摘要：新能源產(chǎn)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(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的投資總額將超過3萬億元，風(fēng)能、核能及太陽能將成為未來幾年能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展最快、新技術(shù)應(yīng)用最廣泛、帶動上下游產(chǎn)業(yè)最活躍的新興產(chǎn)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(shè)計(jì)。

　　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(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)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(jìn)了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。世界現(xiàn)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(jìn)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(jī)構(gòu)，準(zhǔn)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(zhuǎn)換成熱能，再將熱能傳給工質(zhì)，經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機(jī)，膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)，最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(guān)鍵技術(shù)有如下3個方面。

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　?。?）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(nèi)部，因而可將鍋爐的熱損失控制到最低限度，但最佳空腔尺寸與場地的布局有關(guān)。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)。

　　（3）蓄熱裝置

　　應(yīng)選用傳熱和儲熱性能良好的材料作為蓄熱工質(zhì)。選用水汽系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楣I(yè)界和使用者都很熟悉，有大量的工業(yè)設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，附屬設(shè)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(zhì)，它具有優(yōu)良的導(dǎo)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(yīng)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(diǎn)和防護(hù)的措施也不盡相同：

　　2．1定日鏡群的防雷特點(diǎn):

　　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(jì)算機(jī)控制進(jìn)行雙軸(方位和高度)調(diào)整，還能自動翻轉(zhuǎn)、收攏，以防止大風(fēng)、冰雹、塵土等造成的損壞。由于站場內(nèi)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(yán)重的后果，所以針對定日鏡群的直擊雷防護(hù)可主要利用定日鏡的鋼架機(jī)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿⒓訜峁べ|(zhì)。接收器有腔式、盤式、柱式等形式。在設(shè)計(jì)接收器時要掌握聚焦面的能量密度分布規(guī)律和工質(zhì)的熱物理性質(zhì)等，以使工質(zhì)加熱到預(yù)定的要求。由于，接收器是在集熱塔內(nèi)，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(nèi)的最高建筑物，應(yīng)作為重點(diǎn)考慮，可采用避雷針、帶結(jié)合的方式對其進(jìn)行直擊雷的防護(hù)，其建筑接地電阻不應(yīng)大于10歐姆，同時建議將集熱塔的建筑接地與站場內(nèi)的定日鏡陣組的接地網(wǎng)相連接，形成聯(lián)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(zhì)貯存熱能的設(shè)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(yùn)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(hù)，避免由于避雷針接閃造成的雷電電磁脈沖對其測量設(shè)備的侵害。

　　2.4主控系統(tǒng):

　　由控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)檢測裝置、控制設(shè)備等組成，用以監(jiān)測、控制太陽能系統(tǒng)及電站設(shè)備的安全運(yùn)行。由于控制系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，所以對于這部分的防護(hù)重點(diǎn)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的雷電電磁脈沖防護(hù)，這個部分的雷電防護(hù)與核心計(jì)算機(jī)機(jī)房的防雷措施一致，并且可根據(jù)實(shí)際情況參照GB50343-2004<建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范>中對機(jī)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(hù)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(shí)際設(shè)計(jì)，對于多組定日鏡組的鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合等電位接地，是有效的減小直擊雷對站場站控設(shè)備形成的雷電電磁脈沖的影響程度，對于遠(yuǎn)端的控制系統(tǒng)建議采用全程屏蔽接地措施進(jìn)行雷電電磁脈沖防護(hù)，對于控制箱內(nèi)的設(shè)備應(yīng)安裝相應(yīng)協(xié)議的信號電涌保護(hù)器，并就近接地。

　　3. 結(jié)束語

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)是新能源產(chǎn)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(shè)計(jì)，目前行業(yè)中還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(jù)其系統(tǒng)的分類可按照現(xiàn)有的其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或防雷國標(biāo)進(jìn)行分類、分析；按照相應(yīng)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)。比如，集熱塔就可以依據(jù)建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行直擊雷的防護(hù)設(shè)計(jì)，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(jīng)驗(yàn)和監(jiān)控防雷工程的系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　所以，對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的防雷，可以分解為現(xiàn)有成熟系統(tǒng)的防雷子系統(tǒng)，最后在進(jìn)行整合；根據(jù)太陽能發(fā)電站場的特點(diǎn)，最好在防雷工程設(shè)計(jì)之間進(jìn)行站場的雷電風(fēng)險(xiǎn)評估，這樣就可以具有針對性的進(jìn)行站場及站控子系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)。

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