张磊分享龙腾光热第五代集热管产品的技术升级和产业化进展

时间:2017-06-30 16:08来源:CSPPLAZA
  “大家都知道吸收率、发射率和透过率这三个集热管的关键光学性能参数。用户往往非常关注集热管的光学性能,这可以理解,因为光学性能直接决定其光学效率。但是用户往往忽视了,光学性能更多体现了对电站初始发电量的影响,我们还应关注它长期的热稳定性和可靠性。比如蓄电池或者光伏组件,如果它们的初始性能很高但是衰减速度也很快,当然也不利于电站的长期收益。集热管需要露天使用,直接暴露于风砂、雨水、湿热这些环境,对它的性能影响也会很大。玻璃管上有一层减反射膜(增透膜),它的作用是增加光线的透过,这层膜是否有耐候性决定着玻璃管是否能维持长期的高透过率。机械结构的可靠度,比如说玻璃金属的封接,也需要额外关注。”在6月14~16日于浙江杭州召开的中国国际光热电站大会CSPPLAZA年会2017(CPC2017)上,常州龙腾光热科技股份有限公司(以下简称龙腾光热)全球营销总监张磊向与会人员分享了如何挑选可靠集热管的经验并深度介绍龙腾RTUVR®第五代集热管产品的技术升级和产业化进展。
  
  张磊表示,为确保集热管的性能与可靠性,其公司所有产品均通过德国宇航中心、德国FraunhoferISE及西班牙PSA的可靠性与热稳定性测试、加速老化测试、光学性能检测与挂机测试等严格的检测。全新的龙腾RTUVR®第五代集热管比第四代产品在整体性能上有进一步的提升。经检测,第五代集热管的阳光吸收率达96.2%、发射率为9.2%、透过率为96.3%,在热损、光学效率与老化测试方面的结果显示其品质卓越,值得信赖。
 
  值得一提的是,龙腾光热集热管凭借优质可靠的产品质量斩获多个订单,为中广核德令哈1.5MW实验回路、成都博昱德令哈标准槽式实验回路、印度MEIL50MW商业化槽式电站、西班牙PE1电站项目、印度NTPC开发的光煤互补项目等供应真空集热管并获得一致好评。目前龙腾光热也在积极扩充集热管生产线,预计在不久的将来将达到集热管年产能突破30万支的生产能力。
 
  下面是张磊的演讲全文(注:本文根据速记和录音资料整理,文章内容未经演讲者本人审阅,仅供参考):
 
  张磊:大家好,我今天会简短地完成我的汇报,所以讲一些不一样的内容。
 
  龙腾RTUVR®集热管现在已经经历到第四代的产品,今天我们也是借这个会议宣布第五代产品的发布,这是一个非正式的发布,但还是有一些新的亮点。
 
  我的报告主要不止讲集热管的性能,还会更侧重讲它的可靠性。我们知道在实际电站运行使用过程当中,集热管是如此重要,如果它的可靠性不好,有破损或真空失效等状况的话,却不能立刻将其更换,更换起来也会产生各种麻烦。因此如果它的可靠性更高,当然电站承受损失的可能性会更小。
 
  龙腾光热主要有三大业务板块,当然以集热管作为我们的核心板块。围绕集热管,我们拓展了相对应的业务,可以完成整个槽式集热场的整体集成,另外我们还在2015年布局了分布式太阳能供热与制冷的技术。
 
  我们整个研发体系主要基于欧洲,因为目前国内集热管产品的检测和技术资源都比较稀缺。所以从公司创立之初到现在,我们的测试及研发的反馈工作全部基于欧洲的院所来进行,并主要在德国宇航中心DLR、德国FraunhoferISE以及西班牙的PSA做各种光学涂层检测、集热管的整体可靠性检测及集热管的挂机运行测试等。
 
  目前我们拥有一条集热管生产线,最大年产能可达8万支。这条生产线由我们根据集热管的生产工艺自主设计,所以它的特点是灵活性非常强,强在哪里?它可以非常灵活地切换生产不同尺寸的集热管,并且如果需要扩充产能,也不用受限于主机厂限制,因为往往主设备的交货期要两年,但我们自己设计的这条线就很快,预计大半年时间内就可以再扩两条生产线。我们现在正在扩两条新生产线,建成之后会拥有超过30万支年产能的生产能力。这是我们钢管镀膜的生产线,这条镀膜生产线的灵活性很高,它可以为最长5米4单根的不锈钢管镀膜,最大的镀膜直径也可以达到110毫米,所以完全可以兼容现在主流的70、80、90尺寸。
 
  除了导热油集热管,我们也有生产熔盐管、DSG直接蒸汽集热管、非真空空气稳定集热管,产品系列很全面。
 
  这是我们两年前就发布的一个单根长度5米4、内径90毫米的集热管,这应该是世界最长的集热管,尽管未被使用,但是它展现了我们的生产能力。我们的玻璃金属封接采用全自动的技术,国外EPC巨头招标文件中也一度严格要求玻璃金属需采用全自动的封接,这样它的可靠性、质量的持续性、一致性才会比较高。
 
