2.3 HLIACS太陽能聚光集熱(re)裝置(zhi)結構
圖(tu):兆陽(yang)HLIACS聚光集熱系統示意圖(tu)
聚光反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)結(jie)構(gou)由底層玻(bo)璃鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)、中(zhong)間膠層,超白玻(bo)璃高反(fan)鏡(jing)(jing)片(pian)(pian)三層結(jie)構(gou)構(gou)成,具(ju)有以下顯(xian)著(zhu)的優點:雙平(ping)板(ban)玻(bo)璃冷彎(wan)成型,面形(xing)精度(du)高,各(ge)處法(fa)線方向偏(pian)差<3mrad;使用超白薄(bo)玻(bo)璃鍍膜,鏡(jing)(jing)面反(fan)射(she)(she)(she)率高達94.5%;復合結(jie)構(gou)增(zeng)強了反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)耐沖擊強度(du),即(ji)使破(po)裂僅對聚光效(xiao)果只有微弱(ruo)影響,聚光反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)可長期穩定工作;聚光反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)外(wai)表面玻(bo)璃結(jie)構(gou)保(bao)證反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)耐腐(fu)蝕及磨損(sun),耐惡劣(lie)氣候。該聚光反(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)已經通過國(guo)家權威檢測(ce)機構(gou)(國(guo)家安(an)全玻(bo)璃及石英玻(bo)璃質量(liang)監督檢測(ce)中(zhong)心)的全面測(ce)試,各(ge)項指(zhi)標均達到和超過國(guo)際水平(ping),能夠真正適應風沙侵蝕環境,預期使用壽命可達50年(nian)以上。
支(zhi)架采用(yong)架空式金(jin)屬支(zhi)撐結(jie)(jie)構(gou),維護簡單。由于HLIACS聚光集(ji)熱(re)裝置南低北高布置,集(ji)熱(re)場(chang)(chang)有(you)一定的(de)高度,因此在結(jie)(jie)構(gou)設(she)(she)計時(shi)進行集(ji)熱(re)場(chang)(chang)四(si)周邊緣(yuan)區域的(de)架空金(jin)屬支(zhi)撐結(jie)(jie)構(gou)增(zeng)強設(she)(she)計,可有(you)效(xiao)起到圍(wei)護擋(dang)風(feng)作用(yong),使得(de)集(ji)熱(re)場(chang)(chang)內(nei)部區域風(feng)速(su)顯(xian)著降低,從而大幅(fu)度減少內(nei)部鏡場(chang)(chang)支(zhi)撐結(jie)(jie)構(gou)的(de)用(yong)鋼量,顯(xian)著降低建(jian)設(she)(she)成本。同時(shi)對于降低地面風(feng)速(su)、保(bao)濕降塵、雨水收集(ji)、恢復植被(bei)及實現土地綜合利用(yong)方面效(xiao)果明(ming)顯(xian)。
圖:兆陽聚光集熱裝置全(quan)景
圖:架空式(shi)金屬支撐結構(左)、聚光中的集熱場(右(you))
聚光集熱裝置(zhi)采(cai)用純(chun)機(ji)械電機(ji)(減速(su)機(ji)加連桿結構)的(de)跟蹤驅(qu)動(dong)(dong)方式,對(dui)光線追(zhui)蹤角度(du)的(de)控制更加精(jing)確,整套(tao)驅(qu)動(dong)(dong)的(de)減速(su)比(bi)可以達到約30萬(wan),大減速(su)比(bi)驅(qu)動(dong)(dong)對(dui)長距(ju)離回路驅(qu)動(dong)(dong)精(jing)度(du)更高。由于未采(cai)用液壓裝置(zhi),該驅(qu)動(dong)(dong)系統(tong)耐寒、抗風(feng)沙,即(ji)使(shi)布(bu)置(zhi)在多風(feng)沙的(de)嚴寒地區,也(ye)能有(you)非常(chang)好的(de)適應性,同時(shi)檢查(cha)維護直觀(guan)簡單(dan),工(gong)作量小。
