太陽能光熱發(fā)電控制技術(shù)研究

　　隨著環(huán)境污染和資源浪費問題的日益突出，新能源的重要性已越來越明顯。太陽能作為新能源家族中的代表能源已廣泛成為人們所利用的對象。本文介紹了太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀、特點及，說明太陽能光熱發(fā)電具有良好的應(yīng)用前景。

　　1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)

　　1.1 太陽能簡介

　　太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量，是各種可再生能源中最重要的基本能源，也是人類可利用的最豐富的能源。太陽每年投射到地面上的輻 射能高達1.05×1018千瓦時，相當(dāng)于1.3×106億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，大約為全世界目前一年能耗的一萬多倍。按目前太陽的質(zhì)量消耗速率計，可維持 6×1010年，可以說它是“取之不盡，用之不竭”的能源。

　　地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都來源于 太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。

　　1.2 太陽能光熱發(fā)電

　　現(xiàn)代的太陽能科技可以將陽光聚合，并運用其能量產(chǎn)生熱水、蒸汽和電力。集熱式太陽能（Solar Thermal）。原理是將鏡子反射的太陽光，聚焦在一條叫接收器的玻璃管上，而該中空的玻璃管可以讓油流過。從鏡子反射的太陽光會令管子內(nèi)的油升溫，產(chǎn)生蒸氣，再由蒸氣推動輪機發(fā)電。

　　除了運用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設(shè)計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。在適當(dāng)?shù)攸c，太陽能的長期使用成本已經(jīng)接近甚至低于傳統(tǒng)的化石燃料。

　　2 太陽能光熱發(fā)電控制技術(shù)

　　2.1 太陽能光熱發(fā)電控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及特點

　　對于太陽能熱發(fā)電控制系統(tǒng)來說，發(fā)電控制系統(tǒng)的特點類似或者等同常規(guī)火力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，以下就常規(guī)火電機組分散控制系統(tǒng)敘述太陽能熱發(fā)電發(fā)電島控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點。

　　基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制模型，設(shè)計合理的控制系統(tǒng)，給出參數(shù)整定方法，在機組穩(wěn)定運行及按電網(wǎng)負(fù)荷要求變負(fù)荷運行時，使機組參數(shù)運行在合理范圍之內(nèi)，不發(fā)生 超溫超壓、跳機等故障，是火電機組自動化控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)之一。火力發(fā)電機組熱力系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)置了較多的熱工保護項目。在非正常情況下，實現(xiàn)機組的安全停機，以避免因操作失誤而造成重大設(shè)備損壞。另外，為了實現(xiàn)機組及設(shè)備的有序啟停，還設(shè)置了若干順序控制回路。典型的火電機組控制系統(tǒng)有：機爐SOE、鍋 爐保護、爐前油系統(tǒng)、密封風(fēng)、火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)、微油點火系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)及其火檢、燃油及其火檢系統(tǒng)、協(xié)調(diào)系統(tǒng)、給水主控系統(tǒng)、燃燒主控、送分、引風(fēng)、一次風(fēng)系統(tǒng)、過熱汽溫、再熱汽溫系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、鍋爐啟動系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、汽輪機本體系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)、發(fā)電機冷卻系統(tǒng)、潤 滑系統(tǒng)、發(fā)變組、勵磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、小汽機系統(tǒng)、輔助車間系統(tǒng)等。

　　火電機組自動化裝置主要為分散控制系統(tǒng)DCS編程邏輯控制器 PLC。DCS一般用于主機控制，PLC一般用于輔助車間控制，如輸煤控制、化學(xué)水處理控制等。集散控制系統(tǒng)雖然種類眾多，但最基本的集散控制系統(tǒng)一般具有如圖所示的結(jié)構(gòu)。其中控制器（或稱現(xiàn)場控制站、過程控制站、分布處理單元等）屬于分散控制部分，與現(xiàn)場儀表相連；工程師站、操作員站、服務(wù)器屬于操作 管理部分。分散控制部分和操作管理部分通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接成一個整體。集散控制系統(tǒng)通過開放的網(wǎng)絡(luò)接口與其它系統(tǒng)相連。

