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所长基金重点项目“太阳能热发电关键技术”简介(上)
发稿时间:2013-07-12         作者:洪慧 彭烁          来源:分布式供能与可再生能源实验室     【字号:

  太阳能热发电技术是当前太阳能规模化应用的重要途径之一。但是,比常规化石燃料发电系统,太阳能热发电的设备投资达到数倍,甚至10倍以上,如此高额的装置投资成本是很难被市场接受的。鉴于此,在面向21世纪的太阳能战略规划中,发达国家将太阳能与化石燃料互补发电作为一种解决途径,得到广泛重视。2006年国际能源总署(IEA)将它列为21世纪太阳能热发电近、中期发展的主要目标。 

  在我国,70%以上的电力由燃煤电站提供,因此,光煤互补发电技术是一项符合我国近中期电力发展需求的重要技术。在光煤互补电站中,槽式太阳能集热器聚集300以下的中低温太阳热能替代部分或全部火电站的回热抽汽,为加热锅炉给水,从而使汽轮机增容,节约煤耗。但是,由于太阳辐照的时瞬性,聚光集热场的集热效率波动幅度大(从30%70%剧烈变化),导致年均集热效率低下,只有50%左右。而集热效率很大程度上决定了年总发电量和聚光集热场投资成本。因此,研制变辐照高效、低成本的聚光集热场技术成为突破当前太阳能热发电成本高的技术瓶颈的核心技术。 

  分布式供能与可再生能源实验室承担的太阳能热发电关键技术所长基金重点培育项目,属于研究所创新2020任务书中重点培育方向太阳能热利用技术。该项目的总目标为发展规模化、低成本槽式聚光器与集热场产业化核心技术,研发变辐照主动调控的聚光集热场,研制部分二维跟踪聚光器原型机和混联聚光集热流程,为国内首座MW级光煤互补示范电站提供关键技术。计划2013年完成200kW变辐照主动调控聚光集热场的研制,2015年形成我国十二五”MW级光煤互补发电示范工程的核心技术。 

  该项目从关键部件研制和系统设计等方面进行深入研究,为我国近期推进低成本、规模化太阳能热发电技术提供科技支撑。具体研究内容包括: 

  1)槽式太阳能直接发生蒸汽吸热器 

  研究变辐照的槽式真空吸热管传热强化方法,研制基于气液两相流动的15kW太阳能蒸汽直接发生吸热器(DSG),研发聚光集热与两相流强化传热耦合技术,重点解决DSG变辐照热性能低、传热恶化的技术难题。 

  2)变辐照主动调控的聚光集热场技术 

  研究变辐照聚光镜场性能规律,研制变辐照主动调控的聚光器,以及主动调控的混联聚光集热流程,研发200kW部分跟踪聚光集热场技术,重点解决聚光集热场年均聚光集热效率低的技术瓶颈。 

  3200kW变辐照聚光集热场测试调控技术 

  研究不同气象条件、运行方式下的聚光集热场变工况特性,提出变辐照聚光集热性能测试手段;研发200kW槽式太阳能聚光集热场性能测试台,为MW级太阳能与燃煤机组互补示范电站设计提供技术基础。 

  该项目拟解决的科学问题或关键技术包括: 

  1)吸热器低热损技术 

  在高密度、变化的辐射热流条件下,吸热器因汽阻、两相流动等复杂的物理环境恶劣,吸热器散射损失大,这是影响年均集热效率低下的重要原因之一。如何提高变辐照条件下槽式聚光吸热器热性能,减小散射热损失的设计方法与技术,就成为槽式太阳能热发电研究的关键技术之一。 

  2)变辐照高效光热转化集热场技术 

  现有太阳能热发电的集热场多数采用独立流程结构,变辐照时光热转化性能下降导致下游吸热器、动力岛等热性能变差。如何研制变辐照高效光热转化集热场技术,是确保后续MW级太阳能与燃煤机组互补发电示范工程的重要技术之一。 

  本项目研发工作从关键技术突破、关键部件研制两个层面展开。在关键技术层面,着重研发聚光集热与两相流强化传热耦合的DSG技术、变辐照主动调控的聚光集热场技术,为我国首座MW级光煤互补发电示范电站提供关键技术。在关键部件研制层面,研制国际首座部分跟踪、主动调控的聚光集热场。另外,为了研究聚光集热场变工况特性,研发200kW变辐照聚光集热场测试调控技术,为我国首台MW级光煤互补发电示范工程的顺利实施奠定基础。 

  分布式供能与可再生能源实验室在该领域已具备坚实的理论和实验基础,以及多套研发平台支撑,目前已完成了200kW部分二维跟踪聚光器、混联聚光集热流程的研制。正在顺利进行光煤互补的200kW变辐照聚光集热场研制、系统集成测试技术研发。本研究作为国家863项目、院重点项目的重要发展方向,具备原创性技术突破的条件,将引领国内太阳能热利用在发电领域的规模化高质应用的方向,具有良好的应用前景。 

    

 
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