全自(zi)動清(qing)(qing)掃(sao)裝置,可實現自(zi)動每日干式旋壓吹掃(sao),無(wu)人操作,能耗低,無(wu)需耗費(fei)水資源,清(qing)(qing)洗頻率為(wei)隔日清(qing)(qing)洗,經(jing)過(guo)折算30年的清(qing)(qing)洗壽命測試,鏡(jing)面無(wu)損傷,可實現鏡(jing)面反射率平均下降值不超過(guo)1%。
?2.3.2吸熱器
采用(yong)二次(ci)反射(she)(she)(CPC)-真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)集(ji)(ji)熱(re)管(guan)(guan)吸(xi)(xi)收(shou)方案,主(zhu)體結構包含真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)集(ji)(ji)熱(re)管(guan)(guan)、CPC反光(guang)(guang)(guang)(guang)鏡、金屬框架等(deng),其中CPC反光(guang)(guang)(guang)(guang)鏡負責接收(shou)聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)器反射(she)(she)過來(lai)的(de)(de)太陽光(guang)(guang)(guang)(guang)并再次(ci)反射(she)(she)使光(guang)(guang)(guang)(guang)線向吸(xi)(xi)熱(re)管(guan)(guan)中心(xin)的(de)(de)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)集(ji)(ji)熱(re)管(guan)(guan)聚(ju)集(ji)(ji);真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)集(ji)(ji)熱(re)管(guan)(guan)具有(you)優良的(de)(de)選擇性吸(xi)(xi)收(shou)膜層,使聚(ju)集(ji)(ji)到內管(guan)(guan)表面的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)能(neng)盡(jin)量多地被管(guan)(guan)道吸(xi)(xi)收(shou),并利用(yong)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)夾層維(wei)持(chi)較小的(de)(de)熱(re)損(sun)率;金屬框架為(wei)CPC反光(guang)(guang)(guang)(guang)鏡和真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)集(ji)(ji)熱(re)管(guan)(guan)提供了必要的(de)(de)定位支撐,同時承(cheng)受外界風、雪、冰雹等(deng)荷(he)載的(de)(de)沖擊。
3.兆陽光熱HLIACS的稠油清潔熱采技術(shu)方案簡單實用(yong)
圖:兆陽光熱HLIACS太陽能聚光集熱裝置產生(sheng)飽和(he)蒸汽系(xi)統
如上圖所(suo)示,兆陽(yang)光熱HLIACS聚(ju)光集熱系統用(yong)(yong)于(yu)稠(chou)油(you)熱采行業時,由于(yu)直接使用(yong)(yong)水(shui)工質(zhi)產(chan)生飽和蒸汽,相比導(dao)熱油(you)、熔鹽工質(zhi)取消了(le)換熱環節,工藝(yi)流程非(fei)常(chang)簡單實用(yong)(yong),清潔安(an)全,運行可靠。
4.兆陽光(guang)熱HLIACS聚光(guang)集熱裝置實際測試效率高
北京兆陽(yang)光熱技術有限公司(si)已(yi)(yi)(yi)經(jing)完成首座15MW線(xian)性菲涅耳式太(tai)陽(yang)能光熱電站(使用HLIACS太(tai)陽(yang)能聚(ju)光集熱技術)的設計,該項目(mu)總投資約(yue)(yue)7億元人民(min)幣(bi)(含14h儲熱及部分配套展示設施),裝(zhuang)機容量15MW,聚(ju)光反射鏡面(mian)積約(yue)(yue)40萬(wan)平(ping)米,設計年發電量7500萬(wan)度。目(mu)前該項目(mu)的一期集熱裝(zhuang)置效率性能測試已(yi)(yi)(yi)完成,結(jie)果表明各(ge)項指標均已(yi)(yi)(yi)經(jing)達到設計值(zhi)。
