浅谈槽式光热电站镜场集热器效率提升探索

浅谈槽式光热电站镜场集热器效率提升探索摘要：新能源发电领域光热发电项目是未来重点发展的方向，光热发电形式包括：槽式、塔式、线性菲涅尔式、碟式、帆式等。目前而言槽式光热发电方式是全球光热发电领域发展最成熟可靠的一种，一般而言不论槽式还是其他形式的光热发电模式，最核心的都在镜场集热器的集热效率上，以槽式光热发电厂为列太阳岛集热器主要包括：抛物镜面、液压站、集热管、倾角仪、HTF集热器温度元件、就地控制系统装置等，通过优化相关参数及优化相关设计，可以有效提升镜场集热器效率，最终达到整个电站发电量有效提高的目标。本文主要针对如何有效提升槽式光热电站镜场集热器效率展开深入的分析，旨在有效解决集热器效率低下问题，确保整个太阳岛热效率达到最优。关键词：集热器；槽式；效率；优化导言伴随着近年来新能源发电行业的快速发展，太阳能光热发电技术被越来越重视，特别是近两年新能源新上马项目如果不配备一定比列的光热、储能项目，国家不允许批复新项目。因此，太阳光热项目是未来发展的主力，由于槽式光热发电项目是目前世界最成熟的发电项目，所以，槽式光热项目是未来新能源光热领域发展的重点方向，一般光热发电核心项目最主要的是镜场集热器效率的高低，只有效提升镜场效率才能提高整个机组设备发电出力。1槽式光热电站组成部分1.1槽式光热发电生产系统主要由太阳岛、传储热岛、常规岛等三岛组成，采用导热油做为传热介质、熔融盐做为储热介质。主要发电工作原理为借助槽式抛物面反射镜将太阳光反射并聚焦到真空集热管上，加热集热管中的导热油。一部分导热油通过油水换热器将热能传给蒸汽发生系统，使蒸汽发生系统产生10.3Mpa的高压蒸汽供汽轮机发电。另一部分导热油通过油盐换热器将热能以升高熔盐温度的方式储存下来，在夜晚期间油盐换热器再将热能传递回导热油，由导热油再次通过油水换热器将热能传给蒸汽发生系统，使蒸汽发生系统产生高压蒸汽，以维持汽轮机持续供电输出。抛物面槽式太阳能光热发电项目以50MW为列，太阳岛由190个槽式回路组成，SCA集热器全场分布共计为760个。抛物面反射镜将太阳光反射到位于镜面焦线处的集热管上，聚焦太阳辐射转化为热能被导热流体吸收。目的：提高镜场集热器（SCA）吸热效率。（图中文字：solarcollectorshield:太阳能集热板，hottank：热罐，storage：储藏，coldtank：冷罐，reheater：再热器，superheater:过热器，vaporizer：蒸发器，economizer:预热器，turbine：汽机，grid：电网，generator：发电机，coolingtower:冷却塔）图一、槽式光热电站生产工艺流程图2槽式光热电站镜场效率低下的原因

2.1天气因素影响由于光热电站选址一般在光照时间长地域偏远地区，如果电站所在地区天气恶劣，特别是风沙天气较多容易造成集热器镜面扬尘落入，如果不及时有效清理将会导致集热器吸热效率低下，最终影响机组发电机出力。

