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光熱發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備和組件的創(chuàng)新方向

2017-10-25 15:45:58 CSPPLAZA 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

近幾年來，在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的大背景下，作為多國(guó)重點(diǎn)支持發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，光熱發(fā)電在全球范圍內(nèi)迎來了又一波發(fā)展熱潮，中國(guó)、南非、中東北非等新興市場(chǎng)為光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展注入了新的動(dòng)力。為盡快降低光

二、集熱管篇

集熱管是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心組件之一。典型的集熱管由帶選擇性吸收涂層的金屬內(nèi)管（不銹鋼內(nèi)管）、同心玻璃外管、波紋管等部件組成。槽式拋面鏡或菲涅爾平面鏡將太陽光反射聚焦至集熱管上，加熱其內(nèi)部流動(dòng)的工作介質(zhì)，為蒸汽發(fā)生提供熱源。

目前使用最廣泛的導(dǎo)熱介質(zhì)是導(dǎo)熱油，但由于其使用溫度的限制，該技術(shù)運(yùn)行溫度較低（最高400℃），發(fā)電效率相比塔式及碟式系統(tǒng)要低。隨著熔鹽槽式光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和大開口槽式集熱器的出現(xiàn)，對(duì)集熱管的耐高溫等性能也提出了更高要求。

創(chuàng)新方向1：槽式熔鹽集熱管

熔鹽作為另一種廣泛使用的工作介質(zhì)，相比導(dǎo)熱油，它的使用溫度可達(dá)到550℃以上，可以直接進(jìn)行儲(chǔ)熱，而且價(jià)格低，安全可靠，從而顯著提高電站效率。

2010年，意大利國(guó)家電力公司ENEL在西西里島建成了全球第一個(gè)熔鹽槽示范項(xiàng)目，2013年日本Chiyoda和阿基米德太陽能公司又在意大利合作建成了一個(gè)600米長(zhǎng)的試驗(yàn)回路。去年10月正式投運(yùn)的濱海光熱阿克塞800米試驗(yàn)回路則是我國(guó)首個(gè)熔鹽槽式試驗(yàn)項(xiàng)目。

熔鹽集熱管面臨的技術(shù)難點(diǎn)有兩個(gè)，一是需要耐高溫涂層：目前的選擇性吸收涂層在高溫下運(yùn)行易分解或脫落，穩(wěn)定工作溫度不超過400℃，這是槽式技術(shù)采用熔鹽做傳熱介質(zhì)的障礙之一，研發(fā)耐550℃高溫的選擇性吸收涂層為集熱管技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向；二要增加耐腐蝕性，若采用熔鹽做傳熱介質(zhì)，其所含的氯離子等雜質(zhì)將對(duì)金屬內(nèi)管造成腐蝕，需采用抗腐蝕的金屬材料內(nèi)管，或改進(jìn)熔鹽的成分，降低其腐蝕性。

創(chuàng)新方向2：DSG集熱管

DSG直接蒸汽發(fā)生技術(shù)采用水直接產(chǎn)生蒸汽，可省去多級(jí)換熱流程，其運(yùn)行溫度可以提高到450℃以上，系統(tǒng)效率和成本效益提升明顯。DSG集熱管面臨的技術(shù)難題是需要承受更高的運(yùn)行壓力，選用導(dǎo)熱油做傳熱介質(zhì)對(duì)集熱管造成的壓力不高于4Mpa，但如果采用水做工質(zhì)，則需要耐壓在10Mpa以上，這對(duì)真空集熱管的耐高溫性能、承壓能力及可靠性都提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)的兆陽光熱采用的類菲涅爾DSG技術(shù)路線即對(duì)集熱管提出了更高要求，為適用于其高溫高壓工況，為其生產(chǎn)的集熱管用鋼量極大，單根管重量高達(dá)70kg以上。

創(chuàng)新方向3：更大尺寸的集熱管

光熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光比是指采光面積與吸收體面積的比值，聚光比越高，電站運(yùn)行溫度就越高，從而提高發(fā)電效率。因此，更大尺寸的不銹鋼內(nèi)管外徑在單位長(zhǎng)度內(nèi)可傳輸更多熱量，有效降低廣場(chǎng)系統(tǒng)的整體投資。但僅僅只增大集熱管的尺寸，其聚光比將相對(duì)減小，不易達(dá)到高溫。因此，如果要增加集熱管尺寸，反射鏡系統(tǒng)的尺寸也需隨之增大。

目前國(guó)內(nèi)外多家集熱管廠商都推出了內(nèi)徑90MM等不同規(guī)格的大口徑集熱管，以滿足創(chuàng)新型大開口集熱器的配套需求。

