條式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電

條式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電條式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電簡(jiǎn)稱(chēng)條式發(fā)電。條形線性菲涅耳反射式聚光裝置的聚光比為35~100，聚光溫度在300度左右，因此條式發(fā)電屬于中溫太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電。條式太陽(yáng)能發(fā)電站的系統(tǒng)組成與工作原理1.電站系統(tǒng)組成條式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電站由五部分組成：條形菲涅耳反射式聚光裝置，塔桿頂接收器，儲(chǔ)熱裝置，熱動(dòng)力發(fā)電機(jī)組，監(jiān)控系統(tǒng)。條式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電站系統(tǒng)除去條形菲涅耳反射式聚光裝置和塔桿頂接收器外，其他的儲(chǔ)熱裝置和熱動(dòng)力發(fā)電機(jī)組與槽式發(fā)電或塔式發(fā)電相同或相近。2.電站工作原理?xiàng)l式太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電的基本工作原理是，應(yīng)用條形線性菲涅耳反射式聚光裝置，將太陽(yáng)直射輻射聚焦到塔桿頂接收器上，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生濕蒸汽，再經(jīng)過(guò)熱，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。提出條式發(fā)電的原因，在于和槽式發(fā)電相比，可以有效的降低太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電站的比投資。條形線性菲涅爾反射式聚光裝置1.線性菲涅爾反射聚光原理傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡是菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)的第一聚光形式，它的依據(jù)是光通過(guò)不同界面時(shí)產(chǎn)生折射，從而達(dá)到聚光的目的。其工作原理十分簡(jiǎn)單：假設(shè)一個(gè)透鏡的折射能量?jī)H僅發(fā)生在光學(xué)表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度。另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個(gè)平面上。如下圖：從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個(gè)凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點(diǎn)，也就是透鏡的焦點(diǎn)。每個(gè)凹槽都可以看做一個(gè)獨(dú)立的小透鏡，把光線調(diào)整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。設(shè)想將眾多的條形平面鏡中心軸按設(shè)定的型線排列，例如圓、拋物線或直線，采用跟蹤裝置使各條形平面鏡的鏡面跟蹤太陽(yáng)視位置，共同瞄準(zhǔn)目標(biāo)，同樣可以達(dá)到聚光的目的。若其中心軸按圓排列，具有圓面反射聚光特性，若按拋物線排列，則具有拋物面發(fā)射聚光特性，若按直線排列，則具有線性菲涅爾反射聚光特性。