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新im体育网站:研究 太阳能光热发电技术应用环节存在的问题及改进

发布时间:2022-08-09 01:24:24 | 来源:新im体育 作者:新im体育平台

  在这一背景下,包含太阳能在内的各类可再生清洁能源已成为全新的开发领域,其在能源应用中的占比持续提高,而业内也在逐步加大对太阳能光热发电技术的研究力度,但依然存在有待解决的问题。

  鉴于此,本文首先阐述太阳能光热发电技术的原理、技术类型及特征,再梳理该项技术的应用现状,最后探讨基于现有问题的改进策略,旨在推动我国太阳能光热发电产业的发展。

  再生清洁能源的开发与利用是缓解能源危机的重要途径,在该技术领域中,太阳能光热发电技术具有举足轻重的地位,通过对该项技术的优化,能够充分发挥太阳能的利用价值,以节能型的方式发展,减轻生态环境污染,给社会的可持续发展提供“动力支持”。

  太阳能光热发电技术的应用以反射镜为基础,利用该装置收集太阳光能,再通过相应装置的协同作用,实现太阳能向热能的转化,此过程中形成中间产物,即蒸汽,能够促进热力循环系统的运行,将热能转化为电能,向存在需求的用户侧供电。

  通过先进装置的配套使用,可解决以往硅晶光电转换中资源浪费量大、效率低等问题,同时热能储备装置可以持久性地储存能源,满足阴雨天气的电能生产及供应需求,这打破了发电受限于时间和空间的局面。

  以抛物面聚光槽和中高温真空集热管为核心,通过蒸汽涡轮发电装置等相关辅助装置的配合,共同组成槽式光热发电系统。

  以抛物面聚光槽为的核心组件,由表面处理的金属薄板为原材料制作而得。其通过单轴跟踪装置的应用,能够使太阳光向集热管反射,大幅提高管内油体温度,并在营造高温环境后,让油体发生物化反应,从而产生丰富的蒸汽,由此形成蒸汽动能,促进涡轮发电机的运行,产生电能。

  此外,系统内配置丰富的储热管,内部有熔融盐介质,可以高效储存热能,遇阴天等无阳光的天气时可以释放热能,满足发电需求。

  以平面镜和中央集热塔为核心,辅以其他附属装置,组成塔式光热发电系统。其中,平面镜配置了丰富的双轴太阳能跟踪系统,整个平面镜的工质加热温度可达到800 ℃;中央集热塔的塔顶处存在吸收器,塔周边有定日镜,该装置可高效吸收太阳光能,将其汇聚至塔顶接收器内。

  随着太阳光的持续照射,塔体内腔的温度大幅提高,加之工质加热温度较高的特性,可以持续释放高温蒸汽,产生的蒸汽动能可促进汽轮机的运转,最终产生电能。

  碟式反射镜、接收器和发电机为核心装置,通过彼此间的协同作用,共同推动碟式光热发电系统的运行。其中,碟式反射镜可按照特定的规律发生旋转运动,充分汇聚太阳光能,使其聚集在某特定的点上。接收器的特性在于其导热工质温度较高,通常可达到750℃,因此能够产生丰富的蒸汽动能,带动发动机的运转。

  碟形反射镜具有灵活性,在太阳光线发生变化后,能够及时转动,同时太阳能接收器也可发生运动,在该作用机制下,可解决太阳光线余弦效应损失的问题,有利于提高太阳光能的转化效率。

  该系统是槽式太阳能热发电系统的简化形式,由弹性较强的条形平面反射镜代替精度较高的曲面反射镜,条形反射镜可以对太阳活动实现追踪,并将太阳辐射聚集在吸热管,促进传热流体的温升,同时在形成热力循环机制后有效发电。

  线性菲涅尔光热发电系统的显著特性在于结构简单、运行稳定、资源消耗量少,而局限之处在于聚光比和光电效率均较低。

  太阳能的热能向电能的转化需得到配套设备的支持,聚光、跟踪、接收、转换等过程中,设备的运行状态将对太阳能热发电的质量造成影响。针对此,需要正视设备的种种问题,采取针对性的处理措施。

  聚光器的主要问题有:①国内在聚光器制造领域的厂家相对有限,需要切实提高聚光器的标准,突破现有技术的束缚,提高聚光器的生产水平,切实解决光斑发热等问题;②聚光器的制造精度较高,需为之投入大量的成本,由于此方面的限制,导致市面上聚光器产品的品质普遍偏低;③聚光器镜面的清理流程错综复杂,且对人力资源要求较高,应配备充足的高素质人员,而我国现阶段此类领域的人才总量依然有限;④聚光器对天气较为敏感,易影响镜面的稳定性,导致其无法正常运行。

  对于上述问题,需从如下几方面寻找突破口:①有关人员需要向外界学习,从国外同行中汲取经验,提高自身技术水平;②切实提高聚光镜面的制造水平,保证制造的精度,从源头把控产品的品质;③在不影响聚光器质量的前提下,最大限度降低成本,同时可朝模块化、自动化组装等方向发展,材料方面则可以选择高性能的钢化玻璃,将其作为挡风结构使用。

