光热发电按不同的接收器和聚光类型共可分为四类,即槽式、塔式、菲涅尔式和碟式四种。
接收器有固定式和移动式两种。固定式接收器与电站的聚光设备是相互独立的,这种设计便于将收集的热能传送到电力岛中,相对应的是塔式和菲涅尔式两种技术路线。移动式接收器与电站的聚光设备是联动的,这种设计能够收集到更多的热能,对应的是碟式和槽式两种技术路线。
聚光有线聚光和点聚光两种类型。线聚光下聚光器沿着单轴线追踪阳光,并将阳光聚焦在线状的接收器中,这种聚光方式较简单,对应的是槽式和菲涅尔式两种技术路线。点聚光下聚光器沿着双轴线追踪阳光,并将阳光聚焦在点状的接收器中,这种聚光方式下的接收器工作在更高的温度下,效率更高,对应的是塔式和碟式两种技术路线。
1、塔式:聚光比和效率高且技术较成熟
塔式光热发电是通过多台跟踪太阳运动的定日镜将太阳辐射反射至放置于支撑塔上的吸热器中,把太阳辐射能转换为传热工质的热能、再通过热力循环将热能转换成电能的太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统主要由定日镜场、支撑塔、吸热器、储热器、换热器和发电机组等组成。按照传热工质的种类,塔式太阳能热发电系统主要有水/蒸汽、熔融盐和空气等形式。
塔式技术路线的聚光比高(聚集到吸热器采光口平面上的平均辐射功率密度与进入聚光场采光口的太阳法向直射辐照度之比),可达到300-1000的水平,相应的系统效率也比较高,能够达到20%以上。该技术目前已发展的较为成熟,目前全球最大的塔式电站是美国的Ivanpah电站,由谷歌、NRG和美国亮源公司共同开发,总装机高达392MW,占地面积3600公顷,已于2014年1月并网发电。
2、槽式:占比最大、商业化最早
槽式技术是最早实现商业化的,也是目前在全球已经投入商业化运行中占比最多的太阳能热发电技术类型,约占80%以上。其原理是通过抛物面槽状的聚光器跟踪太阳,使得直射太阳光聚集到吸热管表面,以加热吸热管内传热流体(一般是导热油),并通过蒸气发生器产生高温高压的过热蒸汽,送至汽轮机发电机组做功发电。放热后的导热油返回抛物面槽式聚光器进行加热,形成封闭的导热油循环回路。当太阳辐照度较高时,可以将部分高温热量通过换热器存储在高温存储罐中,当太阳辐照强度较弱时,提取高温储热罐中的热量用于发电,以平衡太阳能波动对电力输出稳定性的影响。
槽式太阳能热发电系统一般由抛物面槽式反射镜、真空集热管、储热单元、蒸汽发生器和汽轮发电机组等单元组成。
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