摘要：新能源產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略是國家十一五能源規(guī)劃中重要的舉措，新能源規(guī)劃是從2009年至2020年，整體規(guī)劃到2020年新能源產業(yè)在國內的投資總額將超過3萬億元，風能、核能及太陽能將成為未來幾年能源產業(yè)領域中發(fā)展快、新技術應用廣泛、帶動上下游產業(yè)活躍的新興產業(yè)。本文主要介紹了利用太陽能發(fā)電站的站控系統(tǒng)防雷及接地設計。

　　1. 塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)介紹

　　太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置，促進了熱發(fā)電技術的發(fā)展。世界現有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)，本文僅對塔式系統(tǒng)的防雷進行簡單的介紹。

　　1.1塔式發(fā)電系統(tǒng)

　　又稱集中型系統(tǒng)，它是在很大面積的場地上裝有許多臺大型反射鏡，通常稱為定日鏡，每臺都各自配有跟蹤機構，準確地將太陽光反射集中到一個高塔頂部的接收器上。接收器上的聚光倍率可超過1000倍。在這里把吸收的太陽光能轉換成熱能，再將熱能傳給工質，經過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機，膨脹做功，帶動發(fā)電機，后以電能的形成輸出。主要由聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)等部分組成。

　　圖1塔式太陽能發(fā)電原理

　　1.2塔式發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術有如下3個方面。

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　　（1）反射鏡（又稱定日鏡）及其自動跟蹤

　　由于這一發(fā)電方式要求高溫、高壓，對于太陽光的聚焦必須有較大的聚光比，需用千百面反射鏡，并要有合理的布局，使其反射光都能集中到較小的集熱器窗口。反射鏡的反光率在80%～90%以上，自動跟蹤太陽要同步。

　?。?）接收器

　　也叫太陽能鍋爐。要求體積小，換熱效率高。有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等類型。對于垂直空腔型和水平空腔型來說，由于反射鏡反射光可以照射到空腔內部，因而可將鍋爐的熱損失控制到低限度，但空腔尺寸與場地的布局有關。外部受光型吸收體的熱損耗要比上述兩種類型大些，但適合于大容量系統(tǒng)。

　?。?）蓄熱裝置

　　應選用傳熱和儲熱性能良好的材料作為蓄熱工質。選用水汽系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，因為工業(yè)界和使用者都很熟悉，有大量的工業(yè)設計和運行經驗，附屬設備也已商品化。但腐蝕問題是其不足之處。對于高溫的大容量系統(tǒng)來說，可選用鈉做熱傳輸工質，它具有優(yōu)良的導熱性能，可在3000kW/m2的熱流密度下工作

　　2. 塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的防雷組成

　　塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的防雷組成，對應其工作原理可分為：定日鏡（群）、接收器、蓄熱槽、主控系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)共5各部分組成。針對不同的系統(tǒng)，其防雷的重點和防護的措施也不盡相同：

　　2．1定日鏡群的防雷特點:

　　定日鏡群由大量的定日鏡組成，定日鏡是一種裝在剛性輕型鋼架上跟蹤太陽的反射鏡。它由計算機控制進行雙軸(方位和高度)調整，還能自動翻轉、收攏，以防止大風、冰雹、塵土等造成的損壞。由于站場內的定日鏡采用作用是反射陽光，并且單組定日鏡面的損壞不會造成較為嚴重的后果，所以針對定日鏡群的直擊雷防護可主要利用定日鏡的鋼架機構作為直擊雷接閃器，對于單座定日鏡組的直擊雷防雷接地電阻不應大于10歐姆；

　　2.2接收器:

　　又稱鍋爐。接收定日鏡群反射來的太陽光，將太陽能轉變?yōu)闊崮懿⒓訜峁べ|。接收器有腔式、盤式、柱式等形式。在設計接收器時要掌握聚焦面的能量密度分布規(guī)律和工質的熱物理性質等，以使工質加熱到預定的要求。由于，接收器是在集熱塔內，所以對于集熱器的防雷主要考慮其建筑物的防雷，并且集熱塔作為太陽能電站內的建筑物，應作為重點考慮，可采用避雷針、帶結合的方式對其進行直擊雷的防護，其建筑接地電阻不應大于10歐姆，同時建議將集熱塔的建筑接地與站場內的定日鏡陣組的接地網相連接，形成聯合接地系統(tǒng)，其接地電阻不宜大于1歐姆。

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　　2.3蓄熱槽:

　　以傳熱和蓄熱性能良好的油、巖油或熔鹽為介質貯存熱能的設備。小量的熱貯存可在日照弱的情況下，使太陽能電站保持穩(wěn)定運行;大量的熱貯存可延長太陽能電站的工作時間。該部分主要考慮熱電偶的雷電電磁脈沖防護，避免由于避雷針接閃造成的雷電電磁脈沖對其測量設備的侵害。

　　2.4主控系統(tǒng):

　　由控制執(zhí)行機構、數據檢測裝置、控制設備等組成，用以監(jiān)測、控制太陽能系統(tǒng)及電站設備的安全運行。由于控制系統(tǒng)的核心是計算機，所以對于這部分的防護重點是計算機系統(tǒng)的雷電電磁脈沖防護，這個部分的雷電防護與核心計算機機房的防雷措施一致，并且可根據實際情況參照GB50343-2004<建筑物內電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范>中對機房等級的分類，采取不同等級的防雷措施；

　　2.5發(fā)電系統(tǒng)：

　　太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)火力發(fā)電站相同，其雷電防護的核心主要是DCS控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。

　　2.6站場的接地、屏蔽系統(tǒng)：

　　按照站場的實際設計，對于多組定日鏡組的鋼架結構進行聯合等電位接地，是有效的減小直擊雷對站場站控設備形成的雷電電磁脈沖的影響程度，對于遠端的控制系統(tǒng)建議采用全程屏蔽接地措施進行雷電電磁脈沖防護，對于控制箱內的設備應安裝相應協議的信號電涌保護器，并就近接地。

　　3. 結束語

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)是新能源產業(yè)中的重要組成部分，對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計，目前行業(yè)中還沒有相應的標準規(guī)范，但是對于光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，塔式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的防雷相對就簡單了很多，并且根據其系統(tǒng)的分類可按照現有的其他行業(yè)標準或防雷國標進行分類、分析；按照相應的系統(tǒng)標準進行系統(tǒng)防雷設計。比如，集熱塔就可以依據建筑物防雷標準進行直擊雷的防護設計，對于站控DCS系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)就可以借鑒工控系統(tǒng)中的DCS防雷經驗和監(jiān)控防雷工程的系統(tǒng)特點進行分系統(tǒng)設計。

　　所以，對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的防雷，可以分解為現有成熟系統(tǒng)的防雷子系統(tǒng)，后在進行整合；根據太陽能發(fā)電站場的特點，好在防雷工程設計之間進行站場的雷電風險評估，這樣就可以具有針對性的進行站場及站控子系統(tǒng)的防雷設計。

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