赵锋锋

（上海应用技术大学， 上海 201418）

1 集热系统

1.1 塔式集热系统

平面镜是塔式集热系统的一个主要组成部分，一旦定日镜的传动不能连续进行，集热器就不能接收到反射光线，因此定日镜如何以恰当的方式进行远距离跟踪是该系统的一个技术突破点[1]。这种镜子具备独立的太阳追踪系统，双轴单轴均有。当集热塔接收太阳光后，该系统可对其进行开环或闭环控制。接收器由预热、蒸发和再热器三大部分组成，主要作用是间接或直接地接收“镜场”四周分布的热量。聚焦点的温度需控制在一定范围内，以免光斑在风的作用下出现晃动时，温度高低不定。受热面在太阳能的作用下，温度达到一定程度后，将自身的热量向四周散发是间接接收器的主要工作原理。间接接收器的一个代表是管状接收器[2]，由于其加热的温度过高，光斑的位置常常不确定，加上其他不确定的因素，温度也常常不够稳定，常造成各种不良后果。当介质不够或流动不畅时，接收器会开启自身相关的保护功能，必要时及时改变镜场的倾斜度，或采取一定的隔离措施，以减轻接收器温度过高带来的不良后果。值得注意的是，集热塔相关工作人员的操作应按照具体的工作流程实施，切勿在接收器高温即运行时登塔。

1.2 槽式集热系统

首先，与塔式集热系统不同的是，槽式集热系统主要组成部分是集热管形成的抛物面，且大多串联成槽型[3]。其次，这个系统也带有相应的追踪太阳的系统。最后，恰当地设置传动系统的具体参数以及采取一定的措施以减少风力对该系统的影响是该系统的一大技术突破点。槽式集热系统当然也有其自身的劣势。当热流分布多少不等时，周围环境的冷热也常常各不相同，这容易引起吸热管不耐受，损坏以致不起作用；当集热管中的高热导体流失时，由于其温度过高，常常容易引发严重的后果，比如火灾；当没有足够的电力及时的供应本系统时，高温传导介质则容易变性而失去作用。

1.3 其他集热系统

首先，与塔式集热系统和槽式集热系统不同的是，碟式集热系统主要组成部分是反射镜，各镜子之间的关联性常常不大，但性能好，耗电低，聚光好，但是，因为这个系统具有存储空间不足、高昂的价格以及温度过高等劣势，人们对其常望而却步。

与碟式集热系统不同的是，菲涅尔式集热系统主要组成部分是镜面和集热管，这个系统的前身是抛物面式的槽式集热系统，此系统以槽式集热系统为基础，在镜面上，采用其特有的菲涅尔类型，从而优化了镜面的内部结构。当热流分布多少不等时，周围环境的冷热也常常各不相同，这容易引起吸热管不耐受，损坏以致不起作用。

2 蓄热系统

蓄热系统可连续运行，因而其常具有调节峰值的优势。在各种蓄热系统中，潜热和化学型在现实生活中的使用频率明显不如显热型多，单罐蓄热使用频率明显不如双罐蓄热多。熔融盐由于自身的化学特性，无论是在安全性、成本、发热以及与设施的匹配性方面，常常更具优势。值得注意的是，在熔融盐的使用过程中，为了达到熔融盐的起效温度，相关的配套设施需要提前进行预热[4]，并且要注重设备的日常维护，以减轻熔融盐对相关设备造成的损害，从而减少危险事故的发生，以保护相关从业人员，延长设备的使用年限。对熔融盐来说，三元盐的起效温度相对较低，故不需要对相关的配套设施进行提前加热，如果温度过高，超过三元盐可耐受的温度时，物理化学反应会导致三元盐变性，纯度明显降低，起效温度也会有所升高，从而发生各种不良后果。如果多元盐聚积在相应的设施上时，整个蓄热系统作用的发挥都将大打折扣。

3 换热系统

该系统主要涉及到介质的选择这一难题。不同介质的作用机制如下：熔融盐传热和蓄热兼顾，防冻结是这一介质在具体使用过程中需要注意的一个问题。水经过加热，气化成蒸汽后，为设备运行提供相应的电力支持，从而使整个系统的运行更加简单快捷。蒸汽状态和液态水状态的处理是该系统运行过程中存在的一个难点。空气这一介质在发挥作用时，需要使用陶瓷吸热器，这不同于水、导热油和熔融盐。空气这一介质，对温度要求比较高，在蓄热和保存维护方面，实施难度比较大，因此只能小范围应用。如果导热油加热温度过高，以致难以耐受时，整个换热系统的运行效率常常大打折扣。当温度过高时，由于导热油自身特性，需要借助于无氧气层如O2、N2的保护，以减少自爆等安全问题的产生。导热油这一换热介质在发挥作用时，使用量较大，故需要足够大的压力罐与之相匹配，从而增加了操作难度。

4 辅热系统

辅热系统的主要作用：辅热系统可促进水蒸气快速达到起效温度，从而缩短其转化为电能的时间，整个系统的运行速度提高；自然的太阳能不能满足系统运行需求时，辅热系统可保证整个太阳能光热发电系统的正常运行。辅热系统优势具体体现在：辅热系统可加热设备至所需的温度，以促进熔融盐等介质达到熔点温度，以防止冻结的发生[5]，提高设备的安全性能。相比较天然气加热和油加热，电加热安全性能较好，但成本高昂，且容易引起熔融盐变性，作用发挥受限，效率减低。

5 发电系统

热机和发电机是该系统的两个主要组成部分，前者类型较多，主要是各种汽轮机，包括汽轮机、燃气轮机和低沸点工质汽轮机，安全性好。发电机类型单一，主要指的是斯特林这一类型，这种发电机对H2的需求量大，安全性能较差。汽轮机常应用于大规模的太阳能光热发电系统；温度过高时，燃气轮机则变为首选；温度要求不高时，低沸点以及斯特林型成为首选。

6 其他风险防范

发电站多建立在太阳能充足的地区。为了保证电力需求，发电站多建立在西部，这些地区日照时间较长，可利用的太阳能丰富，且地广人稀，满足了发电站对空间的要求，降低了成本。但这些地区存在气候环境差，公共建设缺乏等劣势，为此，相关部门要建立相关的安全设施和措施，并且利用西部地区自身的地理优势，保证各种工程项目顺利开展。各部门共同努力以保证介质的安全性。温度过高时，一些介质如导热油、熔融盐等容易变性流失，引发一系列的安全问题。因此，注重保持介质的安全性，消除安全隐患，对这一行业的健康发展至关重要。当太阳能发电无法满足市场需求时，备用电源及时提供电能，以保证太阳能光热发电系统的正常运行，防止冻结的发生，减轻断电对太阳能光热发电系统造成的不良后果，减轻经济损失。

7 结语

太阳能光热系统对空间的需求比较大，并且其自身存在诸多的安全隐患，无论是在系统运行还是安全防护方面，都需要加以精进。发电站除了注重效益外，定期开展相关的知识讲座，以提高从业人员的整体素养，并且发放相应的防护物品，做好防护措施，制定危险处理方案，采取相应的应急措施。同时，相关部门要制定相应的行业操作规范和流程，建立相应的管理部门，完善管理体系，制定管理制度，定期开展相应的工作汇报会议，提高安全意识，加强安全监管，重视安全“三同时”，做好安全措施。为了促进太阳能光热发电行业的进一步发展，相关的从业人员要共同努力，致力于解决这一系统存在的的安全隐患。