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DSG為英文Direct Steam Generation 的縮寫，意為“直接蒸汽發(fā)電”。目前歐美研究這種技術(shù)的比較多，國內(nèi)研究較少，大多盯著主流（帶儲(chǔ)熱系統(tǒng)的）的熱發(fā)電技術(shù)。
槽式DSG技術(shù)即采用槽式太陽能集熱技術(shù)的直接蒸汽發(fā)電技術(shù)，有別于當(dāng)前主流的槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)。當(dāng)前主流的槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)是采用槽式集熱器收集太陽能，加熱高沸點(diǎn)介質(zhì)如導(dǎo)熱油或高溫熔鹽，保持液態(tài)（沒有相變）進(jìn)入儲(chǔ)熱裝置保存，再經(jīng)二次換熱裝置加熱介質(zhì)水，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種技術(shù)由于儲(chǔ)熱及二次換熱裝置的引入而增加了投資費(fèi)用，同時(shí)也由于二次換熱溫差的存在，必然會(huì)降低主蒸汽溫度，影響了發(fā)電熱循環(huán)效率。
槽式DSG技術(shù)是直接用水作吸熱介質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種技術(shù)方案由于減少了二次換熱環(huán)節(jié)，可以提高主蒸汽溫度以提高發(fā)電效率，減少投資費(fèi)用，但卻不利于儲(chǔ)熱。長(zhǎng)期以來，一直困擾槽式DSG技術(shù)的因素有：
1、槽式集熱器的聚光比不夠高、難以實(shí)現(xiàn)高溫；
2、現(xiàn)有集熱管不適合用水作介質(zhì)、汽水分層和流動(dòng)不穩(wěn)定的問題；
3、蒸汽壓力難以提高的問題；
4、儲(chǔ)熱問題；
5、系統(tǒng)控制問題；
蘇州大禹新能源科技有限公司在上述問題上取得了諸多突破。下面我們就解決這些問題的技術(shù)突破口逐一闡述。
1、將槽式集熱器分割成較短的模塊實(shí)行傾斜安裝，增加了垂直光照面積，但由于集熱管的總長(zhǎng)度和直徑?jīng)]有變，類似于增加了聚光比。槽式集熱模塊可按照光場(chǎng)所在地的緯度角傾斜安裝，在一維（東西向）太陽跟蹤裝置的作用下，基本能夠?qū)崿F(xiàn)太陽正面照射。假設(shè)當(dāng)?shù)氐木暥冉菫?/SPAN>θ，那么同一臺(tái)槽式集熱模塊的水平安裝照射面積應(yīng)等于傾斜安裝照射面積與cosθ 的乘積。也即傾斜安裝時(shí)的照射面積將是水平安裝時(shí)的照射面積的1/cosθ倍。假設(shè)取θ= 40°（相當(dāng)于北京的緯度），則相當(dāng)于聚光比增加到原來（水平安裝）的1.3倍，這顯然有利于提高介質(zhì)溫度。如果緯度再進(jìn)一步升高（如甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等），這個(gè)數(shù)值還要增大。集熱管傾斜安裝同時(shí)也有利于防止汽水分層。
2、真空集熱管采用雙套螺旋夾層型集熱芯管，適用水、蒸汽及汽水兩相流作吸熱介質(zhì)。介質(zhì)在集熱管中作螺旋形運(yùn)動(dòng)，不僅作軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也作周向運(yùn)動(dòng)。介質(zhì)的兩維運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了換熱系數(shù)和傳熱的均勻性，同時(shí)也適度增加了流動(dòng)阻力，避免了汽水分層、流動(dòng)不穩(wěn)定和第二類傳熱危機(jī)的發(fā)生（相當(dāng)于直流鍋爐所用的內(nèi)螺紋管）。這種真空集熱管的出現(xiàn)，使得DSG系統(tǒng)可采用一次通過方式，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，降低了投資費(fèi)用。
3、開發(fā)了以集熱管為轉(zhuǎn)軸的槽式聚光鏡技術(shù)，使得跟蹤太陽時(shí)集熱管固定不動(dòng)，可直接與外部管道連接，介質(zhì)壓力不受限制。這種技術(shù)非常重要，排除了集熱系統(tǒng)承受高壓的風(fēng)險(xiǎn)，也為槽式集熱器傾斜安裝創(chuàng)造了條件。
4、關(guān)于儲(chǔ)熱。太陽能熱發(fā)電因集熱器和管道系統(tǒng)具有一定的熱容，即使不用儲(chǔ)熱裝置，其發(fā)電的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量已經(jīng)比光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電要好很多了，特別是在采用了雙套螺旋夾層型集熱芯管后更是如此。如果一定要再進(jìn)一步提高發(fā)電的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，槽式DSG技術(shù)也可配置儲(chǔ)熱裝置。但我們建議采用容量較小的儲(chǔ)熱裝置，配備發(fā)電1—2小時(shí)的儲(chǔ)熱容量就行了。