塔式太阳能热发电系统
塔式太阳能热发电系统
作者：曹连芃 时间：2011年3月
太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输与交换系统、发电系统组成。
集热系统
塔式太阳能热发电系统采用多个平面反射镜来会聚太阳光，这些平面反射镜称为定日镜。下图是一个塔式太阳能集热器的示意图，为清楚显示图中仅绘制了少量的定日镜，许多定日镜同时把太阳光反射到接收器上，接收器安装在高塔上。
定日镜分布在塔的周围，在北方纬度较高地区，太阳高度低，在塔南部的定日镜利用率低，定日镜分布在塔北部较合适；在低纬度地区可在塔四周分布定日镜。许多定日镜组成庞大的定日镜场，其面积非常大，所以塔式太阳能集热装置聚光比很高，接收器工作温度往往达千度以上。
下面有来自网上的照片，供大家参考
定日镜
定日镜主要由平面反射镜与跟踪机构组成。反射镜可由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造，反射镜安装在反光镜托架上。下面是来自网上的定日镜照片
大型定日镜面积达百平方米以上，由多块平面镜拼成，对于超大定日镜
上的多块镜面可略摆成抛物面状，便于集中太阳光。
定日镜的面积相比定日场是很小的，而且距接收器又远，要把阳光准确反射到接收器必须准确的跟踪定位，定日镜一般采用双轴跟踪结构，控制方法用传感器跟踪与视日跟踪法并用。每个定日镜都有独立的跟踪系统，勿需集中控制。
接收器
塔式接收器是把太阳光能转换成热能的装置，根据采用的导热介质不同而不同，目前主要有外部受光型与空腔型。
外部受光型接收器
太阳光照射到接收器的吸热部件上再传给导热介质，一些技术类似于太阳能集热器，但塔式接收器的工作温度很高，体积大，受光面积至少比一个平面定日镜面积要大许多。
下面是排管式接收器示意图，若干直管排成圆筒状，每根管上端接上联管、下端接下联管，所有直管通过联管并联，排管表面涂覆吸热材料。上联管与下联管外有保温层与外壳（图中未表示）。导热介质从下联管进入通过排管从上联管出，会聚的阳光加热排管，导热介质也就被加热了。
下面是翅管式接收器示意图，去掉部分排管，空出部分安装翅片（吸热板），翅片是导热良好的耐温金属，紧密焊接在排管上，排管与翅片涂覆吸热材料。会聚的阳光加热翅片与排管，排管内的导热介质也就被加热了。
如同普通太阳能集热器一样，塔式接收器也有采用热管式的，下面是热管式接收器示意图。不同的是这是高温热管，热管下部分是吸热段，焊有翅片（吸热板），是接受阳光的区域；热管上部分是放热段，也焊有翅片，是把热量传送给工作介质的地方，翅片加大热管的传热面积，所有热管放热段均密封在联箱内。
热管内用钠或钾或锂或相关合金等，利用其熔液的蒸发相变来传热。钠
的熔点是97.7度，沸点是883度；钾的熔点是63.4度，沸点是759度；锂的熔点是180.5度，沸点是1347度。
以上三种接收器的太阳光直接照射在热管上，再传给工作介质，也称为外部受光型接收器，这种接收器可四周受光，多用在大型太阳能系统中，其缺点是热管直接暴露而产生热量散失。能否像普通集热器那样加上玻璃外套，事实上很困难，因为接收器体积太大。
对于简单的场合与流动性好的工作介质，也可用简单的结构，就是螺旋盘管，见下图。螺旋盘管加热路径长、无接头、机构简单，适合高压高速流动的工作介质。
空腔型接收器
空腔型即腔体式接收器，用耐高温材料制成的空腔，空腔一面开口装有透光好耐高温的石英玻璃，腔内壁有金属网以增大吸热与交换面积。封闭的内腔似绝对黑体，吸热性能很好，会聚的阳光透过石英玻璃窗口能在腔内产生很高温度，传热的工作介质（一般用高压空气）通过腔内被加热成1000多度的高温气体输出。
由于腔体有保温层，故热损失小，空气价格又便宜，但空气热容量小、导热系数低，如何高效传热是主要的技术问题。腔体式接收器多是只有一面开窗的，故接受阳光的角度是有限的，一般不超过120度。
热传输与交换系统
与槽式集热器不同的是塔式集热器的管路短，工作温度高，接收器的工作介质通常采用熔盐液，熔盐液在接收器中加热到600余度输送到高温储热装置，在热交换装置将水加热成高温蒸汽后进入低温储热装置保存（约280度）。熔液泵再把低温的熔盐液送入接收器加热。
为了避免高温熔盐液温度的散失，在接收器就近的地方安装热交换器，下图是在塔架上安装热交换器。高温熔盐在高温热交换器中把中间介质（传热油之类）加热到500余度，传热油在储热装置内储存并通过热交换器产生高温蒸汽。
对于腔体式接收器则直接把高压空气加热到1千多度去推动气轮机，推动气轮机后的气体仍有较高温度，再通过热交换器加热水生成蒸汽，水蒸气再去推动汽轮机，有效利用热量。
发电系统
从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电，从蒸汽轮机排出的水经冷凝器转为水，再由给水泵送往热交换器，再次产生蒸汽推动蒸汽轮机。发电机发出的电经变压器转换成高压电输送到电网。
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