只是這種聚光不像拋物面鏡那樣，聚為一焦點(diǎn)或一焦線，而是匯聚在與條形平面鏡寬度相關(guān)的焦面上。2.條形反射鏡的方位和鏡面布置條形鏡的方位可以有兩種布置方法，即水平東西向布置和傾斜南北向布置。這一點(diǎn)和槽型拋物面聚光器的布置具有相同或相似之處。（1）水平東西向布置如圖所示為條形聚光裝置反射鏡陣列的水平東西向布置設(shè)計(jì)。若接收器塔桿高度10米，相鄰接收器塔桿之間的間距為50米，中間布置48面條形反射鏡，鏡面寬度為1米，這種鏡面布置方式，就等價(jià)于焦距為10米的槽型拋物面聚光器。（2）傾斜南北向布置如圖所示為條形聚光裝置反射鏡陣列的傾斜南北向布置，傾角為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?。通常將條形鏡裝設(shè)在傾斜支架上，也可順地勢(shì)坡度，利用自然條件的便利架設(shè)條形鏡陣列。鏡面做單軸跟蹤。這種布置，可以增大條形鏡陣列冬季和全年對(duì)太陽(yáng)輻射的采集能量。陣列背端的固定反射鏡，主要用于降低條形鏡的安裝傾角，以及在特定情況下將來(lái)自條形鏡的反射太陽(yáng)輻射做二次反射到接收器。鏡位布置設(shè)計(jì)在條形聚光裝置反射鏡陣列中，每面條形鏡的鏡面相對(duì)于塔桿接收器，其鏡面朝向位置稱(chēng)為鏡位。理論上，條形鏡的鏡位存在兩個(gè)可能的布置選擇。這就是說(shuō)，若陣列為水平東西向布置，則陣列中的每面條形鏡，可以朝向南塔桿頂接收器反射，也可朝向北塔桿頂接收器反射。同理，若陣列為傾斜南北向布置，則陣列中的每面條形鏡，可以朝向東塔桿頂接收器反射，也可朝向西塔桿頂接收器反射。鏡位布置設(shè)計(jì)的基本概念是，選定相鄰塔桿中間部位的條形鏡，令其鏡面的朝向依次做相反布置，形成交叉反射，最后依據(jù)太陽(yáng)入射角，由光跡追蹤法確立全場(chǎng)條形鏡陣列的最佳位置。由分析可知，當(dāng)相鄰條形鏡之間的分割間距為鏡面寬度時(shí)，相鄰鏡面之間不產(chǎn)生屏遮，從而可以收集更多的太陽(yáng)輻射能。這就是說(shuō)鏡面交叉反射允許反射鏡布置的更為緊湊，而塔桿的高度也就可以降低。這種設(shè)計(jì)概念，將大為減少鏡面占地面積，節(jié)省投資。3.條形聚光裝置的主要性能特點(diǎn)條形聚光裝置的外形特征介于槽型拋物面聚器和定日鏡陣列之間，而更接近前者，與前者相比有如下特點(diǎn)：A.平面或微凹的條形反射鏡面緊貼地面安置，鏡架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，造價(jià)低。B.鏡面跟蹤設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易。C.條形聚光裝置的聚光比為35~100，與槽型拋物面聚光器的聚光比相當(dāng)。D.條形聚光裝置的接收器為固定安裝在塔桿頂，它與槽型拋物面聚光集熱器相比，接收器之間無(wú)需采用撓性鏈接。此外條形鏡面的反射太陽(yáng)輻射，主要從下而上投射到塔桿頂接收器，更有利于在接收器中直接產(chǎn)生蒸汽。E.聚光裝置的運(yùn)行維修費(fèi)用低。塔桿頂接收器1.接收器的結(jié)構(gòu)組成塔桿頂接收器由多根玻璃真空集熱管通過(guò)匯聯(lián)管組成，可以說(shuō)是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的玻璃真空管集熱器。若集熱管采用單排列方式，即使緊密組排，由于玻璃真空集熱管的玻璃管直徑總是大于內(nèi)吸收管直徑，所以相鄰集熱管之間總留有可以透光的間隙，從而造成漏光損失。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，這種漏光損失大約18%左右。為了減少漏光損失，可以采用交叉相錯(cuò)的排列方法，雖然交叉相錯(cuò)的排列方法增加了集熱管用量，加大了投資，但由于減少了占地面積，最終經(jīng)濟(jì)上還是有利的。2.