我們知道，水的沸點(diǎn)較低，常壓下僅100℃，不適合做儲(chǔ)熱介質(zhì)；水蒸汽因比熱較小，也不適合做儲(chǔ)熱介質(zhì)。只有在高壓下，水蒸汽（利用相變）可適度儲(chǔ)熱。但這都不是理想的儲(chǔ)熱介質(zhì)，投用儲(chǔ)熱系統(tǒng)后主蒸汽溫度就要降低，且高壓儲(chǔ)熱容器的代價(jià)也太大。儲(chǔ)熱方案還是采用現(xiàn)有成熟儲(chǔ)熱技術(shù)比較好。比如，在一個(gè)光場(chǎng)中主要采用槽式DSG技術(shù)，但可設(shè)置10—20%的冗余集熱器作為儲(chǔ)熱用，采用導(dǎo)熱油或熔融鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，并配備相應(yīng)的儲(chǔ)熱容器。當(dāng)天氣不好時(shí)，首先是DSG系統(tǒng)的主汽溫度達(dá)不到要求，這時(shí)可通過專用的微阻力蒸汽加熱器，利用儲(chǔ)熱介質(zhì)對(duì)主蒸汽加熱，使其溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后送至汽輪發(fā)電機(jī)組。當(dāng)主汽溫度下跌到飽和區(qū)時(shí)，這時(shí)采用儲(chǔ)熱介質(zhì)加熱的蒸發(fā)器投入運(yùn)行，確保產(chǎn)生干飽和蒸汽。當(dāng)主汽溫度下跌到過冷區(qū)時(shí)，這時(shí)采用儲(chǔ)熱介質(zhì)加熱的給水加熱器投入運(yùn)行，確保提供飽和水。DSG技術(shù)還可以與燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組或普通火電機(jī)組相結(jié)合，構(gòu)建多種能源聯(lián)合循環(huán)，這種情況下儲(chǔ)熱系統(tǒng)就不再需要了。
5、關(guān)于系統(tǒng)控制問題。根據(jù)蘇州大禹新能源科技有限公司的研究成果，DSG系統(tǒng)（不含汽輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備）的控制分為給水加熱子系統(tǒng)控制、集熱器子系統(tǒng)控制和儲(chǔ)熱/換熱子系統(tǒng)控制。這些控制信號(hào)都可以引入汽輪發(fā)電機(jī)組的DCS系統(tǒng)。
?。?/SPAN>1）給水加熱子系統(tǒng)通過汽輪機(jī)的抽汽來加熱凝結(jié)/除鹽水。凝結(jié)/除鹽水經(jīng)除氧器加熱除氧后由給水泵輸送至集熱器子系統(tǒng)。這一子系統(tǒng)主要是滿足集熱器子系統(tǒng)對(duì)給水流量的需求，調(diào)節(jié)加熱蒸汽的流量，以控制除氧器的壓力或溫度（飽和狀態(tài)），最終實(shí)現(xiàn)對(duì)給水溫度的控制。
?。?/SPAN>2）集熱器子系統(tǒng)有兩種控制方式：出口介質(zhì)溫度恒定方式和介質(zhì)流量恒定方式。當(dāng)沒有儲(chǔ)熱裝置時(shí)，純DSG系統(tǒng)可采用出口介質(zhì)溫度恒定的方式，亦即根據(jù)出口介質(zhì)溫度的信號(hào)調(diào)節(jié)給水流量，出口溫度低于設(shè)定值時(shí)相應(yīng)減少給水流量，出口溫度高于設(shè)定值時(shí)相應(yīng)增加給水流量，最終實(shí)現(xiàn)出口介質(zhì)溫度的恒定。而這一狀態(tài)取決于光照強(qiáng)度；光照增強(qiáng)時(shí)，出口介質(zhì)溫度會(huì)升高，這時(shí)就要相應(yīng)增加給水流量；光照減弱時(shí)，出口介質(zhì)溫度會(huì)降低，這時(shí)就要相應(yīng)減少給水流量?？梢娺@種控制方式會(huì)使主蒸汽流量即發(fā)電功率隨光照強(qiáng)度的變化而波動(dòng)，不過由于系統(tǒng)熱容的存在而使波動(dòng)減緩。當(dāng)配置儲(chǔ)熱裝置時(shí)，就需采用介質(zhì)流量恒定方式。集熱器系統(tǒng)先根據(jù)光照強(qiáng)度的歷史數(shù)據(jù)確定一個(gè)額定（設(shè)計(jì)）流量，并控制給水調(diào)節(jié)閥予以穩(wěn)定。這時(shí)主蒸汽溫度會(huì)隨光照強(qiáng)度的變化而波動(dòng)，隨著光照強(qiáng)度的減弱，溫度向下波動(dòng)。
?。?/SPAN>3）儲(chǔ)熱/換熱子系統(tǒng)：儲(chǔ)熱系統(tǒng)的控制比較簡(jiǎn)單，一般采用出口介質(zhì)溫度恒定的控制方式。對(duì)于吐熱時(shí)的換熱控制，集熱器子系統(tǒng)來的主蒸汽首先通過專用的微阻力加熱器，用儲(chǔ)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。當(dāng)光照減弱時(shí)，入口主蒸汽溫度會(huì)降低，這時(shí)就要調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱介質(zhì)的流量，加強(qiáng)對(duì)主蒸汽的加熱，使其溫度滿足設(shè)定值要求。顯然，這種方式會(huì)使主蒸汽流量即發(fā)電功率處于穩(wěn)定狀態(tài)。在儲(chǔ)熱容量配備不足的情況下，實(shí)際控制方式是分兩段進(jìn)行的。