  国内之前对于玻璃管的生产并没有很强的产业基础。所以我们之前最早开始做集热管的时候购买其它供应商的玻璃管,实际效果不是太好,因为购进的玻璃管的透光率,直线度与圆度方面可能都存在一些不足。正是因为这个原因,我们投资了自己的玻璃管工厂,该工厂的年产能为25万支左右,生产尺寸也非常灵活,完全兼容现在的4米或者常规4米3、4米8甚至5米。并且在使用了自己生产的玻璃管之后,产品良品率大大提升。
 
  这是我刚刚提到的二期工厂,厂房施工已经完成,旁边的办公楼还在造,整体投资1.8亿左右,占地5万4千平。我们会扩两条线,扩完之后加上我们现在拥有的这一条线,年总产能将突破30万支。
 
  集热管如此重要,但是对业主和用户来说怎么样去选择并判断集热管到底好与不好呢?各家的宣传册上印的集热管参数不尽相同,有的参数高,有的参数低,这些数字意味着什么,我想重点从这个方面做一下介绍。大家都知道吸收率、发射率和透过率这三个集热管的关键光学性能参数。用户往往非常关注集热管的光学性能,这可以理解,因为光学性能直接决定其光学效率。但是用户往往忽视了,光学性能更多体现了对电站初始发电量的影响,我们还应关注它长期的热稳定性和可靠性。比如蓄电池或者光伏组件,如果它们的初始性能很高但是衰减速度也很快,当然也不利于电站的长期收益。集热管需要露天使用,直接暴露于风砂、雨水、湿热这些环境,对它的性能影响也会很大。玻璃管上有一层减反射膜(增透膜),它的作用是增加光线的透过,这层膜是否有耐候性决定着玻璃管是否能维持长期的高透过率。机械结构的可靠度,比如说玻璃金属的封接,也需要额外关注,假如其设计使用年限为25年,真的能用到25年吗?这就需要我们通过测试来佐证。比如波纹管每天都会伸缩,它在每天的生命周期中来回收缩的过程中是否会产生裂纹,从而影响真空?这也是需要我们关注的角度。
 
  所有的跟大家选择集热管密切相关的参数、可靠性,我们都选择在德国宇航中心和德国FraunhoferISE进行测试。FraunhoferISE是欧洲最大的太阳能研究院所,同时也是目前世界范围内公认的光学镀膜研究与检测的最权威院所,我们在这里主要进行吸收率、发射率和透过率的光学测试。德国宇航中心是DLR太阳能研究所专门负责CSP技术测试和鉴定的部门,其主要进行集热管整体可靠性、热稳定性的研究,我们会在这里进行相关加速老化和整管可靠性的测试。PSA主要专注于在线的挂机测试,所以我们也会在这里对集热管进行在线运行测试。至于玻璃镀膜的检测,我们也参考国内的光伏标准,在国家光伏太阳能检测中心进行了测试。当然,国内做的这些耐候性测试的标准比较宽泛,远没有国外的严格。
 
  这里我要介绍一下我们为什么要选择在这些权威的院所做集热管的测试。国际能源署IEA有一个项目,这个项目当中有一个认证实验室的概念。认证实验室的概念是什么?就是它要对做光学测试的实验室的资质进行非常严格的审核,比如说它会对实验室的检测仪器、实验室操作人员的资质、人员的培训记录、实验室如何操作、以及论证测试条件是否准确与科学、测试方法、测试流程、仪器维护与记录等方面审查认证。每年这样的一套认证费用高达几十万欧,但是它的意义在于这一整套的认证下来之后,这个实验室做出来的光学测试报告肯定是权威的,是业主可以拿来作为参考的数据。目前在世界上有三个实验室获得了这样的认证,其中FraunhoferISE就是其中一家,所以我们选择在这里进行光学测试。
 
  根据最新取得的报告,我们的第五代集热管比第四代的产品有进一步的提升,产品吸收率96.2%,发射率9.2%,透过率96.3%。研究过各家集热管的人可能会觉得我们第五代的集热管的参数看上去也没有比我们的竞争对手高很多。这就要回到我之前讲的认证实验室的问题。还有一个值得注意的方面,吸收率和发射率是一对矛盾体,在同一根集热管上,如果获得很高的吸收率,自然获得很高的发射率,而发射率高了并不好,因此只能往一个方向去优化。但如果我们送测的时候作弊,比如我可以送检两根集热管,这两根集热管在镀膜上可以向两个方向优化,当然可以取得两个最好的数据,所以这是一个需要关注的地方。在跟客户投标交流过程中,我们会提供我们的光学检测报告,报告当中一定会显示这三个数据是来自同一根集热管,这很关键。当然,业主首先需要关注的是这个报告不能是企业自己做的,也不能出自其它的实验室,如果是出自我提到的三家检测机构,那肯定更加有权威性。因为不同的实验室测试的方法有一些差别,实验室的数据也会有差别,如果去比对这样的光学数据,用同一家测试机构的结果去比对会更加科学。还有最重要的一点,测试结果是基于仪器的精确性,目前的测试误差,我们在测试报告上也会明确注明,比如说吸收率有正负1个点的正常误差范围,发射率2个点,透过率1个点。举例来说,既然发射率有2个点的误差,我们可以宣传我们是7.2%的发射率吗?不可以。作为业主,要甄别我们宣传的7.2%,是否已经加权了合理误差。
 