圖：龍騰光熱在Solarpaces2015南非大會(huì)上首次發(fā)布并展出的90mm集熱管

三、槽式集熱器篇

槽式集熱器是利用槽式拋物面聚光反射鏡聚集得到高熱流密度的太陽輻射能來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換過程，該組件在光熱發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，它為系統(tǒng)提供熱源，其效率和投資成本會(huì)影響到整個(gè)集熱系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。

創(chuàng)新方向1：大開口

在光熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備中，集熱器的設(shè)計(jì)與集熱管和反射鏡緊密相關(guān)，目前主要的設(shè)計(jì)包括：歐洲槽ET150，SENER槽，SENER®-2槽，F(xiàn)lagsoLHelioTrough槽，UltimateTrough終極槽。這些設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)就是其開口面積越來越大，因此集熱器的發(fā)展方向開始傾向于大型化，以提高聚光比。

UT槽是目前商業(yè)化應(yīng)用的開口最大的集熱器設(shè)計(jì)。2013年，全球首個(gè)UT槽示范回路被成功安裝在SEGSVIII槽式光熱電站，三年的運(yùn)行數(shù)據(jù)證明UT的熱效率高于設(shè)計(jì)預(yù)期。2016年初，F(xiàn)labeg又與沙特Duba1和WaadAlShamal兩個(gè)ISCC聯(lián)合循環(huán)電站的項(xiàng)目方達(dá)成合作，將首次在商業(yè)化項(xiàng)目上使用UT槽。

美國(guó)天源光熱（SkyFuel）也于今年推出了新一代SkyTrough®DSP槽式集熱器，此款集熱器集合了具有革命性設(shè)計(jì)的可滑動(dòng)安裝的ReflecTech®反射鏡、7米寬的大采光口和更新后的立體框架，從而降低了整款集熱器產(chǎn)品的總成本。但目前該設(shè)計(jì)還未有實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用案例。

圖：新一代SkyTrough®DSP槽式集熱器

創(chuàng)新方向2：輕質(zhì)化

多年來，槽式集熱器的各方面雖然一直都在不斷創(chuàng)新，但基本沒有突破“鋼結(jié)構(gòu)+玻璃反射鏡”的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為提升槽式光熱電站的經(jīng)濟(jì)性，光熱行業(yè)一直以來在嘗試改變這種傳統(tǒng)的較為笨重的集熱器設(shè)計(jì)，奧地利的HELIOVISAG另辟蹊徑，以可回收的塑料薄膜作為原材料，研發(fā)出了全新的充氣型薄膜槽式集熱器HELIOtube，其可通過簡(jiǎn)單的卷裝方式批量生產(chǎn)運(yùn)輸，抗風(fēng)性能佳。最關(guān)鍵的是，集熱器原材料的徹底轉(zhuǎn)變，可大幅降低電站的集熱成本（約55%）。

圖：HELIOtube充氣薄膜型槽式集熱示范項(xiàng)目

為推廣該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，Heliovis去年為一家西班牙農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)建設(shè)了一套9米寬220米長(zhǎng)的太陽能光熱裝置，僅用于工業(yè)供熱，目前該項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行三個(gè)月，使用輸出達(dá)88%。此外，公司還計(jì)劃在中東建設(shè)第一套15MW商用混合型太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)為8小時(shí)。更多具體信息可參考CSPPLAZA此前報(bào)道：HELIOVIS攜充氣薄膜槽式集熱器技術(shù)拓中國(guó)市場(chǎng)

來自奧地利SOLABOLIC公司的設(shè)計(jì)也非常獨(dú)特，該公司于2014年推出了一款新型槽式反射鏡集熱技術(shù)，利用一種類似電纜架設(shè)的支撐技術(shù)，可以節(jié)約20%-30%的材料使用量。據(jù)悉，依據(jù)吊橋原理建設(shè)的新型拋物線槽式系統(tǒng)可以使用平面鋁鏡模塊組合來代替昂貴的曲面玻璃模塊組合，這項(xiàng)技術(shù)可以大大提高發(fā)展中國(guó)家光熱電站建設(shè)的國(guó)產(chǎn)化率，使這些電站在不使用高科技制造工藝的條件下建成完美的拋物線槽式集熱系統(tǒng)，同時(shí)還可以節(jié)省大批投資。

雖然采用該項(xiàng)專利建設(shè)電站的技術(shù)成本僅僅比常規(guī)槽式光熱發(fā)電低16%左右，但采用該技術(shù)后預(yù)計(jì)可以節(jié)約光場(chǎng)基礎(chǔ)投資費(fèi)用的35%左右，同時(shí)可以使LCOE（均化電力成本）下降15%左右，這就意味著電站開發(fā)商能夠通過此項(xiàng)技術(shù)獲取采用常規(guī)槽式光熱發(fā)電電站2倍以上的利潤(rùn)。

責(zé)任編輯：lixin

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