玻璃真空集熱管這里專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的玻璃真空集熱管，由兩個(gè)主要部件組成，即加肋承壓不銹鋼管和雙層真空玻璃管。加肋不銹鋼管為吸收管，外層雙層真空玻璃管，以便有效降低集熱管的熱損失。吸收管的設(shè)計(jì)可以是單端結(jié)構(gòu)，也可以是U形管，目前的設(shè)計(jì)多采用單端結(jié)構(gòu)，取其熱性能更佳。雙層真空玻璃管內(nèi)、管外表面為選擇性吸收面，吸收的太陽(yáng)輻射能通過(guò)間隙傳給吸收管。工作原理給水由匯流聯(lián)管供給吸收管，經(jīng)加熱變成蒸汽，從同一個(gè)開(kāi)口返回流出。為了使給水和產(chǎn)生的蒸汽更好的分離，并在同一出口處能夠順利完成汽水的循環(huán)流動(dòng)，若接收器為水平布置，則吸收管必須保持有一定的傾斜度。為了強(qiáng)化傳熱，在吸收管上加肋片，從而有效降低玻璃內(nèi)管與吸收管之間的導(dǎo)熱熱阻，提高換熱效率。此外為了強(qiáng)化吸收管內(nèi)工質(zhì)的對(duì)流換熱，在吸收管的開(kāi)口處加裝導(dǎo)流子，可以更好的集熱。真空集熱管的熱性能分析（1）集熱管的傳熱熱阻集熱管的玻璃內(nèi)管外表面吸收的太陽(yáng)輻射能，通過(guò)4個(gè)串聯(lián)熱阻傳遞給集熱管內(nèi)的集熱工質(zhì)。A.玻璃內(nèi)管壁導(dǎo)熱熱阻B.玻璃內(nèi)管與吸收管之間間隙的換熱熱阻玻璃內(nèi)管與吸收管之間的換熱，由肋片導(dǎo)熱、通過(guò)間隙的對(duì)流和輻射組成。肋片導(dǎo)熱包括圓周肋和徑向肋片導(dǎo)熱兩部分，設(shè)圓周肋片厚度為0.5毫米，徑向肋片厚度為0.2毫米，肋片長(zhǎng)為4.5毫米，由分析可知，它相當(dāng)于厚度0.2毫米，長(zhǎng)7.5毫米的單一肋片導(dǎo)熱。此外，由于玻璃內(nèi)管與吸收管之間的間隙很小，而且之間的溫差也小，因此對(duì)流和輻射換熱相對(duì)較小，可以忽略。這樣間隙換熱只是肋片導(dǎo)熱熱阻為C.吸收管壁的導(dǎo)熱熱阻D.吸收管內(nèi)壁與工質(zhì)之間的對(duì)流換熱熱阻由沸騰換熱可知，當(dāng)吸收管內(nèi)為容器沸騰時(shí)，其對(duì)流換熱系數(shù)很大，因此換熱熱阻很小，可以忽略（2）集熱管的傳熱溫降根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)研究可知，對(duì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為900W/m2以及條形裝置的聚光比C=20的情況，集熱管的總傳熱溫度降為20度左右。接收器的熱損失接收器是一組密排或疏排的集熱管，等價(jià)于平板型太陽(yáng)能集熱器。其熱損失大致有下面四部分組成：匯流聯(lián)管隔熱層的導(dǎo)熱損失，吸收管開(kāi)口處玻璃外管的導(dǎo)熱損失，靠近吸收管封頭處金屬支撐的導(dǎo)熱損失以及吸收管的表面輻射熱損失。3.接收器的塔桿頂布置方式垂直布置將接收器垂直安裝在塔桿頂上，稱(chēng)為垂直布置。這種情況，條形反射鏡反射的太陽(yáng)輻射從兩側(cè)投射到接收器上。其半球向吸收率與平板相近，通常接收器采用緊密叉排設(shè)計(jì)。水平布置將接收器水平安裝在塔桿頂上，稱(chēng)為水平布置。在這種情況下，條形鏡反射的太陽(yáng)輻射從下面投射到接收器上，接收器為單面接受太陽(yáng)輻射。這種布置方式，接收器也可以選用緊密叉排設(shè)計(jì)，可以得到相同的半球向吸收率。但由于是單面接受太陽(yáng)能輻射，將增大投資。通常接收器采用單排設(shè)計(jì)，上層加反射板，也能達(dá)到較好的聚光集熱效果。4.