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光热发电关键设备和组件的创新方向

光热发电  来源:CSPPLAZA    2017/10/25 14:02:09  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:近几年来,在应对全球气候变化的大背景下,作为多国重点支持发展的战略性新兴产业,光热发电在全球范围内迎来了又一波发展热潮,中国、南非、中东北非等新兴市场为光热发电行业发展注入了新的动力。

为尽快降低光热发电成本,产业界正在加大光热发电领域的科研投入,旨在通过光热发电的技术革新和升级来提高光热系统效率并降低光热发电成本。从关键装备角度来看,全球范围内的制造商们也在积极探索光热发电装备的创新和升级。下文统计了反射镜,集热管,槽式集热器,塔式定日镜等光热电站关键设备和组件的一些创新方向和部分创新案例。

一、反射镜篇

目前光热发电站采用的主流反射镜产品一般为六层结构,分别为超白玻璃基层、镀银层、镀铜层、底漆涂层、中漆涂层和白色面漆涂层。超白低铁玻璃是一种高透光率玻璃产品,透光率≥91%,镀银层为反射层,镀铜层为保护层,底漆涂层、中漆涂层和白色面漆涂层为防腐保护层。

创新方向1:反射膜

反射膜技术是在铝质或不锈钢等材料制成的基板上覆上一层高性能聚合物薄膜以获得轻质反射镜。此举可显著降低反射镜系统的整体重量,降低支架等系统的投资,从而降低光场系统整体投资。

当前在太阳能反射膜技术上研发较多的有两家公司,分别是3M和Skyfuel旗下的ReflecTech。3M以反射膜及其附属产品如膜边缘用的密封胶、清洁剂等的研发和销售为主,但并不提供整体反射镜系统方案,而Skyfuel则提供整体的SkyTrough反射膜反射镜系统方案。

ReflecTech的反射膜是一种镀银高分子聚合物薄膜,已经通过NERL能效测试。该技术在2011年9月份就开始在加州SEGS1&2槽式电站上进行示范运行,整体运行状况较为稳定。

图:ReflecTech反射膜

反射膜技术目前面临的问题主要有四个。一是还没有权威机构对其反射率进行检测认证;二是使用寿命,目前还不能完全确定反射膜在运行几年后是否会发霉、变质,反射率是否会有较大的衰减等;三是其聚光精度较难控制,反射膜需要搭配金属基板,其聚光精度由金属基板如铝板决定,如何保障铝板的弧面精度是一个问题,即便铝板的精度可以保证,把反射膜贴上去这一过程也很可能会影响弧面的精度。四是经济上来看,由于缺乏实际的大型商业化项目的验证,目前并没有实际数据支撑其成本比玻璃反射镜较低的论断。

创新方向2:更薄厚度

反射镜常用的厚度标准是4mm,但事实上,玻璃越厚,太阳光到达反射镜反射层的光损越多,反射率则越低。当前主流反射镜产品的反射率在93%~94%之间,为进一步提高反射率,其中一个可行的解决方案即设法降低玻璃的厚度,从而降低反射镜系统的重量,并最终降低集热场的整体投资。

目前的解决方案是在强度更好的基板如蜂窝铝板、合成树脂等上面粘贴超薄反射镜。如意大利ENEA研发的一种超薄反射镜就是将蜂窝铝板先成形为抛物弧,再把0.8mm的超薄反射镜贴上去。天津滨海光热投资有限公司采用的方案则为在合成树脂制作的基板上面粘贴1mm厚的反射镜,反射率可提升至96%以上。

然而,厚度降低会大幅提高超白玻璃的生产成本,1mm超白玻璃的价格要远远高于4mm超白玻璃的价格(同一厂商),同时也增加了反射镜生产工艺的难度,1mm的非钢化镜在生产过程中较易破损。另外,目前采用的附属基板方案种类较多,缺乏成熟的经过商业化项目验证的案例,在强度和耐候性方面仍存在不确定性。超薄反射镜相对通用的4mm镜在成本上要高出不少,其带来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实际案例的证实。

图:滨海光热阿克塞800米熔盐槽项目采用超薄反射镜

反射镜领先制造商Rioglass于2013年推出了一种创新型的“三明治”结构反射镜,其没有大幅度缩减厚度,而是采取了较为“中和”的技术路线。它将玻璃厚度从4mm降至2mm,前层为2mm厚的镀银层和铜层的薄玻璃反射镜,中层为高密度聚氨酯泡沫,背板为镀锌钢板,总厚度为40mm,反射率提升至96%左右。这种反射镜的安装更为简便安全,降低了安装成本,强度更高,也降低了破损率。于2016年投运的南非KhiSolarOne50MW塔式光热电站就采用了这种超薄反射镜。

图:Rioglass的“三明治”结构反射镜

创新方向3:减少防护漆

反射镜一般要镀上三层防护漆,常见的第一层保护漆是丙烯酸树脂层,第二层是醇酸树脂层,第三层是聚氨酯树脂层。如若能减少防护漆的层数同时不影响对反射镜的防护,可相对降低反射镜的成本。但目前尚无厂商公开发布在此领域的相关研发成果。

创新方向4:微弧平面镜

在实际应用中,为获得较好的聚光效果,平面镜也经常通过支架固定等方式形成一定的微弧。除了机械方式外,部分厂商已生产或正在开发“天然”的微弧反射镜,即生产出的成品即为微弧镜,而非后期安装时通过机械作用力产生。

“天然”微弧镜的生产技术和工艺难度并不太高,也可以减少镜场安装时的工作量。但其产品生产流程较为复杂,成本一般要远高于普通平面镜。如果可以生产出低成本的微弧平面镜,将大大降低镜场的安装成本,提升聚焦精度。

世界领先的玻璃生产商Guardian公司声称拥有微弧平面镜的生产技术和能力,但该公司内部人士也承认这种镜子的造价要高出一般的平面镜,具体价格可能要根据每个项目的具体要求来测算。

国内厂商浙江大明玻璃有限公司也能够生产这种微弧镜,并在CSPPLAZA年会上多次展出该款反射镜。其宣称该款反射镜实际反射率可达95.5%以上,同时,复合式设计大大减轻了反射镜自重,相较传统反射镜自重减轻50%以上。

图:大明玻璃推出的超薄微弧平面反射镜

创新方向5:减反射膜层

减反射膜,又称增透膜,它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。因此,在玻璃反射镜前表面镀减反射膜层,则可降低前表面的反射率,增加透光率,使更多光到达反射层,从而增加反射率。

这种技术面临的主要障碍仍是成本,增加膜层不应过多增加反射镜的成本,否则则不具推广价值。

创新方向6:自洁净

光热电站开发的自然环境一般较为恶劣,特别是在中国西部沙尘较大的地区,反射镜极易附着大量灰尘从而降低其反射率。但由于对镜面的的清洗耗时耗资,开发拥有自洁净功能的反射镜成为一大发展方向。Rioglass表示其一直在开展减轻镜面染污率的研究,Rioglass方面介绍称其开发的一种新的玻璃反射镜的抗污涂层(自清洁)已经被成功的集成在玻璃热弯钢化工艺中,即将推向市场。

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