塔式太阳能热发电系统的防雷设计
时间：2023-02-08阅读量354
太阳能能源是来自太阳的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，目前人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能将成为本世纪最主要的能源之一，这是因为太阳能既蕴藏丰富，又是安全、干净的，不会威胁人类和破坏环境。
太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式，包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。其中光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。
太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。由于光伏太阳能发电系统造价较高，许多光伏发电项目又多处于空旷地带，对流天气时有发生，因此做好防雷设计对光伏发电系统正常运转极为重要。
目前现有的太阳能热发电系统主要有塔式系统、槽式线聚焦系统、和碟式系统，这篇内容将主要对塔式系统的防雷设计进行介绍分析。塔式发电系统又被称为集中式系统，在大面积场内装有大量大型反射镜，通常又被称为定日镜。每台定日镜各自配有跟踪机构，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上，接收器上的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做工，带动发电机，最后以电能的形式输出。
应选用传热和蓄热性能好的材料作为蓄热工质，对于高温的大容量系统来说，可选用钠做传输工质，它具有优良的导热性能，可在3000KW/m²的热流密度下工作。在这一部分需要使用到千百面反射镜，要有合理的布局，使其反射光都能集中到较小的集热器窗口。反射镜的反光率应在80%~90%以上，自动跟踪太阳要同步。也被称为太阳能锅炉。要求体积小，换热效率高。有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等类型。对于塔式太阳能发电系统的防雷设计，可按照其关键技术部分，针对蓄热装置、反射镜、接受器等部分进行不同的防雷设计。
（1）蓄热装置：以传热和蓄热性能良好的油、岩油或熔盐为介质贮存热能的设备。小量的热贮存可在日照弱的情况下，使太阳能电站保持稳定运行;大量的热贮存可延长太阳能电站的工作时间。该部分主要考虑热电偶的雷电电磁脉冲防护，避免由于避雷针接闪造成的雷电电磁脉冲对其测量设备的侵害。（2）反射镜群：它由计算机控制进行双轴(方位和高度)调整，还能自动翻转、收拢，以防止大风、冰雹、尘土等造成的损坏。针对该部分的雷电防护主要是利用定日镜的钢架机构作为直击雷接闪器，对于单座定日镜组的直击雷防雷接地电阻不应大于10Ω。（3）接收器：由于接收器是在集热塔内，因此对接收器的防雷设计主要考虑其建筑物的防雷，可采用避雷针、带结合的方式对其进行直击雷的防护，其建筑接地电阻不应大于10Ω，同时将将集热塔的建筑接地与站场内的定日镜阵组的接地网相连接，形成联合接地系统，其接地电阻不宜大于1Ω。
（4）发电系统与主控系统：发电系统的防雷核心主要是DCS控制系统和监控系统（分布式控制系统）；控制系统的核心是计算机，对这一部分的防护重点是对计算机系统进行雷电电磁脉冲防护，可参照GB50343-2004<建筑物内电子信息系统防雷技术规范>中对机房等级的分类，采取不同等级的防雷措施。（5）接地、屏蔽系统：按照站场的实际设计，对于多组定日镜组的钢架结构进行联合等电位接地，是有效的减小直击雷对站场站控设备形成的雷电电磁脉冲的影响程度，对于远端的控制系统建议采用全程屏蔽接地措施进行雷电电磁脉冲防护，对于控制箱内的设备应安装相应协议的信号电涌保护器，并就近接地。
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