東(dong)西軸(zhou)向陽(yang)傾斜布(bu)置(zhi)的(de)(de)HLIACS集熱系(xi)統由于(yu)僅在早(zao)晚(wan)較(jiao)短的(de)(de)低DNI值(zhi)的(de)(de)時段(duan)(duan),由于(yu)太陽(yang)光線入射角度(du)(du)稍大,而(er)余弦(xian)損失較(jiao)大;但其余時間段(duan)(duan)的(de)(de)高DNI值(zhi)下的(de)(de)太陽(yang)光線余弦(xian)損失很小,所以全年(nian)得熱量較(jiao)高、各(ge)月的(de)(de)得熱量相(xiang)對更加均衡,并且(qie)設計的(de)(de)配套儲(chu)熱換熱系(xi)統容量更為科學、有效,運行時緩沖(chong)較(jiao)為平滑(hua),能(neng)夠滿足全年(nian)不同季節的(de)(de)電網(wang)運行調度(du)(du)要求。
實現高聚光倍率,保效率降成本
中(zhong)國的(de)太陽資源(yuan)在(zai)全球范圍(wei)(wei)相(xiang)比只(zhi)能算較為(wei)豐富資源(yuan),適合光熱(re)(re)發電(dian)建設的(de)區(qu)域平均有(you)效的(de)DNI值整體不(bu)高,基(ji)本在(zai)1400-1950kWh/㎡/a范圍(wei)(wei),再加(jia)上緯(wei)度(du)較高、冬季酷寒、風沙較大等不(bu)利(li)因素,對(dui)聚光集熱(re)(re)效率(lv)帶來很大挑戰。
圖7:集熱溫度-系統效率曲線
從光(guang)熱研究領域(yu)廣泛使(shi)用的上圖(tu)可以大致(zhi)推論(lun),集(ji)熱器輸出溫(wen)度450~480℃時,聚(ju)光(guang)比大約(yue)在140倍(bei)(bei)左右(you)時具(ju)(ju)有(you)最(zui)佳(jia)的系(xi)(xi)統效(xiao)率(lv),但如(ru)果進一步(bu)考慮到中國光(guang)熱電(dian)站(zhan)建(jian)設(she)區(qu)域(yu)的太陽能資(zi)源(yuan)(yuan)平均低于美國30%~35%,且環境(jing)平均溫(wen)度更低等等具(ju)(ju)體條件差異導致(zhi)聚(ju)光(guang)集(ji)熱效(xiao)率(lv)偏低,實際最(zui)佳(jia)聚(ju)光(guang)倍(bei)(bei)率(lv)與(yu)上圖(tu)應有(you)所區(qu)別,聚(ju)光(guang)倍(bei)(bei)率(lv)需要(yao)有(you)較大幅度的提高才能夠達到系(xi)(xi)統效(xiao)率(lv)最(zui)優點,因此,HLIACS集(ji)熱系(xi)(xi)統設(she)計(ji)選用160-200倍(bei)(bei)左右(you)的聚(ju)光(guang)倍(bei)(bei)率(lv),使(shi)其能夠更加適合我國光(guang)熱電(dian)站(zhan)開發區(qu)域(yu)的環境(jing)資(zi)源(yuan)(yuan)條件(具(ju)(ju)體詳細計(ji)算過程略)。
圖(tu)8:HLIACS聚(ju)光(guang)集熱系統示意圖(tu)
那么(me),如何實現高(gao)(gao)(gao)(gao)倍聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)呢?HLIACS系(xi)統利用了兆(zhao)陽(yang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)的(de)(de)(de)專利技(ji)術(shu):小(xiao)角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)時二次(ci)反射(she)(she)(she)鏡的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)倍聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)特性實現鏡場組(zu)合(he)高(gao)(gao)(gao)(gao)倍聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)效果(guo)。