終極槽太陽能集熱器性能成本分析

謝 寧 中國葛洲壩集團裝備工業有限公司

1 引言

太陽能光熱技術主要分為塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾式四種類型。其中，槽式光熱發電技術作為首個商業化的發電方式，其技術標準、運營經驗都是比較成熟的，也是目前實現可靠商業化運行的太陽能熱發電技術。槽式太陽能集熱槽是槽式太陽能光熱發電系統的核心技術之一。

目前市場上主流的集熱槽型代表為西班牙SENER公司的Sener Trough II，歐洲槽（Euro Trough）、終極槽（Ultimate Trough）、西班牙Abengoa 公司的ST8。終極槽技術是德國FlabegFE 公司研發的最新一代集熱槽型。該槽型是在歐洲槽技術基礎上發展起來的槽式光熱發電新技術，在目前所有槽式技術中，終極槽經濟性最好，且具有較大的聚光比，能夠較好的應用于熔鹽介質。

2 終極槽與ST8槽型技術對比

終極槽是歐洲槽的一次技術升級，采用的是框架抗扭箱結構。ST8槽型則采用的是空間框架結構。相同情況下，與框架抗扭箱結構相比，空間框架結構鋼架重量更輕，但現場安裝成本控制較高，由于在風載下其很容易變形導致了光學性能及抗風性能較差。反之，框架抗扭箱結構利用懸臂可為反射鏡提供更為有力的支撐，不易形變，導致其在光學性能、抗風性能具有更優異的性能，且現場安裝成本較低，但是重量要比空間框架結構重的多。終極槽能抵抗42m/s的強風，而ST8只能抵抗38m/s的風速。

表1 終極槽與ST8槽技術參數對比

綜合比較來看，ST8 具有更高的聚光比，但由于結構相對脆弱，聚焦能力反而較差，光熱轉換關鍵參數攔截因子比終極槽相差3.7 個百分點。同時，ST8 的SCA 集熱面積比終極槽小23.7%，整個光場建設中需要更多的回路組件，系統會更復雜。

表2 某光熱電站為例終極槽與ST8槽參數對比

由上表看出，相同容量的光熱電站，由于發電效率只有15.1%，ST8 集熱面積比Ultimate Trough高5.7%。

從整個集熱場投資看，使用終極槽技術的集熱場總投資可比ST8降低了10%左右。主要原因是，ST8需要更多的回路組件和輔助系統，這部分成本遠遠高于鋼結構節省下來的成本，同時由于ST8 槽鋼結構的輕量化，使得其光熱轉化效率沒有實質性提高。

3 集熱槽開口寬度分析

集熱槽大型化是目前槽式集熱器的發展趨勢，可以進一步降低太陽能聚光場的投資成本，同時提高光熱轉化效率。集熱槽的開口寬度是衡量集熱槽性能的關鍵指標之一。當前市場主流的集熱槽型中，Abengoa 公司的ST8 開口寬度是最大的，達到8.1m；終極槽（Ultimate Trough）開口寬度為7.5m，Sener Trough II 開口寬度為6.87m，歐洲槽（Euro Trough）開口寬度為5.77m。

但通過ST8 槽與終極槽對比，開口寬度并不是越大，聚光效率就會越好，開口越大，系統因自重、不穩定載荷等因素產生的變形就會越大，直接會導致聚光效率的下降。同時在極端惡劣的環境（強風、溫差）中，系統需要保持穩定運行所要配置的組件成本也會大幅增加。目前，終極槽在所有槽型中體現了最好的技術優勢和經濟優勢，有利于應用于實際項目。因此在今后的研發中，是否要繼續擴大集熱槽本身的開口寬度來換取更高效的光熱轉化效率，需要在后續的更多的研發工作和實驗驗證。

4 終極槽與歐洲槽、Sener Trough II技術對比

從表3 可看出，終極槽是重量最重的集熱器，集熱器質量密度達到29.7kg/m2,但是在集熱面積比歐洲槽減少了9%，回路數量上減少了56.6%，比Sener Trough II 減少了42%。因此終極槽整體性能相對優異。

表3 某光熱電站太陽島各槽型參數對比

表4 某光熱電站太陽島各槽型投資對比

通過表4數據所示，終極槽在主要部件投資上與歐洲槽相比高出7%，與Sener Trough II 相比高出6%，但是從總投資上看終極槽總投資最低，與歐洲槽相比低15%，與Sener Trough II相比低10%。

5 結束語

太陽能集熱槽是槽式太陽能光熱電站熱量來源的核心部件之一。太陽能集熱槽性能的優劣直接影響著光熱電站的發電效率。終極槽是當前市場中主流槽型，具有較大的開口尺寸及較高的光學性能，與其他類型的槽型相比，其鋼結構的花費較高，但通過技術優化，利用終極槽技術的集熱場的總投資是最低的。成本節約主要體現在基礎、回路組件（旋轉接頭、傳感控制、驅動、閥門等）、管路系統、儲熱系統以及更小的集熱面積上，是目前市場上效率最高、投資成本最低的槽式集熱器技術。