  吸热器的运行环境特殊,要求材料具有足够的高温稳定性,以便有效承受1200 ℃以上的温度,且可以兼顾抗腐蚀性和耐疲劳的双重要求。从应用效果来看,镍基合金材料较为合适,但其不足之处在于材料成本过高,无法让该材料在吸热器制造领域得到广泛应用。

  总体来看,吸热器的问题主要体现在:①吸热器表面壁温的均匀性欠佳,易出现热辐射损失的情况;②吸热器对材料的要求较高,但难以寻找到兼顾材料质量和经济效益双重要求的材料,且制造流程复杂;③吸热器出现故障后,其维护与检修的工作难度加大,难以尽快恢复至正常使用的状态。

  对于吸热器的种种问题,应做好多方面的工作:①优化内部传热结构,具体可采取外表面涂层的方法;②对材料做到优中选优,充分发挥材料的应用优势。

  储热系统通常配备有2 个储热罐,其主要问题有:①熔盐具有储热的特质,随着使用时间的延长,易发生凝固;②导热油缺乏足够良好的热稳定性,在温度达到400 ℃以上时,易出现极速分解的情况;③现阶段,在大型储热系统设备的设计标准和设计水平方面尚有诸多不足之处。

  对于此类问题,需要做好:①合理应用防凝固措施,并引入更加稳定的介质,例如低凝固点三元盐;②在现有基础上优化对镜场的控制模式;③引进国外先进的融化热源设备,与此同时加大自主研发力度。

  现阶段,我国的太阳能光热发电技术取得较好的发展成果,但相比日本、美国等发达国家而言,技术水平滞后的问题依然存在,尚有较大的进步空间。为促进太阳能光热发电技术的深度发展,我国相继出台了推动性政策,这给行业的发展创设了全新契机。

  随着太阳能光热发电产业应用优势的逐步显现,宏观法律条例也持续完善,但需明确的是,相关政策的覆盖面依然有限,其普遍局限在引导性政策、研发支持类政策、市场引导类政策的层面。在此环境下,太阳能光热发电产业的发展活力是难以充分释放的。

  虽然光伏发电补贴电价的法律法规有完善的空间,但现阶段该产业已经出现电价标准下浮调整的情况,而反观太阳能光热发电产业,与之相配套的电价补贴政策依然较为模糊,由此抑制了太阳能光热发电产业的发展。

  太阳能光热发电技术的基本工艺流程在于“太阳能→热能→电能”,在整个流程中涉及多种细分技术,且需得到硬件的支持。但是,我国在此方面尚处于发展初期阶段,产业链在商业化的发展方向下仍不够成熟,因此该业态在国际商业市场竞争环境中缺乏核心力量,未来的发展任重道远。

  太阳能光热发电站可细分为集热、传热、蓄热等多个专业的内容,但其与传统的电力产生模式存在显著的差别,需做好跨学科整合工作。

  纵观现状,商业化的光热发电站建设规模有限,部分已运营的光热发电站缺乏集成经验,且不同地区的气候环境各异,这导致其运营管理难度大幅增加。

  核心技术是太阳能光热发电产业得以持续发展的关键支撑,但在技术壁垒的背景下,加之我国在太阳能光热发电领域起步迟、研发力度不足等种种现状的限制,导致行业技术难以取得突破式的发展。

  太阳能光热发电产业的体量有限,产业链的完整性不足,核心技术的发展进程中难以得到客观事实的反馈,技术的研发缺乏准确的指导方向,进而影响产品服务的品质,行业的发展缺乏均衡性。在该局面持续存在的背景下,太阳能光热发电技术的受限因素增加,产业体系的发展较为疲软,缺乏蓬勃的活力。

  国内多数大型企业在经过持续的技术研发后,相继投产太阳能光热发电设备,以期打破设备依赖进口的发展格局,实现设备本土化的发展目标。同时,以专项财政补贴、降低税收标准为代表性的宏观政策持续推出,政策的有力引导进一步促进了光热发电产业的发展。

  在全面开发利用可再生清洁能源的战略前提下,太阳能光热发电的技术形式以及产业形态均有所突破。在后续的发展中,政府部门、企业需积极携手,落实宏观发展战略,以总体发展方向为引导,并关注发展矛盾,从源头上消除产业发展进程中的不稳定因素以及阻碍因素。

  与此同时,技术人员也应在加大研究力度的同时,加强研发核心技术,以进一步在技术驱动下实现自主发展。

  综上所述,太阳能光热发电技术是缓解能源危机的关键手段,但我国在此方面的起步时间较晚,技术、硬件等方面依然有不足之处。对此,政府部门应起到引导作用,调动企业及科研人员,共同参与到太阳能光热发电产业的发展中,通过政策的推行、资金的支持以及人才的培养,逐步提高太阳能光热发电技术的应用水平,积累发展经验,实现突破式发展。

  注:本文转自《节能环保》杂志,联合作者为中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司黎建锋、牛安勇。转载此文是出于传递更多信息之目的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请作者与本网联系。

  由中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、CSPPLAZA光热发电平台共同主办的2022中国风光热互补新能源基地开发大会将于1月6日-1月7日在西安召开。

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