2.2电气元件故障影响镜场集热器控制柜内R2继电器R2继电器所带负载是电磁阀，电磁阀属于感性负载，在触头断开瞬间回路中会产生反向的感性电动势，感应电动势产生的感应电流在触头放电拉弧，烧损继电器触头。R2继电器控制的是集热器驱动装置蓄能器出口电磁阀，集热器在东西方向与目标角度每偏差0.05度R2继电器都会动作一下，每分钟动作数十次左右，动作非常频繁。长时间频繁动作最终造成辅助触点出现触头氧化、辅助触点引线出现焊点脱焊情况，最终影响集热器正常运行。2.3油站漏油造成拒动影响集热器油站电磁阀由于安装期间及长期频繁动作，造成液压驱动装置的电磁阀阀杆处紧固螺丝有松动现象，导致内部O型圈贴合不严，在液压装置频繁加压、泄压过程中造成O型圈被刺破，进而导致油箱液压油出现泄漏，油箱油位低集热器拒动情况发生。2.4监视画面不合理由于太阳岛区域设备比较分散加之监视测点近5000个，运行人员由于监视画面比较多，所以很难及时有效的发现现场集热器故障情况，一旦长时间不能发现集热器拒动，将会影响集热器正常聚焦。2.5测温元件故障影响因素集热器在贮存位时，温度变送器接线盒信号电缆格兰头处由于安装施工不当，存在格兰头松动脱落、防护不严现象，造成雨水倒灌导致HTF温度变送器出现接地短路等故障。2.6施工质量问题在工程安装期间镜场集热器支架未按施工方案实施，由于安装期间集热器水平角度与DCS盘面设定角度稍有偏差，导致集热器无法正常聚焦，一旦大面积出现无法正常聚焦现象，将严重影响集热器热效率，最终导致机组发电出力减少。2.7镜场流量不平衡因素影响由于镜场集热器每个回路阀门受阀门开度大小影响，导致每个集热器温度高低不同，进而会影响整个镜场集热效率。3有效解决镜场集热器效率低下的措施3.1加装集热管清洗清洗管路为了有效保持镜场集热器镜面洁净度，必须采用专用镜场清洗车定期进行镜面的清洗作业，目前国内暂时没有专业的用于进行槽式光热电站集热器的清洗车，一般都购置国外西班牙进口清洗车，这种清洗车一般分为高压喷水清洗车方式和毛刷清洗方式两种，前者镜面辐射清洗效率只能达到98%。但是，这种清洗车在由于只设计了两路用于清洗集热管的喷水管路，所以在进行集热管作业过程中内侧的集热管无法达到有效清洗的目的。所以，可以根据现场情况设计加装一路针对清洗集热管内侧的喷头，可有效解集热管清洗过程中存在盲区的问题，同时，可有效提升集热管内导热油的油温，最终达到提升镜场集热效率的目的。3.2继电器回路改造为了避免继电器辅助触点长期动作造成触点氧化烧坏问题，可在R2控制回路中反向增加续流二极管，以并联的方式接到蓄能器出口电磁阀的两端与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护继电器触点不被氧化的烧坏的情况。3.3检查电磁阀O型圈针对集热器油站电磁阀漏油导致集热器经常性拒动现象，组织专人对全镜场所有集热器油站电磁阀进行排查处理，对于破损的O型圈进行更换处理，电磁阀阀杆处紧固螺丝松动的全部用套筒扳手紧固处理。3.4优化镜场画面为方便运行人员监盘需要及检修人员分析集热器健康状况情况，在DCS画面添加相关重要参数显示画面，包括集热器拒动、HTF温度、集热器角度、回路出口温度、集热器拒动等监视画面，从而方便运维人员及时有效的监视相关参数运行情况。3.5加强温度元件防护针对集热器HTF温度接线盒信号电缆格兰头松动情况，组织专人对全镜场760个集热器逐一进行排查紧固处理，对于温度变送器接线盒内积水进行处理、变送器进行修旧利废处理。3.6集热器角度修正针对集热器支架未按施工方案实施，集热器在正常聚焦时存在角度偏，导致部分集热无法有效聚焦问题，安排专人利用晴天将集热器角度设定值90°，就地用水平测量仪测量就地集热器角度与DCS设定角度是否一直，对于存在偏差的集热器在DCS逻辑内做偏置定值修正，以确保就地实际角度与DCS设定角度一定，从而达到集热器可以正常聚焦的目的。3.7镜场流量调平针对每个集热器回路温度不同的情况，一方面安排专人调节每个集热器回路进口阀门开度大小，确保集热器流量达到一个相对平衡，另一方面通过优化集热器PLC控制保护逻辑，使得达到集热器超温后及时散焦避免集热管内导热油超温、低温后及时聚焦升温的效果。4成果分析4.1通过在镜场清洗车清洗装置上加装第一路喷水管路，可以及时有效的提升集热管表面的洁净度，镜场集热器整体升温效果比较明显，通过最经济的方案达到清洗集热管盲区的目的，对于有效提升集热器集热效率方面意义重大，后期值得在槽式光热电站清洗车设计制造方面推广应用。4.2优化集热器监视画面，极大的方便和减轻了运行人的劳动强度，对于及时准确发现镜场缺陷和镜场运行工况变化提供了科学有效的依据。同时，也为检修人员分析集热器相关参数变化及故障判断提供了数据依据。4.3集热器角度修正工作，一方面可以有效解决低温回路的存在；同时，可以提高整个镜场流量，对于槽式光热集热器效率提升，有很重大的经济价值，而且，为后期槽式光热发电项目提供了可借鉴的宝贵经验。4.4通过对集热器油站电磁阀漏油，通过对全镜场集热器油站电磁阀漏油情况故障排查，能彻底解决由于电磁阀紧固螺丝松动，造成电磁阀O型圈破损的现象。从而有效减少集热器拒动现象，为镜场集热器效率提升奠定了一定基础。4.5通过对全镜场集热器HTF温度接线盒防护情况排查，彻底解决下雨天因温度接线盒信号电缆接头松动，造成温度接线盒进水损坏温度变送器的现象。可以有效减少集热器拒动现象，如果在雨季集热器在贮存位时接线盒由于密封不严导致集热器接线盒进水，将会造成温度变送器出现接地短路接线端子生锈等现象，从而造成集热器大面积拒动，那将造成影响损失比较大。4.6在继电器回路内增加续流二极管后，可以有效减少继电器辅助触点触头氧化情况。同时，通过技改继电器回路可以为公司节约生产运维成本约10万元（包括备品备件采购4万元（760个继电器）、人工劳动成本（安装）6万元，挽回的直接经济损失在每年10万元左右。如果按照正常发电机组来评估分析，全镜场由于R2继电器损坏引起的集热器拒动每天按2个回路无法正常集热来算，电量损失约0.2万KWh/天（1元/KWh），每年增加直接收入70万元。4.7通过调节优化镜场每个集热器回路调门及控制程序后，一方面可以有效提升镜场整体流量大小，加快集热集热效率；同时，可以有效减少由于温度高低不同，造成集热管内导热油裂解、变质的风险。5结束语通过对槽式光热电站镜场集热器效率提升相关问题的探索研究，一方面有效的解决和提升了槽式光热电站镜场集热效率低下的问题；同时，也有效的避免了集热器因为拒动造成集热器内导热油裂解、甚至集热管爆裂的安全风险。总之，通过对槽式光热