首先是集熱器子系統(tǒng)采用出口介質(zhì)溫度恒定方式，通過調(diào)節(jié)給水流量來滿足溫度恒定要求，這時(shí)發(fā)電功率會(huì)隨光照強(qiáng)度而波動(dòng)。當(dāng)溫度合格的主蒸汽流量向下波動(dòng)到設(shè)定界限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到介質(zhì)流量恒定方式，維持設(shè)定流量下限不變，這時(shí)通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱介質(zhì)流量來控制主蒸汽溫度，維持發(fā)電功率穩(wěn)定。如果光照強(qiáng)度繼續(xù)減弱，接下來就會(huì)使蒸發(fā)器和給水加熱器相繼投入運(yùn)行，調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱介質(zhì)的流量，滿足蒸汽溫度需求。當(dāng)然，由于儲(chǔ)熱容量的限制，這一階段的時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，如果光照再繼續(xù)減弱下去，只能停止運(yùn)行了。
采用這樣的系統(tǒng)，既可發(fā)揮槽式DSG技術(shù)的高效、低成本優(yōu)勢(shì)，又可通過儲(chǔ)熱裝置改善發(fā)電穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。有理由相信，隨著槽式DSG技術(shù)的不斷完善成熟，必將對(duì)太陽能熱發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到推動(dòng)作用。
對(duì)于光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的曲折發(fā)展道路，我們對(duì)各種技術(shù)首先要有正確的認(rèn)識(shí)，哪些技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急，哪些技術(shù)可以在發(fā)展道路上逐步完善，哪些是為將來打基礎(chǔ)的，要有輕重緩急的概念，否則就會(huì)嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度。
我們現(xiàn)在通常將光熱發(fā)電定位在“能夠儲(chǔ)能、電能生產(chǎn)穩(wěn)定性好、比光伏發(fā)電的電能質(zhì)量高”這樣一個(gè)理念中，導(dǎo)致跳不出“大力發(fā)展儲(chǔ)熱技術(shù)→高發(fā)電成本→政策支持力度不足→光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化受阻→儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展受阻”這樣一個(gè)怪圈。實(shí)際上，光熱發(fā)電真正的優(yōu)勢(shì)是反映在可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)以及裝備制造和生產(chǎn)運(yùn)營全過程環(huán)保等方面。熱電聯(lián)產(chǎn)是光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電無法做到的，而人類對(duì)能源的消費(fèi)大半是熱能，太陽能綜合利用的經(jīng)濟(jì)性就在于此。我們的電網(wǎng)和能源供給系統(tǒng)足夠龐大，當(dāng)前可再生能源的占比仍非常小，電能生產(chǎn)的微小波動(dòng)無礙大局，國家鼓勵(lì)光伏發(fā)電和風(fēng)電并網(wǎng)就是最好的例證。顯而易見，應(yīng)拋開偏見，暫時(shí)忽略次要因素，抓主要矛盾，盡快為光熱發(fā)電技術(shù)尋找產(chǎn)業(yè)化發(fā)展突破口。應(yīng)將技術(shù)門檻較低、經(jīng)濟(jì)性較好的技術(shù)作為突破口，在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中逐步完善、逐步提高標(biāo)準(zhǔn)，力求避免一開始就要求盡善盡美。如果把光熱發(fā)電技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量和穩(wěn)定性的要求降到光伏發(fā)電和風(fēng)電一樣或略高，那么光熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性很快就會(huì)體現(xiàn)出來，獲得強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而獲得國家政策的有力支持，順利邁向產(chǎn)業(yè)化道路，由產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效應(yīng)反過來促進(jìn)成本的進(jìn)一步降低，獲得更好的經(jīng)濟(jì)性，形成良性循環(huán)?？v觀以上因素，槽式DSG技術(shù)可作為光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的突破口。 |
