集热管是槽式太阳能热发电站中将太阳光能转换为热能的核心部件,所以集热管的品质,直接影响到电站的成功和收益。从某种角度来说,首批太阳能热发电示范项目的成本问题决定了太阳能热发电在中国甚至在全球的发展趋势。如何降低太阳能热发电站的投资和运营成本,是业界需要探讨的永恒话题。以西班牙典型的50MW无储热的槽式太阳能热发电站为例,集热管成本占总承包成本(由太阳能集热场、导热油系统、热力系统、电气系统、控制系统以及土建成本等几大部分构成,不含土地费用、项目前期工程费和融资成本)的9%左右,占太阳能集热场成本的22%。因此降低整体成本,关键部件的成本也需要供应商进行考虑。
图:西班牙典型的50MW无储热的槽式太阳能热发电站承包成本结构(来源:国家太阳能光热联盟《中国太阳能热发电产业政策研究报告》)
“集热管作为关键部件,对于整个太阳能热发电站的成本降低的贡献主要来源于两大部分,一是降低部件采购成本,包括提升使用寿命和提升转化效率,二是降低寿命期运营成本,包括维持性能稳定,降低更换频率等。技术和品质都要过关。”北京天瑞星光热技术有限公司(以下简称“天瑞星”)副总经理崔孟龙表示。
图:国内槽式光热电站对集热管的成本要求
多发电,也是降低成本的途径
崔孟龙说:作为集热管供应商,天瑞星是通过向技术和品质要红利,不断提高效率和降低成本来服务首批太阳能热发电示范项目,助力中国太阳能热发电技术产业化发展。
中国有着独特的气候条件,因此在中国西北部使用的集热管,除了需要保证吸收率、发射率等关键技术指标以外,还要在吸热涂层的稳定性、真空保持的长期可靠性以及增透涂层的耐候性方面取得突破,才有可能为中国的槽式光热电站服务更长时间,同时降低使用成本。好的产品,性能提高了,发电量多了,也是降低成本的手段之一。经过利用美国国家可再生能源实验室(NREL)开发的一款免费太阳能热发电系统设计软件——SAM进行模拟计算,对于德令哈某50MW太阳能热发电项目(190个回路,集热面积621300平方米,储热时长7.5小时,采用ET150聚光器),采用天瑞星TRX70-III集热管与采用肖特PTR70-2008集热管,结果显示:采用天瑞星TRX70-III集热管比采用肖特PTR70-2008集热管的电站年发电量高出135万kWh,年收益增加值约为155.6万元。
严格品质管控,降低成本
崔孟龙说:集热管品质好坏关系到电站成本的高低。
图:成品品质控制
天瑞星通过品质控制措施对内部损失成本和外部损失成本进行有效控制。在集热管生产过程中强调“人、机、料、法、环”全方位的管控规范产品的工艺和质量,完善质量管理工作流程。品质管控包括原材料品质控制、生产过程品质控制、成品品质控制,这些都是保证电站具有高水平的初始发电量,持续稳定的发电量,较低的运维成本,维持较低的发电量衰减等的有效手段。
据介绍,22016年,天瑞星成功研制完成第三代集热管,并于2017年3月从德国宇航中心(DLR)获得最新检测报告:天瑞星第三代集热管产品热损≤220W/m,光学效率达到1.052,具备优良的光热转换性能及高可靠性的真空保持品质。目前天瑞星完成了柔性智能化生产线改造成功,年产量可达10万支。
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70系列 |
90系列 |
100系列 |
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型号 |
TRX70s |
TRX70 |
TRX90s |
TRX90 |
TRX102 |
导热介质 |
熔盐 |
导热油 |
熔盐 |
导热油 |
DSG |
集热管长度(室温) |
4060mm |
4060mm |
4060mm |
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金属管材质 |
321/347H/316Ti |
321/347H/316Ti |
347H |
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金属管壁厚 |
2.5~3mm |
2.5~3mm |
7.5mm |
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玻璃管外径 |
125mm |
150mm |
150mm |
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发射率 |
≤9% @400℃ |
≤9% @400℃ |
≤9% @400℃ |
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≤10.5% @550℃ |
≤10.5% @550℃ |
≤10.5% @550℃ |
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吸收率 |
≥96.5% |
≥96.5% |
≥96.5% |
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透过率(AM1.5) |
≥96.2% |
≥96.2% |
≥96.2% |
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*以上部分技术要求可根据客户要求定制生产 |
图:天瑞星70mm(导热油/熔盐)、90mm(导热油/熔盐)、100mm(水工质)内径集热管系列产品能满足示范项目中所有槽式、菲涅尔式电站的需求
附:天瑞星集热管主要应用案例