塔桿頂接收器二次反射系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)所謂二次反射，就是利用二次反射鏡面，將條形反射鏡陣列未能直接投射到塔桿頂接收器上的太陽(yáng)輻射，通過(guò)二次反射再投射到接收器上。換句話說(shuō)就是收集漏失的太陽(yáng)輻射能，采用二次反射系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，反射裝置巨大，耗費(fèi)投資。其次太陽(yáng)輻射經(jīng)二次反射存在光學(xué)效率下降。（1）接收器垂直布置如圖所示為接收器垂直布置的二次反射光路圖。在接收器頂端設(shè)置鏡面向下的圓形反射鏡面。從條形鏡陣列反射的太陽(yáng)輻射，大部分直接投射到塔桿頂接收器上，不能直接投射到接收器上的反射太陽(yáng)輻射，通過(guò)二次反射鏡面再次反射到接收器上。（2）接收器水平布置如圖所示為接收器水平布置的二次反射光路圖?？拷U的近程投射輻射，通過(guò)設(shè)置在接收器上部的圓面二次反射鏡面反射到接收器的上表面，距塔桿較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)程投射輻射，通過(guò)設(shè)置在接收器下部的雙叉二次反射鏡面反射到接收器的下表面。這種設(shè)計(jì)和不設(shè)置二次反射的情況相比，可以使接收器的長(zhǎng)度降低一半，接收器的熱損失相差不多，綜合看，由于接收器長(zhǎng)度減小，相應(yīng)的降低投資。條形聚光集熱裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)1.最佳集熱管長(zhǎng)度在具體設(shè)計(jì)條形聚光裝置時(shí)，一個(gè)重要的問(wèn)題是如何人根據(jù)條形鏡陣列，確定集熱管長(zhǎng)度。其實(shí)質(zhì)就是接收器的光收集率和熱損之間的權(quán)衡選擇。增大接收器的采光面積，將提高光收集率，但同時(shí)增大熱損。這里的比較研究，以接收器的年輸出最大有用能量收益為目標(biāo)?；谝陨显O(shè)定條件，接收器為水平和垂直兩種不同的布置方式，運(yùn)行溫度均為320度，對(duì)不同的集熱管計(jì)算的年輸出最大有用能量表明，塔桿間距50米、36行條形鏡陣列，對(duì)水平布置而言，集熱管長(zhǎng)1.2米最好，而對(duì)垂直布置，集熱管長(zhǎng)1米最好。2.裝置性能優(yōu)化設(shè)計(jì)（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算A.情況1設(shè)置頂部二次反射鏡，可以是圓面鏡或拋物面鏡，接收器垂直布置，條形鏡陣列水平南北向布置，跟蹤太陽(yáng)視位置。B.情況2設(shè)置頂部二次反射鏡，接收器垂直布置，條形鏡陣列南北向布置，按當(dāng)?shù)鼐S度傾斜，極軸跟蹤太陽(yáng)視位置，這種設(shè)計(jì)目的是改善系統(tǒng)的冬季性能。C.情況3設(shè)置下部二次反射鏡，接收器水平布置，條形鏡陣列水平南北向布置，跟蹤太陽(yáng)視位置。D.情況4設(shè)置下部二次反射鏡，接收器水平布置，條形鏡陣列南北向布置，極軸跟蹤太陽(yáng)視位置。比較分析A.情況4性能最佳。這是因?yàn)闂l形鏡陣列為南北向布置，極軸跟蹤太陽(yáng)視位置，因此一天中聚光集熱裝置能收集到最多太陽(yáng)輻射能，加之接收器水平布置，光孔面積大，漏光損失小，綜合結(jié)果性能最佳。B.在相同條件下，隨塔桿高度增加即相鄰塔桿間條形鏡行數(shù)的減少，鏡面單位面積的有用能量收益增大，總趨勢(shì)是改善條形聚光器集熱裝置的性能。其原因是這種塔桿高度增加即相鄰塔桿間條形鏡行數(shù)的減少，都將改善屏遮。C.情況3的性能也遠(yuǎn)高于情況1，說(shuō)明情況3也有可取之處。綜合分析，推薦接收器水平布置，配置頂部圓形二次反射鏡，條形鏡南北向布置，單軸跟蹤太陽(yáng)視位置。相鄰塔桿間條形鏡數(shù)目適中。條式發(fā)電展望條式發(fā)電