例如將200倍的(de)(de)(de)綜合(he)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)倍率分配為(wei)25倍*8倍的(de)(de)(de)組(zu)合(he),其中一(yi)次(ci)反射(she)(she)(she)鏡面總(zong)寬度(du)與(yu)吸熱(re)器CPC開(kai)口寬度(du)比達到25倍,經特殊設(she)計及(ji)特殊工(gong)藝加工(gong)的(de)(de)(de)二次(ci)反射(she)(she)(she)鏡(CPC)由于入(ru)(ru)射(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線夾(jia)(jia)角(jiao)(jiao)(jiao)范(fan)圍較(jiao)(jiao)小(xiao),能夠實現8倍甚至更高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)二次(ci)反射(she)(she)(she)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)效果(guo),將小(xiao)夾(jia)(jia)角(jiao)(jiao)(jiao)匯(hui)聚(ju)而來(lai)的(de)(de)(de)鏡場反射(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)進一(yi)步相(xiang)對均勻地反射(she)(she)(she)匯(hui)聚(ju)至集熱(re)管的(de)(de)(de)整個圓周表面;而向陽(yang)傾斜(xie)鏡場布局、微弧(hu)曲面鏡、高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)角(jiao)(jiao)(jiao)跟(gen)蹤(zong)方式(shi)能夠將入(ru)(ru)射(she)(she)(she)太陽(yang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線用較(jiao)(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)匯(hui)聚(ju)夾(jia)(jia)角(jiao)(jiao)(jiao)和較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)25倍聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)射(she)(she)(she)入(ru)(ru)CPC入(ru)(ru)口,在跟(gen)蹤(zong)較(jiao)(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)度(du)角(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)化(hua)范(fan)圍時,始終保持很好的(de)(de)(de)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)效果(guo),從而有(you)(you)效保證了較(jiao)(jiao)少的(de)(de)(de)軸(zhou)數、高(gao)(gao)(gao)(gao)倍聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)時仍(reng)有(you)(you)較(jiao)(jiao)大的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)容(rong)差角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)。
在電站設(she)計(ji)總(zong)發(fa)電量(liang)(liang)或鏡場(chang)總(zong)面(mian)積(ji)確定后(hou),高(gao)(gao)倍(bei)(bei)(bei)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)HLIACS聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)鏡場(chang)能夠(gou)使(shi)回(hui)路數量(liang)(liang)比通常(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)80-100倍(bei)(bei)(bei)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)鏡場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)路數量(liang)(liang)減(jian)少一半以(yi)上,因此所需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)道、閥(fa)門、儀(yi)器儀(yi)表(biao)以(yi)及真空集熱(re)(re)(re)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用數量(liang)(liang)大(da)(da)幅(fu)度(du)(du)減(jian)少,大(da)(da)幅(fu)降低(di)(di)(di)了采購建(jian)設(she)成(cheng)本(ben)(ben);另(ling)外,HLIACS