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

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。

為盡快降低光熱發電成本，產業界正在加大光熱發電領域的科研投入，旨在通過光熱發電的技術革新和升級來提高光熱系統效率并降低光熱發電成本。從關鍵裝備角度來看，全球范圍內的制造商們也在積極探索光熱發電裝備的創新和升級。下文統計了反射鏡，集熱管，槽式集熱器，塔式定日鏡等光熱電站關鍵設備和組件的一些創新方向和部分創新案例。

一、反射鏡篇

目前光熱發電站采用的主流反射鏡產品一般為六層結構，分別為超白玻璃基層、鍍銀層、鍍銅層、底漆涂層、中漆涂層和白色面漆涂層。超白低鐵玻璃是一種高透光率玻璃產品，透光率≥91%，鍍銀層為反射層，鍍銅層為保護層，底漆涂層、中漆涂層和白色面漆涂層為防腐保護層。

創新方向1：反射膜

反射膜技術是在鋁質或不銹鋼等材料制成的基板上覆上一層高性能聚合物薄膜以獲得輕質反射鏡。此舉可顯著降低反射鏡系統的整體重量，降低支架等系統的投資，從而降低光場系統整體投資。

當前在太陽能反射膜技術上研發較多的有兩家公司，分別是3M和Skyfuel旗下的ReflecTech。3M以反射膜及其附屬產品如膜邊緣用的密封膠、清潔劑等的研發和銷售為主，但并不提供整體反射鏡系統方案，而Skyfuel則提供整體的SkyTrough反射膜反射鏡系統方案。

ReflecTech的反射膜是一種鍍銀高分子聚合物薄膜，已經通過NERL能效測試。該技術在2011年9月份就開始在加州SEGS1&2槽式電站上進行示范運行，整體運行狀況較為穩定。

圖：ReflecTech反射膜

反射膜技術目前面臨的問題主要有四個。一是還沒有權威機構對其反射率進行檢測認證；二是使用壽命，目前還不能完全確定反射膜在運行幾年后是否會發霉、變質，反射率是否會有較大的衰減等；三是其聚光精度較難控制，反射膜需要搭配金屬基板，其聚光精度由金屬基板如鋁板決定，如何保障鋁板的弧面精度是一個問題，即便鋁板的精度可以保證，把反射膜貼上去這一過程也很可能會影響弧面的精度。四是經濟上來看，由于缺乏實際的大型商業化項目的驗證，目前并沒有實際數據支撐其成本比玻璃反射鏡較低的論斷。

創新方向2：更薄厚度

反射鏡常用的厚度標準是4mm,但事實上，玻璃越厚，太陽光到達反射鏡反射層的光損越多，反射率則越低。當前主流反射鏡產品的反射率在93%~94%之間，為進一步提高反射率，其中一個可行的解決方案即設法降低玻璃的厚度，從而降低反射鏡系統的重量，并最終降低集熱場的整體投資。

目前的解決方案是在強度更好的基板如蜂窩鋁板、合成樹脂等上面粘貼超薄反射鏡。如意大利ENEA研發的一種超薄反射鏡就是將蜂窩鋁板先成形為拋物弧，再把0.8mm的超薄反射鏡貼上去。天津濱海光熱投資有限公司采用的方案則為在合成樹脂制作的基板上面粘貼1mm厚的反射鏡，反射率可提升至96%以上。

然而，厚度降低會大幅提高超白玻璃的生產成本，1mm超白玻璃的價格要遠遠高于4mm超白玻璃的價格（同一廠商），同時也增加了反射鏡生產工藝的難度，1mm的非鋼化鏡在生產過程中較易破損。另外，目前采用的附屬基板方案種類較多，缺乏成熟的經過商業化項目驗證的案例，在強度和耐候性方面仍存在不確定性。超薄反射鏡相對通用的4mm鏡在成本上要高出不少，其帶來的聚光效率的提升是否足以抵消并超出其成本增加尚缺乏實際案例的證實。

圖：濱海光熱阿克塞800米熔鹽槽項目采用超薄反射鏡

反射鏡領先制造商Rioglass于2013年推出了一種創新型的“三明治”結構反射鏡，其沒有大幅度縮減厚度，而是采取了較為“中和”的技術路線。它將玻璃厚度從4mm降至2mm，前層為2mm厚的鍍銀層和銅層的薄玻璃反射鏡，中層為高密度聚氨酯泡沫，背板為鍍鋅鋼板，總厚度為40mm，反射率提升至96%左右。這種反射鏡的安裝更為簡便安全，降低了安裝成本，強度更高，也降低了破損率。于2016年投運的南非KhiSolarOne50MW塔式光熱電站就采用了這種超薄反射鏡。

圖：Rioglass的“三明治”結構反射鏡

創新方向3：減少防護漆

反射鏡一般要鍍上三層防護漆，常見的第一層保護漆是丙烯酸樹脂層，第二層是醇酸樹脂層，第三層是聚氨酯樹脂層。如若能減少防護漆的層數同時不影響對反射鏡的防護，可相對降低反射鏡的成本。但目前尚無廠商公開發布在此領域的相關研發成果。

創新方向4：微弧平面鏡

在實際應用中，為獲得較好的聚光效果，平面鏡也經常通過支架固定等方式形成一定的微弧。除了機械方式外，部分廠商已生產或正在開發“天然”的微弧反射鏡，即生產出的成品即為微弧鏡，而非后期安裝時通過機械作用力產生。

“天然”微弧鏡的生產技術和工藝難度并不太高，也可以減少鏡場安裝時的工作量。但其產品生產流程較為復雜，成本一般要遠高于普通平面鏡。如果可以生產出低成本的微弧平面鏡，將大大降低鏡場的安裝成本，提升聚焦精度。

世界領先的玻璃生產商Guardian公司聲稱擁有微弧平面鏡的生產技術和能力，但該公司內部人士也承認這種鏡子的造價要高出一般的平面鏡，具體價格可能要根據每個項目的具體要求來測算。

國內廠商浙江大明玻璃有限公司也能夠生產這種微弧鏡，并在CSPPLAZA年會上多次展出該款反射鏡。其宣稱該款反射鏡實際反射率可達95.5%以上，同時，復合式設計大大減輕了反射鏡自重，相較傳統反射鏡自重減輕50%以上。

圖：大明玻璃推出的超薄微弧平面反射鏡

創新方向5：減反射膜層

減反射膜，又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統的雜散光。因此，在玻璃反射鏡前表面鍍減反射膜層，則可降低前表面的反射率，增加透光率，使更多光到達反射層，從而增加反射率。

這種技術面臨的主要障礙仍是成本，增加膜層不應過多增加反射鏡的成本，否則則不具推廣價值。

創新方向6：自潔凈

光熱電站開發的自然環境一般較為惡劣，特別是在中國西部沙塵較大的地區，反射鏡極易附著大量灰塵從而降低其反射率。但由于對鏡面的的清洗耗時耗資，開發擁有自潔凈功能的反射鏡成為一大發展方向。Rioglass表示其一直在開展減輕鏡面染污率的研究，Rioglass方面介紹稱其開發的一種新的玻璃反射鏡的抗污涂層（自清潔）已經被成功的集成在玻璃熱彎鋼化工藝中，即將推向市場。