研发最适合中国的槽式集热器

 

　　自1980年代，美国加州建立起第一批商业化槽式光热电站至今，槽式光热发电技术已历经30余年历史，30年来，槽式集热技术一直处于发展之中。一个看似简单的数学抛物线方程式，影响着槽式光热发电的过去和现在，甚至未来！

 

　　槽式集热技术的发展以反射镜板的设计发展为重要标识，从最初的RP1型到最新的RP5型，反射镜板的型号更迭折射着槽式光热发电集热技术的发展历程。

 

图：RP1型集热器

 

　　1984年，这是光热发电迈向商业化开发的元年，也是在这一年，RP1作为最早的槽式集热技术方案开始应用，RP1的开口较小，宽度为2550mm，焦距700mm，搭配相对较细的真空集热管，聚光倍数约63倍左右，集热温度可达307℃，但由于其应用很少，并未在一个光热发电站中实现全部应用，其实际集热温度是否能满足发电要求不得而知。其集热系统由两片1570mm*1400mm（弧长）的反射镜组成，结构相对简单。很可能是由于其集热温度较低，这样的系统并未在市场上实现大批量应用，仅在SEGS1中试用了42600片，在SEGS2电站中试用了一些。

 

图：RP2型集热器

 

　　1985年，RP2作为第二代产品出现，RP2的设计相对RP1更加复杂，开口宽度扩大一倍达5000mm，焦距1490mm，开口和焦距的倍增使反射面板的数量也相应增加了一倍，由两片变成了四片，尺寸分别为内片1570mm*1400mm（弧长）和外片1570mm*1324mm（弧长），聚光倍数也达到71倍左右，集热温度可达349℃，完全可以满足发电需求。采用RP2集热技术方案的电站相对较多，西班牙有两个50MW电站，美国加州SEGS3、SEGS4两个电站、Nevada州三个总装机104MW的电站。同时其还在SEGS2、SEGS5、SEGS6、SEGS7等电站中有所应用。相对成熟的RP2第二代集热技术也在新技术的出现后，逐渐退出历史舞台。RP2技术由于得到了小批量的应用，证明了这种设计的可靠性，对大槽的集热技术开发打下了基础。

 

图：RP3型集热器

 

　　1989 年，第三代反射面板设计RP3开始出现并投入应用，RP3相对前面的几种设计得到了更大规模的应用，也可以说是到目前为止都最为成熟的槽式集热设计。RP3集热系统的开口增大到了5770mm，焦距也提高到了1710mm，反射面板的数量和RP2一样，但尺寸有很大程度地增加，变为了内片1700mm*1641mm（弧长）和外片1700mm*1501mm（弧长），反射面积的增大也使其聚光倍数增加到了82倍左右，集热温度可达390℃，这种设计也更适合高温光热发电的应用，其累计使用面积超过三千万平方米，直到现在仍在进一步应用。

 

　　但RP3并不会成为最终的槽式集热系统设计方案，就在RP3广泛应用之时，2009年，第四代产品RP4开始出现。

 

图：RP4型集热器

 

　　第四代产品虽然已经开发出了五年之久，但由于该技术的开发公司FLAGSOL宣布破产，RP4犹如昙花一现，未能大面积推广应用。第四代产品实际上是第三代产品的优化升级版，焦距并没有变化，还是1710mm，只是开口增大到6770mm，已经做到了在这个焦距上面的最大利用限度，反射面板的数量没有变化，还是由四片组成，只是反射面积更大，内片和外片的尺寸相同，都是1570mm*1900mm（弧长），效率相对提高，集热管加粗到90mm（内管），如此一来，它的聚光比没有增加多少，反而降低到75倍左右。RP4的设计目的是为了适应熔盐传热的应用，增加了集热器宽度的同时也增加了长度，综合成本降低8%~10%。RP4在其短暂的生命历程中曾创造了2.25GW的项目业绩，但却因FLAGSOL的破产而未能实现商业化应用。

 

　　第四代产品的应用很少，仅仅只有800米的试验回路在进行示范，但却并未在这个试验回路上进行熔盐传热试验。2012年，也有公司开发了类似的集热技术试验，做了一个回路，只可惜焦距变得更大了。

 

图：RP5型集热器

 

　　2011年，所谓的第五代集热技术也开始出现，但目前也仅仅建成了一个试验回路，这种槽有更大的开口，达7512mm，采用双焦距设计，内片焦距是1710mm，外片焦距是1878mm，中间间隔增大以增加抗风能力。同时增加了反射面板尺寸，变为了2030mm*2010mm（弧长），内外片尺寸相同。这种集热设计使支架的成本也相应增加，主要是中间的间距增加造成了支架成本的上涨。目前这项新技术尚没有取得市场的认可。

 

设计混乱 不利于行业发展
从第一代到第五代产品，集热器的设计越来越大，大槽技术的不断发展最终还是为了提高集热温度，适应熔盐等新型传热介质的应用，但要取代导热油作传热介质的传统槽式技术，尚需克服一些困难。


　　对于中国市场，在现有的槽式集热技术的基础上，我们需要进一步优化设计，以满足我国西北地区的恶劣自然环境要求。


　　对于第一代到第五代产品，应分不同的市场选择应用。针对中温太阳能热利用市场，RP1是否完全可以满足需求？或者说对于更细分的海水淡化市场，RP1和RP2相比哪个更具性价比？对于高温光热发电市场，第三代设计是否是最成熟的终极设计？第四代、第五代集热技术的开发是否应以熔盐等新型传热介质为应用目标？如何统一业内对新型传热介质用槽式集热器的规格认知？……这是目前业内需要认真考虑并统一认识的问题。


　　对上述问题没有统一的认知，给产品的产业化带来了诸多困难。目前，国内市场上，类似第一代和第二代设计的产品开发相对较多，在开口2500mm~5000mm之间都有分布，较为混乱。业内应结合国内实际情况，对开口尺寸的设计进行统一，这有利于削减成本，有利于对标准产品实行产业化规模化生产。


　　如果能针对不同的市场应用领域，结合中国的具体环境要求，对对应的槽式集热器进行规格尺寸上的统一，比如，对于中温热利用应用市场，从第一代产品参数上进行优化创新；对于海水淡化等需要更高温度的市场，则以第二代产品为基础进行优创新，对于光热发电等更高温度的市场领域，以第三代产品为基础进行本土化创新。如此以来，我们就可以找到适合中国的、针对不同市场应用领域的、最具性价比的集热方式。而这，将可以进一步实现规模化经济效益，削减度电成本。