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      推動光熱發電快速降本的幾個技術創新途徑
      發布者:admin | 來源:?CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 3064查看 | 2020-07-27 19:54:16    

      CSPPLAZA光熱發電網報道:不久前,國際可再生能源機構(IRENA)發布的一份報告顯示,自2010年以來光熱發電成本下降了47%左右,僅次于光伏。


      雖然降幅頗大,但在可再生能源逐漸趨于平價的當下,光熱發電行業目前仍面臨極大的降本壓力,若想在加速變革的能源體系中占得一席之地,唯有通過各方協力把光熱發電成本降下來才能贏得生存和發展空間。


      如何實現?技術創新無疑是一條正途,也是以美國為首等光熱發電大國持續多年實施的重要措施。


      同時,由于技術路線較多,系統組成也較為復雜,光熱發電行業可實施技術創新的細分門類也比較多,有時需要多個環節和上下游企業一起參與。


      由于后端(常規島,又稱發電島,投資占比10%左右)與已發展非常成熟的傳統煤電行業基本一致,目前光熱發電行業的技術創新措施多聚焦在太陽島(光場,投資占比50%左右)和儲熱島(投資占比20%左右),尤其是總投資占比一半左右的太陽島。


      IRENA認為,太陽島各部件(如反射鏡、集熱器)的技術進步、安裝設計成本下降、特定組件成本下降都可以降低光熱發電的成本。此外,塔式吸熱器各部件的成本下降空間比槽式集熱器稍大一些,當然這也與目前塔式光熱電站裝機量仍相對較少有關。


      下文梳理了一些目前業界正在推進中、有望未來推動光熱發電成本快速下降的幾方面技術創新途徑:


      1、反射鏡:


      1)反射膜: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。但是,從反射率角度來看,反射膜類反射鏡與玻璃反射鏡相比仍有差距,系統投資節省部分與電站發電量所帶來的損失需要平衡。


      2)厚度更薄: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。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。但是,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。


      3)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。


      2、集熱管:


      1)熔鹽集熱管:與傳統槽式光熱系統的傳熱介質導熱油相比,熔鹽的使用溫度可達到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。


      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。


      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。


      3)大尺寸集熱管: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。


      3、槽式集熱器:


      1)大開口:從集熱器更新迭代趨勢來看,最大的特點就是開口面積越來越大,傾向于大型化以提高聚光比。


      2)輕質化:比如奧地利HELIOVIS AG推出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。


      4、定日鏡:


      1)獨特鏡面設計:目前大多數定日鏡的形狀一般呈方形或矩形,Schlaich bergermann partner(SBP)公司開發出了采用獨特五邊形設計的Stellio定日鏡,呈中心對稱結構,用料少,材質堅固,且聚光均勻,抗風性能佳,凈采光面積47.5平方米,目前已應用于中電工程哈密50MW熔鹽塔式電站,由武漢圣普太陽能科技有限公司負責生產。


      2)支架結構創新:傳統的定日鏡裝置多是“蘑菇型”,但龍巖智康太陽能科技有限公司推出了一種中國特色的“中式樹型定日鏡”,該公司稱,與蘑菇型鏡架相比,其鏡架結構非常穩,抗風性能強,安裝維護方便,精度可與機床媲美。此前,該公司第二代樹型定日鏡已經通過了中科院延慶太陽能基地的測試,測試結果顯示,在11m/s風速下其跟蹤準確度達到3.5mrad的概率為93.7%。


      美國創業公司Skysun研發的“聯動定日鏡”則進行了更大突破,其將多個定日鏡集中固定在同一個支架上,利用共享的驅動電機和支架。據悉,采用該設計電站的總體安裝成本有望降低一半左右,該項目目前正在美國能源部SunShot計劃的基金支持下推進。


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      圖:Skysun聯動定日鏡樣機


      3)定日鏡無線控制系統:無線控制系統可以大幅減少太陽島電纜使用量,從而大大降低太陽島的建設成本,目前該技術已在以色列Ashalim1塔式光熱電站等項目上得到應用。


      5、吸熱器:


      在吸熱器方面,目前塔式光熱電站所使用的吸熱器一般是水工質或熔鹽工質吸熱器,一般情況下,熔鹽吸熱器的運行溫度不超過600℃,國內外一些光熱技術公司都在研究可承受更高溫度(1000℃甚至更高)且耐腐蝕的吸熱器,以適應傳統的蒸汽輪機以及新型的超臨界二氧化碳渦輪機。


      6、新型熔鹽:


      系統運行溫度是削減光熱發電成本的關鍵因素,目前商用光熱發電系統的最高運行溫度為565℃,有待進一步提高。為此,包括阿貢國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室等在內的多家美國科研機構及院校正在開展將氯鹽作為光熱電站新型工作介質的相關研究,這種氯鹽的最高運行溫度達750℃。


      7、超臨界二氧化碳技術:


      通過超臨界CO2布雷頓循環系統來提升光熱電站的運行效率,同時降低光熱電站成本,使其更具市場競爭力。


      該技術所構建的系統涉及到很多對性能要求較高的原材料和設備零部件,如超臨界二氧化碳渦輪機、耐氧化,耐熱機械的陶瓷復合換熱器等,目前以美國能源部(DOE)為代表的全球多個科研機構正在加快推進超臨界二氧化碳光熱發電技術商業化。


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      圖:超臨界二氧化碳渦輪機


      此外,相比其它可再生能源發電技術,光熱發電項目的規劃部署相對有限,但隨著國際范圍內的新增項目不斷增加,成本也將會明顯下降;同時,由于開發商和各參與方經驗越來越豐富,供應商和EPC總承包的風險邊際也會降低。


      即將于7月16~17日在江蘇常州市舉辦的2020中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第七屆年會,將圍繞“光熱技術創新與應用”、“綜合能源服務新業態催生光熱新機遇”、“光熱發電供應鏈發展專場論壇”、“新形勢下光熱產業如何應勢而為”等行業熱點問題展開深入研討,歡迎光熱產業鏈人士共聚常州,應勢而為!


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