚光集热器。其中由结构支架和太阳光跟踪装置一起 组成的机械跟踪系统称为槽式太阳能热发电机械跟踪系统（简称 mts） ，是反 射镜和集热管的承载机构，同时也是聚光器的结构骨架和运动执行部件，是槽 式太阳能热发电核心技术的关键部件之一，在槽式太阳能热发电电站建设成本 中占 1/51/3。 由于 mts 是与槽式太阳能热发电技术的其它核心部件紧密相关 的配套技术，目前国内还没有相关的企业专门研发生产 mts，一些科研院所做 了一些基础性的研究工