太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)初探

趙鋒鋒

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)， 上海 201418）

1 集熱系統(tǒng)

1.1 塔式集熱系統(tǒng)

平面鏡是塔式集熱系統(tǒng)的一個主要組成部分，一旦定日鏡的傳動不能連續(xù)進(jìn)行，集熱器就不能接收到反射光線，因此定日鏡如何以恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行遠(yuǎn)距離跟蹤是該系統(tǒng)的一個技術(shù)突破點(diǎn)[1]。這種鏡子具備獨(dú)立的太陽追蹤系統(tǒng)，雙軸單軸均有。當(dāng)集熱塔接收太陽光后，該系統(tǒng)可對其進(jìn)行開環(huán)或閉環(huán)控制。接收器由預(yù)熱、蒸發(fā)和再熱器三大部分組成，主要作用是間接或直接地接收“鏡場”四周分布的熱量。聚焦點(diǎn)的溫度需控制在一定范圍內(nèi)，以免光斑在風(fēng)的作用下出現(xiàn)晃動時，溫度高低不定。受熱面在太陽能的作用下，溫度達(dá)到一定程度后，將自身的熱量向四周散發(fā)是間接接收器的主要工作原理。間接接收器的一個代表是管狀接收器[2]，由于其加熱的溫度過高，光斑的位置常常不確定，加上其他不確定的因素，溫度也常常不夠穩(wěn)定，常造成各種不良后果。當(dāng)介質(zhì)不夠或流動不暢時，接收器會開啟自身相關(guān)的保護(hù)功能，必要時及時改變鏡場的傾斜度，或采取一定的隔離措施，以減輕接收器溫度過高帶來的不良后果。值得注意的是，集熱塔相關(guān)工作人員的操作應(yīng)按照具體的工作流程實(shí)施，切勿在接收器高溫即運(yùn)行時登塔。

1.2 槽式集熱系統(tǒng)

首先，與塔式集熱系統(tǒng)不同的是，槽式集熱系統(tǒng)主要組成部分是集熱管形成的拋物面，且大多串聯(lián)成槽型[3]。其次，這個系統(tǒng)也帶有相應(yīng)的追蹤太陽的系統(tǒng)。最后，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)以及采取一定的措施以減少風(fēng)力對該系統(tǒng)的影響是該系統(tǒng)的一大技術(shù)突破點(diǎn)。槽式集熱系統(tǒng)當(dāng)然也有其自身的劣勢。當(dāng)熱流分布多少不等時，周圍環(huán)境的冷熱也常常各不相同，這容易引起吸熱管不耐受，損壞以致不起作用；當(dāng)集熱管中的高熱導(dǎo)體流失時，由于其溫度過高，常常容易引發(fā)嚴(yán)重的后果，比如火災(zāi)；當(dāng)沒有足夠的電力及時的供應(yīng)本系統(tǒng)時，高溫傳導(dǎo)介質(zhì)則容易變性而失去作用。

1.3 其他集熱系統(tǒng)

首先，與塔式集熱系統(tǒng)和槽式集熱系統(tǒng)不同的是，碟式集熱系統(tǒng)主要組成部分是反射鏡，各鏡子之間的關(guān)聯(lián)性常常不大，但性能好，耗電低，聚光好，但是，因?yàn)檫@個系統(tǒng)具有存儲空間不足、高昂的價格以及溫度過高等劣勢，人們對其常望而卻步。

與碟式集熱系統(tǒng)不同的是，菲涅爾式集熱系統(tǒng)主要組成部分是鏡面和集熱管，這個系統(tǒng)的前身是拋物面式的槽式集熱系統(tǒng)，此系統(tǒng)以槽式集熱系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在鏡面上，采用其特有的菲涅爾類型，從而優(yōu)化了鏡面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱流分布多少不等時，周圍環(huán)境的冷熱也常常各不相同，這容易引起吸熱管不耐受，損壞以致不起作用。

2 蓄熱系統(tǒng)

蓄熱系統(tǒng)可連續(xù)運(yùn)行，因而其常具有調(diào)節(jié)峰值的優(yōu)勢。在各種蓄熱系統(tǒng)中，潛熱和化學(xué)型在現(xiàn)實(shí)生活中的使用頻率明顯不如顯熱型多，單罐蓄熱使用頻率明顯不如雙罐蓄熱多。熔融鹽由于自身的化學(xué)特性，無論是在安全性、成本、發(fā)熱以及與設(shè)施的匹配性方面，常常更具優(yōu)勢。值得注意的是，在熔融鹽的使用過程中，為了達(dá)到熔融鹽的起效溫度，相關(guān)的配套設(shè)施需要提前進(jìn)行預(yù)熱[4]，并且要注重設(shè)備的日常維護(hù)，以減輕熔融鹽對相關(guān)設(shè)備造成的損害，從而減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生，以保護(hù)相關(guān)從業(yè)人員，延長設(shè)備的使用年限。對熔融鹽來說，三元鹽的起效溫度相對較低，故不需要對相關(guān)的配套設(shè)施進(jìn)行提前加熱，如果溫度過高，超過三元鹽可耐受的溫度時，物理化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致三元鹽變性，純度明顯降低，起效溫度也會有所升高，從而發(fā)生各種不良后果。如果多元鹽聚積在相應(yīng)的設(shè)施上時，整個蓄熱系統(tǒng)作用的發(fā)揮都將大打折扣。

