1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

#8226;1课题背景

#8226;1.1能源现状及发展

随着人类生产及生活水平的提高，世界能源消费量大幅度增长。研究表明.1965年比 1900年几乎增长了6倍。过去的10-50年，能源消耗很大部分来自矿物燃料。多次的能源危机使人们认识到，矿物燃料资源是有限的。世界石油资源能维持几十年，人们不得不逐渐把关注的重点转移到新能源的开发和利用上去，新能源将在世界能源消费构成中占据越来越重要的地位。有人把原子能和太阳能称为21世纪的能源^[1]。

#8226;2几种太阳能发电方式的比较

太阳能发电有多种方式，其中最主要的有光伏发电和太阳能热发电。太阳能热发电又可分为塔式聚焦、槽式聚焦和碟式聚焦等三种方式。

#8226;2.1塔式太阳能热发电

塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系

统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接

收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸^[2-7]汽或高温气体，驱动汽轮机发电机

组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。

塔式太阳能热发电的特点:

1)聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其

聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高;

2)能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效;

3)接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。

#8226;2.2槽式太阳能热发电

槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多

个槽型抛物面聚光集热器经过串、并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动

汽轮机发电机组发电^[8]。

槽式太阳能热发电系统包括以下五个子系统:

1)聚光集热子系统。是系统的核心，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。

接受器主要有两种:真空管式和腔式;跟踪方式采用一维或二维跟踪，

有南北、东西和极轴三种方式。

2)换热子系统。由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。当系统工

质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被热后，进入换热子系统中

产生蒸汽，蒸汽进入发电子系统发电。直接采用水为工质时，可简化此

子系统。

3)发电子系统。基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，

用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。

4)蓄热子系统。太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量

维持系统正常运行。蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。

5)辅助能源子系统。在夜间或阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则

蓄热系统过大会引起初始投资的增加。

#8226;2.3碟式太阳能热发电

碟式（又称盘式）太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统。优点

是转换效率非常高，峰值达到30%。缺点是单元容量较小且尚处于实验阶段，商业化

成本较高。

表1 三种系统性能比较^[9]

	槽式系统	塔式系统	碟式系统
规模	30~320MW	10~20MW	5~25KW
运行温度（℃）	390~734	565~1049	750~1382
年容量因子	23~50%	20~77%	25%
峰值效率	20%	23%	29.4
年净效率	11~16%	7~20%	12~25%
商业化情况	商业化	示范	试验装置

可见除了碟式系统外，其余两种太阳能热发电系统都是大规模集中系统。

碟式系统试验效率较高，但是规模小，不适于解决乡村的大规模供电问题。

槽式系统具有效率高、规模化的特点，因此有潜力成为最便宜的和容易推广的能

源之一^[10]。

#8226;3太阳能集热器跟踪驱动形式

#8226;3.1单轴中高压双液压缸推挽驱动结构

由于槽式太阳能聚光器幅而巨大(6mX150m)，因此其会受到巨大的风压阻力;又

由于聚光器上的集热管直径较小，因此要求聚光器跟踪太阳的精度高。基于以上特点，

采用中高压双液压缸推挽式驱动作为巨幅聚光器驱动的结构形式，不仅驱动扭矩大，且

驱动转角范围广，配以线性比例液压控制系统将使聚光器具有很高的跟踪精度。

缺点是对环境要求比较高，容易进灰尘，当流量阀或方向阀阀芯卡住或阀孔堵塞时，

液压缸易发生误动作或动作失灵。而且进灰容后易造成活塞杆与缸筒卡住或液压缸

堵塞^[11]。

#8226;3.2蜗轮蜗杆减速器驱动结构

蜗轮蜗杆减速器具有较高的传动比,由于蜗杆的头数少，而且是连续不断的螺旋

齿故能以单级蜗杆涡轮传动获得大的传动比，而且结构紧凑，传动平稳，振动、冲击、

噪音均很小。另外，当蜗杆的导程角（即螺旋升角）小于或等于啮合轮齿间的当量摩擦

角时，这种传动机构还具有自锁性，即只能以蜗杆驱动涡轮，而不能以涡轮驱动蜗杆。

缺点是摩擦损耗较大，传动效率较低，容易发热，磨损也较严重，所以对润滑及散热

冷却措施要求比较高，而且常需采用锡青铜等贵重的减摩材料来制造涡轮，故成本较

高^[12]。

#8226;4 PRO-E建模软件

Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

#8226;5国内槽式太阳能热发电技术现状

进入21世纪，联合攻关队伍，在太阳能热发电领域的太阳光方位传感器、自动跟踪系统、槽式抛物面反射镜、槽式太阳能接收器方面取得了突破性进展。目前正着手开展完全拥有自主知识产权的100kW槽式太阳能热发电试验装置。

2009年华园新能源工程公司与中科院电工所、清华大学等科研单位联手研制开发的太阳能中高温热利用系统，设备结构简单、而且安装方便，整体使用寿命可达20年。由于反射镜是固定在地上的，所以不仅能更有效地抵御风雨的侵蚀破坏，而且还大大降低了反射镜支架的造价。更为重要的是，该设备技术突破了以往一套控制装置只能控制一面反射镜的限制。我们采用菲涅尔凸透镜技术可以对数百面反射镜进行同时跟踪，将数百或数千平方米的阳光聚焦到光能转换部件上（聚光度约50倍，可以产生三、四百度的高温），采用菲涅尔线焦透镜系统，改变了以往整个工程造价大部分为跟踪控制系统成本的局面，使其在整个工程造价中只占很小的一部分。同时对集热核心部件镜面反射材料，以及太阳能中高温直通管采取国产化市场化生产，降低了成本，并且在运输安装费用上降低大量费用。

更为重要的是，该设备技术突破了以往一套控制装置只能控制一面反射镜的限制。我们采用菲涅尔凸透镜技术可以对数百面反射镜进行同时跟踪，将数百或数千平方米的阳光聚焦到光能转换部件上（聚光度约50倍，可以产生三、四百度的高温），采用菲涅尔线焦透镜系统，改变了以往整个工程造价大部分为跟踪控制系统成本的局面，使其在整个工程造价中只占很小的一部分。同时对集热核心部件镜面反射材料，以及太阳能中高温直通管采取国产化市场化生产，降低了成本，并且在运输安装费用上降低大量费用^[13-18]。 图1 康达太阳能槽式热发电产品

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本次毕业设计的任务是槽式太阳能集热器跟踪驱动系统设计及减速器建模。

研究内容：

1.槽式太阳能集热器系统驱动装置方案的确定；