在這三十多年的發(fā)展當(dāng)中,槽式的關(guān)鍵系統(tǒng)經(jīng)歷了哪些優(yōu)化呢?
我們以關(guān)鍵的光熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)----“槽式集熱器”,來一窺其發(fā)展的方向。槽式集熱器是將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能的關(guān)鍵系統(tǒng),處于光熱電站的能量轉(zhuǎn)換的最前端。
一、早期階段:LS-1,LS-2和LS-3槽式集熱器
20世紀(jì)80年代,Luz公司在美國加州SEGS系列光熱電站上采用了自研的槽式集熱器。按研發(fā)投產(chǎn)時間,分為LS-1,LS-2和LS-3三種類型。其中LS-2有1985/1988年兩個版本,基本參數(shù)相同,但提高了集熱管的吸收率使得后者光學(xué)效率有提高。這三種集熱器相關(guān)參數(shù)見下表:
從Luz的三種槽式集熱器可以明顯看出,為了降低成本,提高光學(xué)效率,集熱器尺寸越來越大,開口寬度、單集熱單元長度幾乎翻了一倍,反射鏡背部的金屬支撐結(jié)構(gòu)也在不斷優(yōu)化。
二、現(xiàn)階段:多種集熱器百花齊放
Luz公司于1991年宣告破產(chǎn),之后槽式集熱器進(jìn)入了百花齊放、群雄割據(jù)的局面。1998年,歐洲的一些公司聯(lián)合進(jìn)行歐槽(Eurotrough)項(xiàng)目的研發(fā)。之后,各個有實(shí)力的公司都在嘗試發(fā)展自己的槽式集熱器技術(shù)和專利,而其中大部分是基于歐槽改進(jìn)、優(yōu)化而來的??蓞㈤喯卤恚?br />
可以看到,在光學(xué)性能表現(xiàn)方面,由于大部分集熱器尺寸基本相同且搭配的集熱管運(yùn)行溫度上限在390°C,因此光學(xué)效率并沒有大的提高。更多的改動在于:
1、反射鏡支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化——經(jīng)過優(yōu)化的扭矩管、扭矩盒或者空間桁架式支撐結(jié)構(gòu),能夠加強(qiáng)對反射鏡的支撐強(qiáng)度,增加抗風(fēng)性,提高集熱器的耐受性。如歐槽和SKAL-ET150采用的扭矩盒加懸臂式支撐結(jié)構(gòu),E-2采用了空間桁架式,SENERTrough則采用了扭矩管加魚骨式支撐結(jié)構(gòu)。
2、減少現(xiàn)場組裝工時——能夠降低集熱器在現(xiàn)場安裝的工時,縮短工期,提高效率。
3、模塊化、輕量化設(shè)計——模塊化、輕量化的設(shè)計能夠降低安裝難度,提高安裝速率,同時也方便各類部件的運(yùn)輸,降低成本。
以上集熱器可廣泛見于當(dāng)前在運(yùn)行的槽式電站中:
三、未來發(fā)展:輕量化、更大尺寸的集熱器
以上集熱器可廣泛見于當(dāng)前在運(yùn)行的槽式電站中:
三、未來發(fā)展:輕量化、更大尺寸的集熱器
在常規(guī)尺寸、常規(guī)開口的集熱器大量應(yīng)用之后,如何進(jìn)一步提高光學(xué)效率,降低成本成為了下一代集熱器發(fā)展的方向。
目前來看,有幾種類型的集熱器已被運(yùn)用到最新型的槽式光熱電站當(dāng)中,如下表所示:
這些集熱器都運(yùn)用在當(dāng)下最新的槽式電站當(dāng)中,可見,下一階段的集熱器發(fā)展正朝向更大尺寸、更大開口寬度的方向在發(fā)展。這可以從幾個方面來解釋:
1、槽式技術(shù)為了得到更高的熱電轉(zhuǎn)換效率,提高光場出口蒸汽溫度參數(shù)勢在必行。傳統(tǒng)的聯(lián)苯-聯(lián)苯醚導(dǎo)熱油溫度區(qū)間和上限都不高,因此新型更高溫度傳熱介質(zhì)(如熔鹽槽式技術(shù))受到了越來越多的關(guān)注。更大尺寸、更大開口寬度的集熱器能夠搭配更大管徑的真空集熱管,進(jìn)一步提高熱效率。
2、這種集熱器能夠縮小集熱器的組裝復(fù)雜程度,能夠大幅減少液壓驅(qū)動、管道、閥門、連接、控制跟蹤等部件,減少回路數(shù)量,進(jìn)而減少土地使用面積,削減成本。
3、為了降低安裝難度,提高裝配效率,大尺寸集熱器必然朝向部件標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化、堅固化來發(fā)展。例如,奧地利Heliovis公司采用的薄膜充氣式集熱器,避免了復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)支撐,輕量、安裝和運(yùn)輸簡便;美國Skyfuel公司的Skytrough集熱器也采用高分子聚合物鍍膜來取代玻璃反射鏡,大大降低了安裝的成本。
總而言之,集熱器作為槽式光熱技術(shù)關(guān)鍵的部件之一,在槽式光熱的發(fā)展歷程中也在不斷的優(yōu)化自身,在結(jié)構(gòu)、尺寸、安裝等方面不斷進(jìn)步,使得槽式技術(shù)始終在穩(wěn)步發(fā)展。槽式集熱器的這種自我蛻變和突破或許也能夠解釋,為何槽式光熱發(fā)電歷經(jīng)三十多年的驗(yàn)證而依舊穩(wěn)定,且愈發(fā)成熟。
總而言之,集熱器作為槽式光熱技術(shù)關(guān)鍵的部件之一,在槽式光熱的發(fā)展歷程中也在不斷的優(yōu)化自身,在結(jié)構(gòu)、尺寸、安裝等方面不斷進(jìn)步,使得槽式技術(shù)始終在穩(wěn)步發(fā)展。槽式集熱器的這種自我蛻變和突破或許也能夠解釋,為何槽式光熱發(fā)電歷經(jīng)三十多年的驗(yàn)證而依舊穩(wěn)定,且愈發(fā)成熟。