任福忱

（大連宏海新能源發(fā)展有限公司，遼寧 大連 116021）

背景

目前，傳統(tǒng)工業(yè)電站發(fā)電過(guò)程中，基本采用化石燃料供給熱能，造成大量的二氧化碳等溫室氣體的排放，導(dǎo)致霧霾、溫室效應(yīng)等。為了降低霧霾、溫室效應(yīng)等對(duì)人們生活環(huán)境的影響，國(guó)家早已經(jīng)尋求新的能源方式替代化石能源。而太陽(yáng)能則無(wú)疑是最環(huán)保，取之不盡用之不竭的清潔能源。

槽式太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)是目前國(guó)際上較為成熟的太陽(yáng)能光熱發(fā)電的技術(shù)路線，以美國(guó)Solana 280MW電站為典型代表。該路線是以熔鹽為代表的熱載體，利用拋物線的光學(xué)原理，聚焦太陽(yáng)能，然后太陽(yáng)能匯集到集熱管上，集熱管中的熔鹽會(huì)吸收太陽(yáng)能的熱量，熔鹽會(huì)在太陽(yáng)能集熱場(chǎng)的流動(dòng)過(guò)程中，溫度從290℃逐漸被加熱到550℃，然后流出太陽(yáng)能集熱場(chǎng)。被加熱后的高溫熔融鹽流入儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的高溫熔鹽儲(chǔ)罐，其中一部分高溫熔融鹽會(huì)從高溫熔鹽儲(chǔ)罐中流出在蒸發(fā)器與水換熱，然后流回儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的低溫熔鹽罐中，而換熱的水變成375℃的蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電；另外一部分高溫熔融鹽則在高溫熔鹽儲(chǔ)罐存放，待夜間無(wú)日照時(shí)則繼續(xù)輸出換熱用于夜間蒸汽輪機(jī)發(fā)電。

圖0 美國(guó)Solana槽式電站外觀及主流槽式參數(shù)

目前槽式電站的槽式開口寬度基本上采用國(guó)際槽5.77米，并且在公開的資料中，槽式支架及太陽(yáng)能鏡場(chǎng)部分的投資約占總投資的60%，這也嚴(yán)重制約了槽式太陽(yáng)能光熱行業(yè)的快速發(fā)展。

為此需要優(yōu)化槽式結(jié)構(gòu)，特別是增加開口寬度，降低占地面積，從而使發(fā)電項(xiàng)目的成本降低。下面通過(guò)SAM光熱分析軟件，分別對(duì)兩種不同槽式開口規(guī)格與目前國(guó)際槽進(jìn)行對(duì)比分析。

一、大開口槽式集熱器（2020）概念設(shè)計(jì)

該集熱器將槽式開口規(guī)格由5.77米變更為8.18米。

二、大開口槽式集熱器（2025）概念設(shè)計(jì)

該集熱器將槽式開口規(guī)格由5.77米變更為14米。

三、邊界條件

通過(guò)SAM 光熱分析軟件，將國(guó)際槽（開口5.77米）與開口寬度為8.18米和14米的槽式集熱器進(jìn)行對(duì)比，邊界條件見圖3所示。

圖3 三種不同規(guī)格的槽式系統(tǒng)邊界條件

四、計(jì)算模擬結(jié)果

圖4 計(jì)算模擬分析結(jié)果

通過(guò)以上計(jì)算模擬結(jié)果可以看出，隨著槽式開口寬度的增加，年均光熱效率增加較多，且年均光電效率增加幅度較多。但是槽式集熱器的開口寬度也不可能無(wú)限增大，主要制約因素是目前的制造水平和加工工藝所決定的。

圖5 占地面積對(duì)比分析

通過(guò)圖5，三種不同槽，占地面積隨著開口寬度的增加而減小，且幅度較大。

五、結(jié)論

通過(guò)上述分析可以得出以下結(jié)論：

1）隨著槽式開口寬度新技術(shù)的應(yīng)用，電站年均光熱機(jī)光電轉(zhuǎn)化效率逐步提升；當(dāng)采用8.2米開口集熱器時(shí)，槽式電站的光電效率已與當(dāng)前技術(shù)水平的塔式熔鹽電站效率水平相當(dāng)；隨著集熱器效率的提升，槽式電站總效率會(huì)進(jìn)一步提高。

2）隨著槽式集熱器開口的增大，電站在相同發(fā)電量的情況下，方案（開口8.18米）占地面積降低超過(guò)10%，方案（開口14米）占地面價(jià)降低超過(guò)20%，從而降低土地費(fèi)用，進(jìn)而降低整個(gè)電站的建設(shè)投資成本。

3）為槽式技術(shù)發(fā)展提供了指引方向：大開口槽式聚光器可以增加光熱效率，降低結(jié)構(gòu)重量，減少回路陣列，減少土建基礎(chǔ)，減少管道閥門，減少控制跟蹤，減少旋轉(zhuǎn)接頭，進(jìn)而降低光熱電站的投資成本。