表:單條回路測(ce)試(shi)時段效(xiao)率測(ce)試(shi)數據(ju)
測(ce)試(shi)結果(guo)表明,單(dan)(dan)條回路(lu)(10822㎡聚光反射鏡(jing))測(ce)試(shi)時(shi)(shi)段(duan)理(li)(li)論(lun)(lun)輸出(chu)能(neng)(neng)量與(yu)(yu)實(shi)際(ji)輸出(chu)能(neng)(neng)量偏差(cha)(cha)率(lv)(lv)小于(yu)(yu)10%。2017年(nian)8月25日單(dan)(dan)條回路(lu)效率(lv)(lv)測(ce)試(shi),測(ce)試(shi)時(shi)(shi)段(duan)理(li)(li)論(lun)(lun)輸出(chu)能(neng)(neng)量與(yu)(yu)實(shi)際(ji)輸出(chu)能(neng)(neng)量分別(bie)(bie)為11669.0676kWh及(ji)11085.2448kWh,負偏差(cha)(cha)小于(yu)(yu)5%;2017年(nian)8月29日單(dan)(dan)條回路(lu)效率(lv)(lv)測(ce)試(shi),測(ce)試(shi)時(shi)(shi)段(duan)理(li)(li)論(lun)(lun)輸出(chu)能(neng)(neng)量與(yu)(yu)實(shi)際(ji)輸出(chu)能(neng)(neng)量分別(bie)(bie)為10685.62kWh及(ji)11189.47kWh,正偏差(cha)(cha)約為5%;2017年(nian)10月15日單(dan)(dan)條回路(lu)效率(lv)(lv)測(ce)試(shi)的測(ce)試(shi)時(shi)(shi)段(duan)理(li)(li)論(lun)(lun)輸出(chu)能(neng)(neng)量與(yu)(yu)實(shi)際(ji)輸出(chu)能(neng)(neng)量分別(bie)(bie)為11851.36KWh及(ji)12165.28KWh,正偏差(cha)(cha)約為3%。
經過實(shi)測運行驗證可知,兆陽(yang)光(guang)熱HLIACS系統具有(you)較高(gao)的(de)(de)實(shi)際聚(ju)光(guang)集熱效率(lv),特(te)別是在較低太陽(yang)直輻照(DNI)(250W/㎡左右)時(shi),本(ben)項目的(de)(de)HLIACS聚(ju)光(guang)集熱裝置仍可輸出(chu)合(he)格(ge)的(de)(de)高(gao)溫高(gao)壓過熱蒸汽,能(neng)夠最大程(cheng)度的(de)(de)充(chong)分采集利用太陽(yang)光(guang)照資(zi)源。
5.兆(zhao)陽(yang)HLIACS聚光集熱系統用(yong)于稠油熱采項(xiang)目(mu)具備顯著經(jing)濟性優勢
根據某油田(tian)所(suo)需(xu)熱采的高溫高壓蒸(zheng)汽(qi)參(can)數要(yao)求,以HLIACS吸熱器出口蒸(zheng)汽(qi)48MW為計算依據而設計如下集熱裝置。按照張家口張北縣太陽直(zhi)輻射強(qiang)度(1750KWh/㎡/a)為例進行測算(實(shi)際項(xiang)目地點光(guang)(guang)照條件不同時(shi),鏡場面(mian)積會有相應調整相應),HLIACS方案的集熱裝置需(xu)要(yao)聚光(guang)(guang)反射鏡面(mian)積約15萬㎡,最大輸出功率為67MW,滿足該油田(tian)開(kai)采所(suo)需(xu)熱功率和參(can)數要(yao)求。
考慮土地集(ji)(ji)約(yue)和盡量不擋光,該集(ji)(ji)熱裝置占地面積(ji)約(yue)為32萬㎡;參考北京兆陽光熱技術有限(xian)公司(si)已(yi)建項目(mu)情況測(ce)算,本(ben)項目(mu)預計(ji)建設工期5個月,總投(tou)資1.125億元(yuan),折(zhe)合到(dao)每平米集(ji)(ji)熱場面積(ji)的系統造價(jia)約(yue)為750元(yuan),使(shi)用(yong)壽命在25年以上。
