新闻热线:86-021-54289818 投稿邮箱 Email:[email protected]中国最大太阳能光热新闻门户网!
您当前的位置:中国太阳能光热网 > 统计数据 >

高效能太阳能聚光器的优化设计研究

来源:网络整理 作者:采集侠 2016/11/12 18:23

图1-8LS-3聚光器的前后视图[33];Fig.1-8Frontandrearviews;表1-2Luz公司PTC的主要特征[8];Table1-2Maincharacterist;型号;生产年份;最高操作温度(°C);工作面积(m2);宽度(m);长度(m);焦距(m);集能管直径(mm);保护管直径(mm);夹角(°);几何聚光率;光学效率峰值;反射率

图1-8 LS-3聚光器的前后视图[33]

Fig. 1-8 Front and rear views of LS-3 concentrator

表1-2 Luz公司PTC的主要特征[8]

Table 1-2 Main characteristics of Luz PTC

型号

生产年份

最高操作温度 (°C)

工作面积(m2)

宽度 (m)

长度 (m)

焦距 (m)

集能管直径 (mm)

保护管直径(mm)

夹角 (°)

几何聚光率

光学效率峰值

反射率

拦截率

透射率

吸收率 LS-1 1984 307 128 2.55 50.2 0.68 40 a 85 18.95 0.734 0.94 0.87 0.94 0.94 LS-2 1985 349 235.5 5 47.1 1.4 70 0.115 80 22.74 0.74 0.94 0.89 0.95 0.94 1988 390 235.5 5 47.1 1.4 70 0.115 80 22.74 0.74 0.94 0.89 0.95 0.94 LS-3 1989 390 570.2 5.76 99 1.71 70 0.115 80 26.2 0.77 0.94 0.93 0.96 0.96

前两代聚光器LS-1和LS-2有聚光器长度相差不大,但是LS-2的宽度大约是LS-1宽度的两倍。聚光器结构是用扭力管的刚性支撑管,支撑的抛物槽面聚光镜的钢型材料。

LS-3的支撑结构是以金属格框架代替了前两代的扭力管。宽度比LS-2大14%,长度是LS-2的两倍,更新了底座和聚光镜支撑架,并且聚光器由液压控制系统定位取代了LS-2用的机械齿轮和电缆系统。LS-3的发展设计是基于先前Luz电厂的经验(SEGS-I 到 SEGS-VI),要求大规模生产低成本和及具有相对好的性能。

- 8 -

但是,经过运营后发现,三代SEGS系统电厂的设计成本、制造和性能维护等问题是相似的[21, 24]。

集热元件(HCE)是具有特殊的选择性涂层的不锈钢管,放置在玻璃管或玻璃箱的真空环境中。用普通玻璃-金属密封件和金属波纹管密封实现真空环境是必要的,这样做可以使保护选择性涂层不被氧化以提高能源利用率。保护管由特殊玻璃支撑,内外两侧涂有低反光涂层,这样可以最大限度转输太阳能[24]。

LS-3的选择性涂层是一层厚度为0.3μm的陶瓷金属层,可以在真空条件下用离子轰击,替代了LS-1和LS-2的黑色镀铬层。Luz吸能器是4mm厚的低铁背面镀银的玻璃,由一层铜和四层漆保护。抛物面型玻璃是具有精确抛物线型的磨具在特殊烤炉中加热制备而成。对于安装的支撑型结构,反射器背面装有用特殊粘合剂粘合的陶瓷垫[21, 24, 25]。

(3)EuroTrough聚光器 在20世纪末期,LS-3的设计已经不再具有竞争力[21, 29]。在1998年,为发展新一代PTC组装经济效益高的CSP电厂,由欧洲的公司和研究机构(Abengoa/Inabensa, Fichtner Solar, Flabeg Solar Int.,

Schlaich Bergermann and Partner, Iberdrola, Solel Solar Systems, CIEMAT, CRES and DLR)组建了一个集团,发展了一种称为“EuroTrough”抛物槽面聚光镜以装配符合成本效益的太阳能电厂。

图1-9 EuroTrough聚光器装置前后视图

Fig. 1-9 Front and rear views of EuroTrough collector [33]