3 換熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要涉及到介質(zhì)的選擇這一難題。不同介質(zhì)的作用機(jī)制如下：熔融鹽傳熱和蓄熱兼顧，防凍結(jié)是這一介質(zhì)在具體使用過程中需要注意的一個問題。水經(jīng)過加熱，氣化成蒸汽后，為設(shè)備運(yùn)行提供相應(yīng)的電力支持，從而使整個系統(tǒng)的運(yùn)行更加簡單快捷。蒸汽狀態(tài)和液態(tài)水狀態(tài)的處理是該系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的一個難點(diǎn)?？諝膺@一介質(zhì)在發(fā)揮作用時，需要使用陶瓷吸熱器，這不同于水、導(dǎo)熱油和熔融鹽?？諝膺@一介質(zhì)，對溫度要求比較高，在蓄熱和保存維護(hù)方面，實(shí)施難度比較大，因此只能小范圍應(yīng)用。如果導(dǎo)熱油加熱溫度過高，以致難以耐受時，整個換熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率常常大打折扣。當(dāng)溫度過高時，由于導(dǎo)熱油自身特性，需要借助于無氧氣層如O2、N2的保護(hù)，以減少自爆等安全問題的產(chǎn)生。導(dǎo)熱油這一換熱介質(zhì)在發(fā)揮作用時，使用量較大，故需要足夠大的壓力罐與之相匹配，從而增加了操作難度。

4 輔熱系統(tǒng)

輔熱系統(tǒng)的主要作用：輔熱系統(tǒng)可促進(jìn)水蒸氣快速達(dá)到起效溫度，從而縮短其轉(zhuǎn)化為電能的時間，整個系統(tǒng)的運(yùn)行速度提高；自然的太陽能不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求時，輔熱系統(tǒng)可保證整個太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。輔熱系統(tǒng)優(yōu)勢具體體現(xiàn)在：輔熱系統(tǒng)可加熱設(shè)備至所需的溫度，以促進(jìn)熔融鹽等介質(zhì)達(dá)到熔點(diǎn)溫度，以防止凍結(jié)的發(fā)生[5]，提高設(shè)備的安全性能。相比較天然氣加熱和油加熱，電加熱安全性能較好，但成本高昂，且容易引起熔融鹽變性，作用發(fā)揮受限，效率減低。

5 發(fā)電系統(tǒng)

熱機(jī)和發(fā)電機(jī)是該系統(tǒng)的兩個主要組成部分，前者類型較多，主要是各種汽輪機(jī)，包括汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)，安全性好。發(fā)電機(jī)類型單一，主要指的是斯特林這一類型，這種發(fā)電機(jī)對H2的需求量大，安全性能較差。汽輪機(jī)常應(yīng)用于大規(guī)模的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)；溫度過高時，燃?xì)廨啓C(jī)則變?yōu)槭走x；溫度要求不高時，低沸點(diǎn)以及斯特林型成為首選。

6 其他風(fēng)險(xiǎn)防范

發(fā)電站多建立在太陽能充足的地區(qū)。為了保證電力需求，發(fā)電站多建立在西部，這些地區(qū)日照時間較長，可利用的太陽能豐富，且地廣人稀，滿足了發(fā)電站對空間的要求，降低了成本。但這些地區(qū)存在氣候環(huán)境差，公共建設(shè)缺乏等劣勢，為此，相關(guān)部門要建立相關(guān)的安全設(shè)施和措施，并且利用西部地區(qū)自身的地理優(yōu)勢，保證各種工程項(xiàng)目順利開展。各部門共同努力以保證介質(zhì)的安全性。溫度過高時，一些介質(zhì)如導(dǎo)熱油、熔融鹽等容易變性流失，引發(fā)一系列的安全問題。因此，注重保持介質(zhì)的安全性，消除安全隱患，對這一行業(yè)的健康發(fā)展至關(guān)重要。當(dāng)太陽能發(fā)電無法滿足市場需求時，備用電源及時提供電能，以保證太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止凍結(jié)的發(fā)生，減輕斷電對太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)造成的不良后果，減輕經(jīng)濟(jì)損失。

7 結(jié)語

太陽能光熱系統(tǒng)對空間的需求比較大，并且其自身存在諸多的安全隱患，無論是在系統(tǒng)運(yùn)行還是安全防護(hù)方面，都需要加以精進(jìn)。發(fā)電站除了注重效益外，定期開展相關(guān)的知識講座，以提高從業(yè)人員的整體素養(yǎng)，并且發(fā)放相應(yīng)的防護(hù)物品，做好防護(hù)措施，制定危險(xiǎn)處理方案，采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。同時，相關(guān)部門要制定相應(yīng)的行業(yè)操作規(guī)范和流程，建立相應(yīng)的管理部門，完善管理體系，制定管理制度，定期開展相應(yīng)的工作匯報(bào)會議，提高安全意識，加強(qiáng)安全監(jiān)管，重視安全“三同時”，做好安全措施。為了促進(jìn)太陽能光熱發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)的從業(yè)人員要共同努力，致力于解決這一系統(tǒng)存在的的安全隱患。