槽式光熱發電反射鏡的分析選擇

李良君天津輕工職業技術學院

槽式光熱發電反射鏡的分析選擇

李良君
天津輕工職業技術學院

槽式光熱發電是利用拋物線的光學原理，將多個槽型拋物面聚光集熱器經過串并聯的排列，聚集太陽輻射能，加熱工質，產生高溫蒸汽，驅動汽輪機發電機組發電的一種太陽能光熱發電技術，也是技術最成熟、基本實現了商業化的光熱發電技術。槽式光熱發電系統反射鏡的選擇決定了槽式集熱場的綜合性能，并最終影響著光熱項目的運行表現。

光熱發電；槽式；反射鏡

槽式拋物面反射鏡的選擇決定了槽式光熱發電系統的綜合性能，并最終影響著光熱項目的運行表現。從最早開始投入應用的熱彎玻璃反射鏡起，到已趨主流的彎鋼化玻璃反射鏡，槽式光熱發電反射鏡經歷了一次大的演變更迭。

一、兩種彎玻璃產品的對比

熱彎玻璃：將玻璃原片在金屬模具上加熱軟化后，靠玻璃自重或外界作用力將玻璃彎曲成型，然后自然散熱冷卻成型。這種工藝決定了熱彎玻璃是一種脆性材料，其內部應力不均，抗張強度低，球面變形嚴重，極易破碎，很不安全。

熱彎玻璃可以通過用兩片做成夾層的方法而成為安全玻璃。但反射鏡背面的保護漆和金屬反射層無法和底部玻璃很好地結合，且重量和成本都太高，所以夾層熱彎玻璃在光熱發電中并未得到廣泛使用。

彎鋼化玻璃：加熱軟化成型和熱彎玻璃相同，但冷卻過程是用專用設備均勻快速冷卻的。這種冷卻工藝使其具有良好的機械和安全性能，表面壓應力在90Mpa以上，機械強度是普通玻璃的4~5倍。

鋼化玻璃的熱穩定性表現良好，能承受的溫度超出普通熱彎玻璃2倍，可經受-40~327.5℃的巨大溫差變化而不碎裂。破碎后碎片為無銳角小顆粒，避免了人身傷害。其抗彎強度是普通熱彎玻璃的8倍，抗沖擊強度高出12倍。這些優點使彎鋼化玻璃在對機械強度和安全性能要求較高的場所得到廣泛應用。

彎鋼化玻璃的生產效率比熱彎玻璃高。熱彎玻璃每小時大約生產50片，而彎鋼化玻璃大約180片（通過調節生產流程，彎鋼化玻璃的生產效率還有提升空間）。此外，彎鋼化玻璃的面型參數比熱彎玻璃更好調節，也就更容易調節和控制槽式聚光鏡的聚光精度。

兩種玻璃產品的性能對比如下表：

工藝優點缺點彎鋼化玻璃原片加熱至軟化溫度，使玻璃彎曲成型后，再由專用設備快速均勻冷卻而成更高機械性能鋼化風冷卻設備價格高熱彎玻璃原片加熱至軟化溫度后，靠玻璃自重或外界作用力將玻璃彎曲成型，并經自然冷卻而成自然冷卻抗張強度低，是脆性材料說明熱加工工藝一致，冷卻方式不同

破壞應力（mpa）耐風壓力（mpa）抗沖擊高度安全性135 3011 3291 4.5m完全66 860 940 1.3m不安全允許最大破壞應力單片RP3內片單片RP3外片225g鋼球

可見，熱彎玻璃是在鋼化玻璃還未出現時的過渡性產品。如果對玻璃安全性有要求，應全部采用熱彎夾層或（彎）鋼化玻璃。

二、最優化的槽式反射鏡選擇

熱彎玻璃（RP1）和熱彎夾層玻璃（RP2）槽式反射鏡在實際應用中經常破損，已退出主流市場。彎鋼化玻璃（RP3）反射鏡的抗風載等能力相對更強，開口也更小，是目前市場的主流，。據國外已有項目報告，采用開口較大的熱彎反射鏡，破損率更高，運行成本增大，收益明顯降低。

鋼化反射鏡廠商Rioglass的50MW帶儲熱槽式光熱電站顯示，RP3型反射鏡的更換成本和由此產生的人工成本分別是RP1和RP2的1%和2%；RP1和RP2型反射鏡破損時呈塊狀，極易損壞集熱管，帶來很高的集熱管材料和人工成本，而RP3型幾乎對集熱管沒有損壞。在25年的運行周期內，該光熱電站這部分的總運維支出，RP3型比RP1和RP2分別節省約5,249,000和2,599,500歐元。

彎鋼化反射鏡的具體性能指標也不盡相同。對于國內應用項目，槽式反射鏡的選擇應重點考慮以下幾方面：

1.西北地區風大溫差大，必須參考太陽能聚光器模塊和組件設計資格和類型標準（IEC62108：2007）及集中式光電模塊和組件設計資格鑒定和類型認可標準（BSEN62108：2008）中的要求，對產品的抗機械荷載能力進行測試。

保證集熱器在45m/s風速時不會被破壞，即反射鏡在162km/h以下速度時不能破損。熱彎玻璃的強度較低，只能滿足最高100km/h風速的要求，而彎鋼化玻璃的最高破壞風速可達200km/h。

2.抗沖擊測試必須符合GB9656-2003對汽車安全玻璃（或GB15763.2-2005建筑用安全玻璃）的要求。采用227g鋼球沖擊時，彎鋼化玻璃在4.5m高度不破壞，熱彎玻璃則只能承受1.3m高，遠遠無法滿足標準要求。

彎鋼化玻璃RP3反射鏡內片（1700*1641*4.0mm）的允許耐風壓為3011Pa，熱彎玻璃反射鏡僅為860Pa；RP3反射鏡外片（1700* 1501*4.0mm）為3291Pa，熱彎玻璃反射鏡僅為940Pa。

根據抗荷載設計要求，槽式光熱發電反射鏡最低承載雪壓為2400Pa，熱彎玻璃反射鏡根本滿足不了設計要求。