光熱發電關鍵設備和組件的創新方向

2017-10-25 15:45:58 CSPPLAZA 　點擊量：評論 (0)

近幾年來，在應對全球氣候變化的大背景下，作為多國重點支持發展的戰略性新興產業，光熱發電在全球范圍內迎來了又一波發展熱潮，中國、南非、中東北非等新興市場為光熱發電行業發展注入了新的動力。為盡快降低光

二、集熱管篇

集熱管是太陽能熱發電系統的核心組件之一。典型的集熱管由帶選擇性吸收涂層的金屬內管（不銹鋼內管）、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，加熱其內部流動的工作介質，為蒸汽發生提供熱源。

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

創新方向1：槽式熔鹽集熱管

熔鹽作為另一種廣泛使用的工作介質，相比導熱油，它的使用溫度可達到550℃以上，可以直接進行儲熱，而且價格低，安全可靠，從而顯著提高電站效率。

2010年，意大利國家電力公司ENEL在西西里島建成了全球第一個熔鹽槽示范項目，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600米長的試驗回路。去年10月正式投運的濱海光熱阿克塞800米試驗回路則是我國首個熔鹽槽式試驗項目。

熔鹽集熱管面臨的技術難點有兩個，一是需要耐高溫涂層：目前的選擇性吸收涂層在高溫下運行易分解或脫落，穩定工作溫度不超過400℃，這是槽式技術采用熔鹽做傳熱介質的障礙之一，研發耐550℃高溫的選擇性吸收涂層為集熱管技術的一個發展方向；二要增加耐腐蝕性，若采用熔鹽做傳熱介質，其所含的氯離子等雜質將對金屬內管造成腐蝕，需采用抗腐蝕的金屬材料內管，或改進熔鹽的成分，降低其腐蝕性。

創新方向2：DSG集熱管

DSG直接蒸汽發生技術采用水直接產生蒸汽，可省去多級換熱流程，其運行溫度可以提高到450℃以上，系統效率和成本效益提升明顯。DSG集熱管面臨的技術難題是需要承受更高的運行壓力，選用導熱油做傳熱介質對集熱管造成的壓力不高于4Mpa，但如果采用水做工質，則需要耐壓在10Mpa以上，這對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。國內的兆陽光熱采用的類菲涅爾DSG技術路線即對集熱管提出了更高要求，為適用于其高溫高壓工況，為其生產的集熱管用鋼量極大，單根管重量高達70kg以上。

創新方向3：更大尺寸的集熱管

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

目前國內外多家集熱管廠商都推出了內徑90MM等不同規格的大口徑集熱管，以滿足創新型大開口集熱器的配套需求。

圖：龍騰光熱在Solarpaces2015南非大會上首次發布并展出的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現系統的光熱轉換過程，該組件在光熱發電系統中占據主導地位，它為系統提供熱源，其效率和投資成本會影響到整個集熱系統的效率和經濟性。

創新方向1：大開口

在光熱系統的關鍵設備中，集熱器的設計與集熱管和反射鏡緊密相關，目前主要的設計包括：歐洲槽ET150，SENER槽，SENER®-2槽，FlagsoLHelioTrough槽，UltimateTrough終極槽。這些設計最大的特點就是其開口面積越來越大，因此集熱器的發展方向開始傾向于大型化，以提高聚光比。

UT槽是目前商業化應用的開口最大的集熱器設計。2013年，全球首個UT槽示范回路被成功安裝在SEGSVIII槽式光熱電站，三年的運行數據證明UT的熱效率高于設計預期。2016年初，Flabeg又與沙特Duba1和WaadAlShamal兩個ISCC聯合循環電站的項目方達成合作，將首次在商業化項目上使用UT槽。

美國天源光熱（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計的可滑動安裝的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品的總成本。但目前該設計還未有實際商業化應用案例。

圖：新一代SkyTrough®DSP槽式集熱器

創新方向2：輕質化

多年來，槽式集熱器的各方面雖然一直都在不斷創新，但基本沒有突破“鋼結構+玻璃反射鏡”的傳統結構。為提升槽式光熱電站的經濟性，光熱行業一直以來在嘗試改變這種傳統的較為笨重的集熱器設計，奧地利的HELIOVISAG另辟蹊徑，以可回收的塑料薄膜作為原材料，研發出了全新的充氣型薄膜槽式集熱器HELIOtube，其可通過簡單的卷裝方式批量生產運輸，抗風性能佳。最關鍵的是，集熱器原材料的徹底轉變，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目

為推廣該項創新技術，Heliovis去年為一家西班牙農產品企業建設了一套9米寬220米長的太陽能光熱裝置，僅用于工業供熱，目前該項目已經運行三個月，使用輸出達88%。此外，公司還計劃在中東建設第一套15MW商用混合型太陽能光熱發電系統，儲熱時長為8小時。更多具體信息可參考CSPPLAZA此前報道：HELIOVIS攜充氣薄膜槽式集熱器技術拓中國市場

來自奧地利SOLABOLIC公司的設計也非常獨特，該公司于2014年推出了一款新型槽式反射鏡集熱技術，利用一種類似電纜架設的支撐技術，可以節約20%-30%的材料使用量。據悉，依據吊橋原理建設的新型拋物線槽式系統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，這項技術可以大大提高發展中國家光熱電站建設的國產化率，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，同時還可以節省大批投資。

雖然采用該項專利建設電站的技術成本僅僅比常規槽式光熱發電低16%左右，但采用該技術后預計可以節約光場基礎投資費用的35%左右，同時可以使LCOE（均化電力成本）下降15%左右，這就意味著電站開發商能夠通過此項技術獲取采用常規槽式光熱發電電站2倍以上的利潤。