　　2.2 太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)電站運行方式

　　2.2.1 普通清晨啟動

　　各區(qū)域定日鏡處于各自自然朝向位置，并沒處在如圖4所示的待機狀態(tài)（Standby，即各區(qū)域定日鏡的聚焦光線分別定位于空中數(shù)點），此時的全廠啟動運行稱為“普通清晨啟動”，其啟動過程中各模塊的基本邏輯判斷順序。

　　2.2.2 冷啟動

　　在全廠啟動運行過程中，吸熱器由于熱損失影響，啟動時的狀態(tài)參數(shù)與周圍環(huán)境相應(yīng)，定日鏡場在前一次運行之后，處于如圖5所示的待機狀態(tài)，此類運行稱為全廠“冷啟動”。其各模塊運行的邏輯順序除了鏡場是從待機狀態(tài)而非自然朝向狀態(tài)啟動外，其余都與普通清晨啟動相同。

　　2.2.3 熱啟動

　　由于某些原因比如輻照、大風(fēng)等導(dǎo)致吸熱器和汽輪機解耦運行時，某些帶有 隔離門的吸熱器，可以保持內(nèi)部蓄有一定壓強和溫度的蒸汽，當(dāng)輻照、風(fēng)速等外界條件變化，使得吸熱器滿足再次運行時的啟動稱為“熱啟動”，此時將能在較短時 間內(nèi)達到額定運行狀況，具體視吸熱器設(shè)計而定。此類啟動時除了鏡場位于待機狀態(tài)而非自然朝向狀態(tài)啟動、及蒸汽參數(shù)能較快達到額定值而減少旁路流通外，其余基本相同。

　　2.2.4 正常運行

　　當(dāng)啟動完成后，在外界條件沒有劇變影響的條件下，全廠處于正常運行狀態(tài)，全廠的發(fā)電功率與輻照變化存在直接關(guān)聯(lián)。

　　2.2.5 云遮運行

　　當(dāng)投射到吸熱器表面的輻照強度低于吸熱器設(shè)計的下限達到N個（由具體設(shè)計決定）時間步長后，定日鏡場開始啟動偏轉(zhuǎn)到待機狀態(tài)的程序；由此導(dǎo)致當(dāng)汽輪機進汽壓強低于設(shè)定值時（為了確保與電網(wǎng)持續(xù)聯(lián)接，該設(shè)定值越小越好），在儲能充足的條件下，由儲能系統(tǒng)自動產(chǎn)生蒸汽供給汽輪機。若在定日鏡場完全偏轉(zhuǎn)前輻照 強度恢復(fù)，則重新將定日鏡從當(dāng)前位置投射聚焦到吸熱器表面運行。該過程的基本邏輯判斷。

　　2.2.6 晚間關(guān)停

　　當(dāng)傍晚投射到吸熱器表面的聚光輻照強度低于設(shè)計下限值時，自動啟動鏡場從聚焦吸熱器的位置偏轉(zhuǎn)到待機狀態(tài)的程序，控制調(diào)壓和調(diào)溫裝置來減小汽輪機所帶負(fù)載，最后將發(fā)電機組與電網(wǎng)解裂。

　　2.2.7 事故應(yīng)急運行

　　事故主要來源于吸熱器及鏡場兩個方面：吸熱器的故障主要發(fā)生在給水系統(tǒng)，比如給水泵失靈、管路出現(xiàn)機械或電氣故障，此時由于吸熱器表面仍有很強聚光分 布，所以在啟動定日鏡場偏轉(zhuǎn)的同時必須啟用噴水減溫系統(tǒng)，并開啟吸熱器的安全閥。鏡場的故障通常來自于通訊或供電中斷，此時必須啟用備用電源偏置定日鏡到待機位置。

　　3 結(jié)論

　　本文就太陽能光熱發(fā)電控制技術(shù)的現(xiàn)狀及特點給出了詳細(xì)的介紹，并對太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)電站的運行方式做出了相關(guān)解釋。針對如今嚴(yán)重的環(huán)境污染，太陽能作為新能源中最受青睞的綠色能源，不僅可以緩解環(huán)境污染的問題，同時也帶來了很大的商機。