根(gen)據(ju)初步測算(suan)(suan),該集(ji)熱裝置年(nian)制蒸汽量(liang)約(yue)(yue)15萬(wan)噸(dun)(dun)(吸熱器出口蒸汽參數(shu)15MPa,350℃左右)。以(yi)替(ti)代(dai)天然(ran)(ran)氣(qi)為(wei)參考(kao)(取噸(dun)(dun)蒸汽耗天然(ran)(ran)氣(qi)70m3為(wei)例),可(ke)節約(yue)(yue)天然(ran)(ran)氣(qi)約(yue)(yue)1050萬(wan)m3,相當于年(nian)節省天然(ran)(ran)氣(qi)費(fei)用約(yue)(yue)2625萬(wan)元(yuan)(假設(she)天然(ran)(ran)氣(qi)價(jia)(jia)格為(wei)2.5元(yuan)/m3)。另外,二氧化(hua)碳減排量(liang)為(wei)2.04萬(wan)噸(dun)(dun)/年(nian)。本項(xiang)目總投資(zi)以(yi)節省天然(ran)(ran)氣(qi)為(wei)計算(suan)(suan)參考(kao)對(dui)象,項(xiang)目投資(zi)有(you)望在(zai)4.3年(nian)左右回收(shou),進一(yi)步考(kao)慮氣(qi)源及燃氣(qi)鍋爐等設(she)備投資(zi)及運維費(fei)用,投資(zi)回收(shou)期(qi)將(jiang)進一(yi)步大幅縮短(duan),具有(you)很好的(de)投資(zi)經濟(ji)性。隨著天然(ran)(ran)氣(qi)價(jia)(jia)格的(de)不斷上(shang)升,假設(she)替(ti)代(dai)天然(ran)(ran)氣(qi)價(jia)(jia)格上(shang)升,其經濟(ji)性情況如下(xia)表所示。
表(biao):不同天然(ran)氣(qi)價格對應的(de)投資回(hui)收年限(未考慮氣(qi)源及(ji)燃氣(qi)鍋(guo)爐等設備投資及(ji)運(yun)維費(fei)用)
從上述分析可(ke)以看出,兆陽(yang)HLIACS太陽(yang)能(neng)(neng)聚光集(ji)熱(re)技(ji)術是一項(xiang)成(cheng)熟可(ke)靠(kao)且(qie)經濟可(ke)行的(de)(de)稠(chou)油(you)(you)清潔熱(re)采(cai)節(jie)能(neng)(neng)減(jian)排(pai)新技(ji)術,投資回收快,效益高,既符合國家(jia)對能(neng)(neng)耗行業的(de)(de)節(jie)能(neng)(neng)減(jian)排(pai)要求,也能(neng)(neng)促進油(you)(you)田的(de)(de)綠色和可(ke)持續發(fa)展。隨(sui)著(zhu)太陽(yang)能(neng)(neng)聚光集(ji)熱(re)技(ji)術的(de)(de)不斷成(cheng)熟,其可(ke)靠(kao)性(xing)將不斷提升(sheng)、成(cheng)本還有較大的(de)(de)下降空間,因此該(gai)技(ji)術在稠(chou)油(you)(you)熱(re)采(cai)集(ji)輸加熱(re)領域具有十分廣闊的(de)(de)前景,值得(de)關注。
通過(guo)此技(ji)術經(jing)濟(ji)分(fen)(fen)析可以看(kan)出(chu),兆(zhao)陽(yang)HLIACS聚(ju)光集熱系統在(zai)產生工(gong)(gong)業級高(gao)溫高(gao)壓飽和(he)蒸汽(qi)方(fang)面,具有工(gong)(gong)質清潔環保(bao)、運(yun)行簡單可靠的(de)(de)(de)(de)實(shi)用優(you)勢,在(zai)光照(zhao)資(zi)源(yuan)較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)地區已經(jing)具備很(hen)好的(de)(de)(de)(de)投(tou)資(zi)經(jing)濟(ji)性(初步測算能(neng)夠(gou)低(di)于(yu)150元/噸的(de)(de)(de)(de)水平(ping)),實(shi)現蒸汽(qi)成本較(jiao)大(da)(da)幅度低(di)于(yu)天然氣鍋爐的(de)(de)(de)(de)生產方(fang)式,甚(shen)至可能(neng)接近燃煤(mei)蒸汽(qi)鍋爐的(de)(de)(de)(de)成本水平(ping),能(neng)夠(gou)在(zai)大(da)(da)部分(fen)(fen)光照(zhao)資(zi)源(yuan)不太差的(de)(de)(de)(de)地區及廣泛的(de)(de)(de)(de)應用領域進(jin)行大(da)(da)規模推廣,為產業升級和(he)節能(neng)減排做出(chu)顯著貢獻(xian),產生巨大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)經(jing)濟(ji)、環境和(he)社會(hui)效益(yi)。