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)倍(bei)(bei)(bei)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)集熱(re)(re)(re)管(guan)外表(biao)面(mian)積(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)單位(wei)熱(re)(re)(re)流密度(du)(du)超(chao)過槽式單位(wei)熱(re)(re)(re)流密度(du)(du)兩(liang)倍(bei)(bei)(bei)多,二者使(shi)用相(xiang)同(tong)介質且輸出(chu)(chu)相(xiang)同(tong)參數時(shi)(shi),前(qian)者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)損失(shi)(shi)/得熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比例較(jiao)后(hou)者要(yao)低(di)(di)(di)得多。相(xiang)同(tong)工況下(xia)單位(wei)長度(du)(du)集熱(re)(re)(re)管(guan)散(san)熱(re)(re)(re)損失(shi)(shi)功率相(xiang)同(tong),由于較(jiao)低(di)(di)(di)DNI地(di)區或較(jiao)低(di)(di)(di)倍(bei)(bei)(bei)率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)系(xi)(xi)統中單位(wei)長度(du)(du)集熱(re)(re)(re)管(guan)得熱(re)(re)(re)功率較(jiao)低(di)(di)(di),故相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)集熱(re)(re)(re)效率也(ye)就較(jiao)低(di)(di)(di),同(tong)時(shi)(shi)對低(di)(di)(di)DNI時(shi)(shi)段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)資源(yuan)也(ye)難以(yi)利(li)用;于是,槽式鏡面(mian)開口變(bian)大(da)(da)倍(bei)(bei)(bei)率變(bian)高(gao)(gao)成(cheng)為趨勢,但實(shi)(shi)際上,綜合評估電廠所在地(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)風(feng)等(deng)自然條件(jian)、光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)跟(gen)蹤精度(du)(du)及容(rong)差角(jiao)度(du)(du)等(deng)因素,不難看出(chu)(chu)槽式開口變(bian)大(da)(da)不僅(jin)要(yao)考(kao)慮(lv)技(ji)術和工程細節問題(ti),更要(yao)考(kao)慮(lv)成(cheng)本(ben)(ben)實(shi)(shi)現(xian)問題(ti),實(shi)(shi)現(xian)起來較(jiao)困(kun)難,目前(qian)一般很難超(chao)過100倍(bei)(bei)(bei);而HLIACS鏡場(chang)系(xi)(xi)統能夠(gou)在保持較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)容(rong)差角(jiao)度(du)(du)情況下(xia),很容(rong)易(yi)實(shi)(shi)現(xian)低(di)(di)(di)成(cheng)本(ben)(ben)高(gao)(gao)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)比(200倍(bei)(bei)(bei)左右),在降低(di)(di)(di)一半的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)集熱(re)(re)(re)損失(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)(shi),還可(ke)有(you)效收集利(li)用DNI強度(du)(du)250W/㎡以(yi)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)較(jiao)低(di)(di)(di)光(guang)(guang)(guang)(guang)照(zhao)資源(yuan),并可(ke)減(jian)少溢出(chu)(chu)能量(liang)(liang)損失(shi)(shi),提高(gao)(gao)系(xi)(xi)統集熱(re)(re)(re)效率,節流開源(yuan)降低(di)(di)(di)成(cheng)本(ben)(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果顯著(zhu)。
