摘要：本文简述了槽式太阳能热发电系统在国内外的发展现状，并对系统的具体结构形式进行了详细介绍。由于槽式太阳能热发电系统为一个强非线性系统，高质量的控制对系统运行至关重要。本文对其中的关键控制问题：太阳跟踪控制，温度与压力控制系统进行了详细的分析研究，对各种控制方法在其中的应用现状做了较为全面的综述。
　　关键词：槽式太阳能热发电；温度控制；跟踪控制
　　图书分类号：TK513  文献标识码：B
　　0 引言
　　随着我国对能源安全与生态环境的日益重视，对可再生能源的研发投入也越来越大。其中太阳能热发电技术是一项具有大规模化能力，在近期内可步入商业化的技术，是能源技术发展的热点，也是国际太阳能技术发展的重点。经过一些发达国家的持续研究控制工程网版权所有，目前已开发出多种形式的太阳能热发电系统，单级容量从千瓦级发展到兆瓦级。按集热器类型的不同，聚光式太阳能热发电系统可分为槽式系统，塔式系统和碟式系统三大类[1]。
　　槽式太阳能热发电技术是目前最为成熟的太阳能热发电利用技术CONTROL ENGINEERING China版权所有，目前只有槽式太阳能热发电实现了商业化运行。LUZ公司于1980年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业化运行。美国加利福尼亚从

1991年开始运行的由9个槽式系统组成的太阳能热发电站总装机容量达354MW，年发电量10TWh，至今运行良好。1998年起，欧洲框架计划资助西班牙开发新一代抛物线聚光镜，以提高槽式太阳能热发电系统的效率和降低系统成本[2]。
　　我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚，一直局限于小型部件和材料的攻关项目，研发远远落后于一些发达国家。近年来我国对太阳能热发电的研究取得到了一定的发展。2007年张耀明院士主持建设的国内首座塔式70千瓦太阳能热发电系统通过了鉴定验收，在我国太阳能热发电领域走出了“开创性的一步”。中科院广州能源研究所在综合调研的基础上控制工程网版权所有，在槽式太阳能热发电领域开展了相关的研究，并取得了初步进展。
　　槽式太阳能热发电系统的研发及应用涉及到多个学科领域的知识，具有多项关键技术，包括聚光器和吸收器的研制，高效换热系统的研制，热能储存技术，控制技术等方面。由于控制技术对整个发电系统安全高效运行的重要性，本文主要对槽式太阳能热发电系统及其控制技术进行研究。
　　1 槽式太阳能热发电系统
　　建于西班牙的Acurex槽式太阳能热发电系统框图如图1所示[3]。借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电。作为太阳能量不足时的备用，系统配备有一个辅助燃烧炉，用天然气或燃油来产生蒸汽。
　　图1  Acurex槽式太阳能热发电系统框图

　　图2 槽式太阳能直接产生蒸汽发电系统

　　图2所示的槽式太阳能直接蒸汽发电系统具有三种工作模式，分别称为直通模式，注射模式以及循环模式[4]。直通模式中的水经过预热，蒸发和过热后直接推动汽轮机发电，该模式最简单，投资较少，但控制复杂。注射模式中水分别从集热管不同的地方注入，该模式的正常运行需要必要的测试系统，由于系统的复杂性和系统投资较大，该模式已经不具有竞争力。循环模式是目前最有竞争力的方式，在集热管路的蒸发段的末端安装一个水汽分离装置，注入到蒸发段的水量大于系统可以蒸发的水量，过量的水就通过分离器被循环泵送到集热环路的进水入口段。而蒸汽经过水汽分离器进入到集热管的过热段，这种模式具有高度可控性，但是有循环管路的存在以及水汽分离装置等增加了系统的投资。
　　（a）直通模式

　　（b）注射模式

　　上述的槽式太阳能热发电系统存在着三个回路：一个为传热液体回路，一个为蒸汽回路，一个为冷水回路。传热液体通常采用合成油，合成油吸收太阳热量产生高温，然后通过热交换器在蒸汽回路里产生所需蒸汽推动汽轮机发电。为了减少投资和提高系统效率，西班牙出现了一种新的槽式太阳能热发电系统，如图2所示。该系统将图1的传热液体回路和蒸汽回路合二为一，采用水作为传热介质，直接产生蒸汽推动汽轮机发电，从而不再需要换热器装置，简化了系统设计。
　　图3 槽式太阳能直接产生蒸汽发电系统工作模式

　　要提高槽式太阳能热发电系统的效率与正常运行，涉及到两个方面的控制问题，一个是自动跟踪装置，要求使得槽式聚光器时刻对准太阳控制工程网版权所有，以保证从源头上最大限度的吸收太阳能www.cechina.cn，据统计跟踪比非跟踪所获得的能量要高出37.7%。另外一个是要控制传热液体回路的温度与压力，满足汽轮机的要求实现系统的正常发电。针对这两个控制问题，国内外学者都展开了研究，取得了一定的研究进展。
　　2 太阳跟踪系统
　　抛物柱面槽式聚焦集热器只能收集太阳的直射光线，而对散射部分无能为力，因此集热器的聚光系统必须使光轴指向太阳，即跟踪太阳。由于太阳时刻处于运动状态，再加上自然天气随时变化，因此全天候