当前太阳能发电技能探索

集热器还需在高温下长期旋转,很容易发生接口开裂、管路破损等状况;b)受热器的几何尺寸受到限制,因为大面积的受热器会对阳光造成遮挡,若减小集热器的面积则会降低集热效率。受热器装置的自重要尽可能的小,因系统将在自动控制下跟踪阳光的运行轨迹,使收集装置总是能接收到垂直的阳光。若系统本身自重过大,将大大增加驱动装置的能耗;c)太阳能热机发电存在的根本问题是间歇性较大,白天有夜间无,晴天强阴天弱,使机组发电很不稳定,也不可能24h连续发电。众多小型分散式电源的产生,不利于并网发电;d)收集器的位置不固定,各种管道连接或是转动相当困难,不利于组成稳定的结构。这就制约了系统的大规模生产。

发展现状

在CPS领域,美国和西班牙是起步较早的国家。到2012年,两国的CPS装机容量将新增5600MW以上。20世纪80年代初由瑞典的UnitedStirlingAB公司、美国的Advanco公司、McDonnellDouglasAerospace公司、NASA喷气推进实验室及美国能源部等发起,结合现代科学技术重新研制出了碟式/Stirling发电装置。中国相关科研院所研究碟式太阳能发电系统也有30余年,并取得了一定的成果。中国是在20世纪70年代末期开始进行Stirling发电机研究的。湖南大学、上海711所等单位已设计出150W~10kW发电机11种,主要以生物质能为燃料,应用于太阳能发电的相关研究还很少[3]。2006年中科院研究出1台12kW的太阳能碟式聚光仪,并完成安装调试,并从自重、自动控制、结构等几个方面进行了多次改进[3]。2011年4月,由中国自主研发的第一台配置Stirling发动机的碟式太阳能发电样机在宁夏石嘴山投入运行,该系统的成功研发填补了中国在太阳能聚光发电方面的空白。根据2012年统计,部分运用碟式/Stirling系统的太阳能发电厂。

系统改进

为解决系统发电不稳定,不能连续24h供电的问题,可采用气体燃料、液体燃料作为辅助能源,当光强不足以使发电机达到额定转速及输出功率时,用燃料供热保障系统稳定运行。鉴于节能减排的目的,建议使用清洁能源作为辅助燃料。具体系统模型如下,在每个碟式太阳能机组受热器上设置燃烧器,并加装自动控制系统调节燃料供给系统的开关阀。对于我国西部地区现状,可采用碟式/Stirling系统和沼气池联合发电,这种发电方式电功率稳定、受气候影响更小、低碳排放,更符合节能减排和可持续发展的要求。集热器形状为碟形,材料可选用反光性极好的经阳极氧化的高纯铝。对于受热器,其形状最好为金属螺旋环形管,装置表面应涂有选择性吸收层,尽可能的使其固定,即不随集热器转动。自动追踪装置应保证集热器时刻垂直入射阳光,以达到最高的接受效率。由于单个系统的产热量很小,可用多个系统组实现联合发电。可设置1个热能集中装置,与每个系统的受热器相连,接收并统一存储受热器中的高温工质,将工质输入汽轮机中转化为机械功。这样,将多个受热器的热能分配给少数汽轮机做功,解决了现有系统中电源分散、不易并网的缺陷。

结语

太阳能发电技术的日趋成熟减缓了人类对化石能源消耗的压力,同时也符合节能减排、低碳社会的国际共识,支持可持续发展的能源战略。相信在不久的将来,取之不尽的太阳能将成为人们渴望的新时代“煤炭”。目前,碟式/Stirling系统太阳能发电系统的研究尚处于理论阶段,笔者旨在这方面进行益探讨,希望对以后的太阳能碟式发电技术的日趋成熟带来有益的帮助。