EuroTrough聚光器如图1-9所示,与其它结构的聚光器相比,几何特征与LS-3聚光器相似,但是主要的区别是EuroTrough聚光器支撑结构是矩形扭矩框支撑结构,它结合了LS-2扭转刚度的扭力管设计和LS-3低成本的桁架设计等优点。每100m聚光器有8个模块组成,具有有效工作面积大约545m2。由于扭转框具有高度刚性特征,可以允许原始聚光器的长度扩展。由European Commission Project EuroTrough II发展的第二个型号ET-150,每个吸能器可以增至12个模块,吸能器

- 9 -

长度大约为150m,有效工作面积约为820m2。2000~2002年期间,使用一种人工合成的传热流体(HTF)在400°C操作条件下,在PSA用半个聚光器,两个型号

[21, 29, 30]。

在重力和风力下,聚光器结构变形较小,因此减小了在操作过程中结构扭

聚光器的长度由100m(ET-100)延展至150m(ET-150)减少了聚光器集

由于改善了吸能器支撑结构的设计,使得阴影变少;

钢结构使得重量比LS-3聚光器减轻了14%;

部件数量较少,增加了大规模发电能力;

对运输要求降低;

降低运营和维护要求;

制作简单,降低了现场组装的成本;

所有以上的优点使成本降低了10%。 与先前的PTC设计相比,EuroTrough聚光器有以下优点[21, 29]: ? ? ? ? ? ? ? ? ? 曲和弯曲的程度,从而提高了光学的性能; 热范围内的驱动器和互联管道的数量,并降低了热损耗和总体的成本;

EuroTrough聚光器用的聚光镜与LS-3相同,由Flabeg制造。目前这项技术的商业化使得传统玻璃公司对这种反光镜产生了兴趣。Saint-Gobain Solar[31] 和 Rioglass Solar [32, 33]两家公司已经有了自己的市场。

由Solel公司开发的Solel Universal Vacuum Collector(UVAC)改善了原来Luz吸能器管,但没有改变其体积大小,成功的在EuroTrough吸能器上运行[21]。同时,德国的Schott Solar开发了一种相类似的吸能管,主要不同之处是膨胀波纹管和金属密封[34, 35]。两个公司一直致力于研发这两种吸能管直到实现了低发射率(400°C条件下约为0.14)和更稳定更持久的选择性涂层为止。现在的型号是Solel UVAC2008[36, 37]和SCHOTT PTR 70[38, 39]。

第三代EuroTrough聚光器叫SKAL-ET,是由德国政府资助的项目研发而出,已经通过了验证并投入到商业生产。这个型号具有12个略作改善的模块。该聚光器的有效工作面积高达4360m2,已经应用在了SEGS-V商业发电厂(California, USA),是利用太阳能领域中不可或缺的部分。自2003年以来,贡献了大约0.7MW发电量。在2003年9月,在循环中安装了特殊的装置以衡量其性能和监控操作。另外,还研发了一种新的太阳能跟踪传感器和控制系统,操作测试超过8000h,展示了其非常高的精度[40, 41]。

在先前型号的EuroTrough的聚光器中,改善聚光镜是为了降低太阳能领域中成本。其中一个主要的改善方法是用热轧型材代替矩形空心异型材。

- 10 -

(4)其它

PTC 近几年出现了其它一些遵循EuroTrough设计理念的太阳能吸能器。最主要的思想就是与市场上关键部件的几何参数保持一致,同时提高效益,降低成本[42-57]。下面介绍其它聚光器的设计思想。

图1-10 SENERTROUGH聚光器的后视图

Fig. 1-10 Rear view of SENERTROUGH collector

图1-10所示的是西班牙公司SENER研发的SENERTROUGH-I吸能器,大小与LS-3一样。但是,支撑结构设计却是LS-2的扭力管的思想。这种高刚性扭力圆柱管是由钢板做成的,不同厚度和质量大小取决于风载荷的大小。

中国太阳能光热网声明:此资讯系转载自合作媒体或互联网其它网站,中国太阳能光热网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考。
图文推荐