刘胜 陈丽文

摘要：众所周知，当今世界所依赖的能源不外乎石油、煤炭、核电、水力，然而这些能源储量有限，且开发利用时会引起环境污染或生态环境破坏，寻找一种可取代现有能源并对地球环境无污染的新能源是现今世界发展的迫切需要。太阳能是我们一直在尽力开发的全新可再生能源，目前发展比较成熟的与太阳能有关的技术有太阳能光伏发电技术，太阳能热水器等等，该文主要针对太阳能光伏光热发电控制策略进行分析。

随着全球气候的变化，自然灾害的频发，都对人类的生存带来巨大的挑战，环境污染及能源利用问题现也已成为制约世界各国经济快速发展的瓶颈，所以越来越多的国家开始实施推进可再生能源路线图计划，推动可再生能源的发展。据统计，全球目前每年的能源消耗的总和只相当于太阳在40分钟内照射到地球表面的能量，所以太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无限可再生能源，得到了全世界的普遍关注和积极开发利用，如现在太阳能热水器、太阳能光伏发电、太阳能光热发电等技术日渐成熟，现已进入快速发展时期。

一、太阳能光热发电系统简介

（一）太阳能发电系统分类

目前，较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。太阳能光热发电技术又分为塔式太阳能光热发电、槽式太阳能光热发电和碟式太阳能光热发电。目前槽式太阳能热发电系统已进入商业化运行阶段，塔式太阳能已开始进入示范运行阶段，而碟式发电应应用领域较窄，目前仍处于试验阶段。下面简单介绍这3种太阳能光热发电技术及其发展现状。

（二）槽式太阳能光热发电系统

利用槽式抛物面聚光器聚光的太阳能光热发电系统简称分散型系统。该系统一般由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置和辅助能源装置（如锅炉）等组成。槽式抛物面将太阳光聚在一条线上，在这条焦线上安装管状集热器，以吸收聚焦的太阳辐射能，常将众多的槽式聚光器串并联成聚光集热器阵列。槽式聚光器对太阳辐射进行一维跟踪。

由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大。

（三）塔式太阳能光热发电系统

塔式太阳能光热发电系统也称为集中式太阳能光热发电，利用定日镜将太阳光聚焦在中心吸热塔的吸热器上，聚焦的辐射能转变成热能，然后传递给热力循环的工质，再驱动汽轮机做功发电。塔式太阳能光热发电系统主要分熔盐系统、空气系统和水/蒸汽系统。无论采用哪种工质，系统的蓄热至关重要。由于太阳能的间隙性，必须由蓄热器提供足够的热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足，否则发电系统将无法正常工作。

（四）碟式太阳能光热发电系统

碟式太阳能光热发电系统是利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在焦点上，放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质以驱动汽轮机，从而将热能转化为电能。整个系统包括：旋转抛物面反射镜、接收器、跟踪装置和蓄热系统。

不难看出，塔式太阳能光热发电系统和槽式、碟式的系统相比，除聚光集热器有所不同外，3者在系统构成和工作原理等方面都基本相似。

二、太阳能光热发电控制策略

（一）普通清晨启动

各区域定日镜处于各自自然朝向位置，并没处在待机状态（Standby，即各区域定日镜的聚焦光线分别定位于空中数点），此时的全厂启动运行称为“普通清晨启动”，其启动过程中各模块的基本逻辑判断顺序。

（二）冷启动

在全厂启动运行过程中，吸热器由于热损失影响，启动时的状态参数与周围环境相应，定日镜场在前一次运行之后，处于待机状态，此类运行称为全厂“冷启动”。其各模块运行的逻辑顺序除了镜场是从待机状态而非自然朝向状态启动外，其余都与普通清晨启动相同。

（三）热启动

由于某些原因比如辐照、大风等导致吸热器和汽轮机解耦运行时，某些带有隔离门的吸热器，可以保持内部蓄有一定压强和温度的蒸汽，当辐照、风速等外界条件变化，使得吸热器满足再次运行时的启动称为“热启动”，此时将能在较短时间内达到额定运行状况，具体视吸热器设计而定。此类启动时除了镜场位于待机状态而非自然朝向状态启动、及蒸汽参数能较快达到额定值而减少旁路流通外，其余基本相同。

（四）正常运行

当启动完成后，在外界条件没有剧变影响的条件下，全厂处于正常运行状态，全厂的发电功率与辐照变化存在直接关联。

（五）云遮运行

当投射到吸热器表面的辐照强度低于吸热器设计的下限达到N个（由具体设计决定）时间步长后，定日镜场开始启动偏转到待机状态的程序;由此导致当汽轮机进汽压强低于设定值时（为了确保与电网持续联接，该设定值越小越好），在储能充足的条件下，由储能系统自动产生蒸汽供给汽轮机。若在定日镜场完全偏转前辐照强度恢复，则重新将定日镜从当前位置投射聚焦到吸热器表面运行。

（六）晚间关停

当傍晚投射到吸热器表面的聚光辐照强度低于设计下限值时，自动启动镜场从聚焦吸热器的位置偏转到待机状态的程序，控制调压和调温装置来减小汽轮机所带负载，最后将发电机组与电网解裂。

（七）事故应急运行

事故主要来源于吸热器及镜场两个方面：吸热器的故障主要发生在给水系统，比如给水泵失灵、管路出现机械或电气故障，此时由于吸热器表面仍有很强聚光分布，所以在启动定日镜场偏转的同时必须启用喷水减温系统，并开启吸热器的安全阀。镜场的故障通常来自于通讯或供电中断，此时必须启用备用电源偏置定日镜到待机位置。

三、结束语

利用太阳能发电是解决当前能源、资源和环境等问题的有效途径和方法。太阳能热电开发所占土地面积并不比某些常规能源大，且可在太阳能资源丰富的荒漠地区建设，这是常规能源所不能达到的。太阳能热力发电与火力发电相比，不會消耗资源;也不会产生废气、废渣而污染空气、土壤和水;也不会像核电工程如果产生核泄漏而对较大范围造成严重而深远的放射性环境影响。太阳能光热发电技术商业化发展的主要障碍是成本，建立高效率、大容量、高聚光比的太阳能光热发电系统是降低发电成本的主要研究方向。

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（作者单位：兰州职业技术学院）