需要(yao)特別說明(ming)的(de)(de)一點(dian)是,經(jing)過近(jin)一年的(de)(de)測試運行(xing)、改進完善(shan)和考驗驗證,在發現(xian)并(bing)解決了常規真空(kong)集熱管(guan)的(de)(de)設計不周(zhou)問題后,現(xian)在可以證明(ming)在HLIACS聚光(guang)系統的(de)(de)200倍光(guang)強環境下,多(duo)家國(guo)產真空(kong)集熱管(guan)產品均可初步滿足(zu)使(shi)(shi)用要(yao)求,已經(jing)批量安(an)裝并(bing)經(jing)過四個月連續運行(xing)使(shi)(shi)用,目前真空(kong)集熱管(guan)無爆管(guan)現(xian)象,質(zhi)量表現(xian)穩定,真空(kong)集熱管(guan)彎曲(qu)程度、失(shi)真空(kong)比例(li)等(deng)指標遠遠優于一些(xie)槽式電站案(an)例(li)的(de)(de)披露信(xin)息。
實現低建造成本,保證投資回報
?支架用(yong)鋼量大幅下降(jiang)
HLIACS聚(ju)(ju)光(guang)系統(tong)的(de)支架(jia)體系采用(yong)架(jia)空(kong)式金(jin)屬(shu)支撐結(jie)構,在(zai)陣(zhen)列(lie)周邊(bian)進(jin)行增(zeng)強處(chu)理后,可(ke)起到類(lei)似于擋風(feng)墻(qiang)的(de)作用(yong),聚(ju)(ju)光(guang)系統(tong)內(nei)部的(de)風(feng)速大幅減小,因(yin)此(ci)對聚(ju)(ju)光(guang)系統(tong)內(nei)部支架(jia)的(de)抗風(feng)載能力(li)要(yao)求(qiu)明顯降低,在(zai)可(ke)抵御10級風(feng)的(de)情況下(xia),鏡場支架(jia)體系的(de)總(zong)用(yong)鋼量(liang)依然可(ke)以大幅度下(xia)降。以上設計(ji)已經成功通(tong)過流體力(li)學有限元分析、模型(xing)風(feng)洞試(shi)驗及(ji)實際安裝現場10級大風(feng)條件下(xia)的(de)考驗驗證。
圖9:HLIACS聚光系統風洞實驗
圖10:HLIACS聚光系統風洞實驗(含(han)農業大棚(peng)和(he)擋風墻)
?驅(qu)動系統簡單(dan)可靠
兆陽光熱開(kai)發的(de)驅(qu)(qu)動系統(tong)采用(yong)純機械電機(減(jian)(jian)速(su)機加連桿結構)的(de)跟蹤(zong)(zong)驅(qu)(qu)動方式,對(dui)(dui)光線追蹤(zong)(zong)角度的(de)控制更加精確(que),整套驅(qu)(qu)動的(de)減(jian)(jian)速(su)比可以達(da)到(dao)約30萬(wan),大減(jian)(jian)速(su)比驅(qu)(qu)動對(dui)(dui)長距(ju)離回路驅(qu)(qu)動精度更高。由(you)于(yu)未采用(yong)液壓裝置(zhi),該驅(qu)(qu)動系統(tong)耐(nai)寒、抗風(feng)沙,即使布(bu)置(zhi)在(zai)多風(feng)沙的(de)嚴(yan)寒地區,也能有(you)非常好的(de)適應性,同(tong)時檢查維護直觀簡單,工作量小。
圖11:驅動系統
?鏡(jing)場緊(jin)湊占地較少
HLIACS聚光系(xi)統,相(xiang)(xiang)較普通(tong)菲(fei)涅(nie)耳、槽式(shi)和塔式(shi)光熱(re)電(dian)(dian)站而言(yan),相(xiang)(xiang)同發電(dian)(dian)量情況下(xia),鏡場(chang)占地(di)面積最少(shao)(見(jian)下(xia)表(biao)),并且土地(di)綜合利(li)用率非常高(gao),除了(le)鏡面陣列下(xia)方(fang)架(jia)空(kong)高(gao)度能夠(gou)滿足各類養殖種植生(sheng)產需要外(wai),還可以對回路(lu)間(jian)20米左右間(jian)隔的露(lu)天區域進行(xing)正常利(li)用,幾乎全部鏡場(chang)土地(di)均能實現有(you)效綜合開(kai)發,因此折(zhe)算到光熱(re)發電(dian)(dian)的土地(di)成本很(hen)低。
表(biao)1:幾種光熱技術路線的反射鏡面積與鏡場占地面積的比值
再者,兆陽光(guang)熱(re)具(ju)有自主知識(shi)產(chan)權(quan)(quan)(目前已取得(de)13個國家或地區專利授權(quan)(quan))的微曲(qu)面反射鏡制造(zao)技術,利用雙平板玻璃冷彎(wan)成型,面形精度可控,反射率高達94.5%。該曲(qu)面反射鏡的復(fu)合(he)結(jie)構大(da)大(da)增強(qiang)(qiang)了(le)反射鏡耐沖擊強(qiang)(qiang)度,即使(shi)特殊情況(kuang)下發生(sheng)破(po)裂也僅對聚光(guang)效果產(chan)生(sheng)微弱(ruo)影(ying)響,聚光(guang)鏡可長期繼續工(gong)作。
該(gai)反射(she)鏡(jing)前(qian)后(hou)均(jun)為(wei)玻(bo)璃(li)(li)結構,保證(zheng)了反射(she)鏡(jing)耐腐蝕及磨損(sun),耐惡劣氣(qi)候,已經(jing)通過(guo)(guo)國家權(quan)威檢測機構(國家安(an)全玻(bo)璃(li)(li)及石(shi)英玻(bo)璃(li)(li)質量監督(du)檢測中心)的全面(mian)(mian)測試,各項指標均(jun)達到(dao)和超過(guo)(guo)國際水平(ping),能(neng)(neng)夠(gou)真正適應多(duo)風(feng)沙、寒(han)冷的環(huan)境,預期使(shi)用壽命達到(dao)50年以上。微(wei)曲面(mian)(mian)反射(she)鏡(jing)的使(shi)用,使(shi)聚(ju)(ju)(ju)光系(xi)統匯聚(ju)(ju)(ju)后(hou)的光線更加集中,溢出損(sun)失更少(shao),更能(neng)(neng)夠(gou)滿足系(xi)統容差的要求,對聚(ju)(ju)(ju)光系(xi)統跟蹤精度(du)的要求相應降低(di)。特(te)別是該(gai)微(wei)曲面(mian)(mian)反射(she)鏡(jing)采(cai)用平(ping)面(mian)(mian)鍍(du)銀、鍍(du)鋁鏡(jing)片為(wei)原料,自(zi)動化高效生產,精度(du)高、反射(she)率更高,且無需復雜(za)的熱彎鋼(gang)化、曲面(mian)(mian)鍍(du)銀、太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)級高檔背漆等(deng)復雜(za)工序(xu),成(cheng)本遠低(di)于常規太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)彎鋼(gang)化曲面(mian)(mian)鏡(jing),有力(li)確保了HLIACS聚(ju)(ju)(ju)光集熱系(xi)統的可靠性和經(jing)濟性指標。
除此以(yi)外,兆陽光(guang)(guang)熱還開發出(chu)了與HLIACS聚(ju)光(guang)(guang)系統(tong)(tong)相配(pei)套的低成本高(gao)頻次干式清掃車,能(neng)夠(gou)使聚(ju)光(guang)(guang)系統(tong)(tong)鏡(jing)面(mian)常年(nian)保持在93%以(yi)上的反射率,確保聚(ju)光(guang)(guang)系統(tong)(tong)高(gao)效運行(xing)(將另文介紹),提高(gao)聚(ju)光(guang)(guang)集熱效率。
HLIACS聚(ju)光集(ji)熱系(xi)統(tong)通過對國際成(cheng)熟可(ke)靠的(de)(de)(de)線性聚(ju)光集(ji)熱技術體系(xi)進行深入分(fen)析和消化吸收,為充分(fen)適應中國特殊的(de)(de)(de)資源環(huan)境條件而進行了(le)徹底的(de)(de)(de)再創新,具有(you)完整(zheng)的(de)(de)(de)自主知識產權,可(ke)全(quan)部(bu)采用國產原(yuan)材料及零部(bu)件,能夠有(you)效(xiao)克服較低(di)DNI資源、高緯度(du)、風沙大(da)、冬季嚴寒、土地資源短缺(que)等等不(bu)利(li)因素,實現(xian)全(quan)年均(jun)衡穩(wen)定(ding)可(ke)靠運行,清潔安(an)全(quan),聚(ju)光集(ji)熱效(xiao)率高,制造安(an)裝成(cheng)本(ben)(ben)低(di),經(jing)(jing)測算,在同一地點相(xiang)同年發電量情況下(xia)可(ke)比常規線性聚(ju)光集(ji)熱體系(xi)的(de)(de)(de)建設成(cheng)本(ben)(ben)降(jiang)低(di)1/3以上,具有(you)顯(xian)著的(de)(de)(de)可(ke)靠性和經(jing)(jing)濟性優勢(shi),適合大(da)規模開發建設。
注(zhu):兆陽光(guang)熱(re)代表將(jiang)出席1月19日在北京召開的中國光(guang)熱(re)發電產業回顧與展望領導(dao)者峰會(hui)暨CSPPLAZA2018新年匯,欲進(jin)一步(bu)了解該技術詳情,請會(hui)上交流(liu)。