  这些是2014年我们在德国宇航中心所做的测试。以下PPT分享的测试相关内容,如果打了相关实验室标志,就说明是在这个实验室做的测试。
 
  我们做了导热油管的400度热损测试,当时热损是255w/m。我们现在第五代产品正在送测,预计会有更好的数据表现。这里提一下我们的认知,在当年肖特的巅峰时期,我觉得他们的最佳热损数据是在400度条件下实现240-250之间的热损,现在我们的第五代产品可以达到这个数据水平。
 
  至于光学效率,实验标准是参考DLR的肖特标准管,假设这根标准管的光学效率参数为1,那我们的效率跟它比对一下会是多少呢?这是我们2014年生产的上一代产品,光学效率值为1.03。这里要提一下1.03的集热管,跟我们同期宣传的上一代集热管的宣传册上标的吸收率、发射率一定是一致的,数据都会一一对应。
 
  热损测试做完之后,我们会继续对这个管进行加热老化的测试。对于导热油管来说最高运行温度是400度,我们会在480度左右对其进行一千小时的老化,还会从200度到480度之间去循环模拟100次的降温与升温测试。从德国宇航中心测试中取得的模拟25年运行寿命的测试结果来看,我们产品的吸收率没有衰减。
 
  也是在德国宇航中心,我们还做了波纹管的循环拉升测试,把集热管升到一定的温度并来回挤压,循环次数达两万次。两万次循环,基本上模拟了25年的工况。我们的产品在测试中没有发生真空泄露。而我们自己在工厂里进行了十万次循环拉升也没有泄露。
  
  我再着重介绍一下玻璃管镀膜。我之前听了同行很多报告,了解到有做疏水性玻璃镀膜,也就是利用荷叶效应。我们采用了一个反向的设计,跟他们不一样。孰优孰劣?不好说。但是我们的方式是把它做成一个亲水性的膜,大家可以看到扫描的照片,这个膜的微观表面有一个35度的接触角,也就是说它的间隙可以让水很轻松地进入膜层里。它的意义在哪里?我看过很多西班牙的光热电站,它们实际在运行的时候,玻璃管上总是很脏,这是不可避免的,而且也不会经常去清洗它。如果水可以进去,那么在下雨或者清洗的时候进行简单的喷淋,水则可以进入膜层间隙把附着的污垢浸润疏散。如果是疏水膜,可能会阻绝水的接触,那就要擦试才行。我们做了一些测试去验证,我们的亲水膜确实有一定的自洁性能,但是不能说很强,只是说一定程度上具备了自洁能力。它的意义在哪里?如果通过简单的喷淋或者是雨水,就可以让它保持一定程度的清洁,那就可以减少对它的清洗擦试。我们知道擦试时会留下划痕,长期擦试对膜的保持不利,可导致其脱落。玻璃基底的透过率在90%左右,我们的膜可把透过率提升6-7个点,如果这个膜不在了,就会损失这6-7个点的透过率。膜保持越久则越好,这是我们设计这个膜的意义。当然要考量这个膜是否有足够的硬度,来阻止擦拭的划痕,是否有足够的附着力来保持足够长的时间。我们也在DLR做了一系列耐久性的测试,这种泰伯摩擦测试是用295克的金属粗糙摩擦头,去来回摩擦100次镀膜片,并观察其衰减。泰伯摩擦试验目前还没有明确的评价标准,我们目前透过率衰减值是0.7%,但是没有现成的标准去评定这个数值。我们的膜通过硬度测试,拥有5H的硬度,相当于琥珀或象牙的硬度,所以不容易留下划痕。冷凝测试对西北部地区电站都有比较高的参考意义,就是在高湿度的环境下,经过冷凝,观察膜会不会产生应力变化导致剥落?会不会产生性能衰减?这些都是值得关注的问题。我们在DLR的测试显示,透过率前后都没有衰减。包括强紫外环境测试,我们是用G173标准光谱的6.5倍去测,样片被照射2000小时后,透过率也没有任何衰减。湿冷冻测试则更加严苛,主要模拟了极湿冷、极湿热环境,来考验膜的附着力与应付能力,零下40-65度之间循环400次,这个测试下来,透过率也没有衰减。风砂测试可能也是大家很关心的问题,直接影响膜的耐久性,也是最具破坏力的检测项目。我们与DLR共同开发了风沙测试的测试标准,目前该测试正在开发中。我们是第一家跟他们合作开发的,会对吹砂的直径、浓度和速度时间都会设定科学的定义和标准,并把镀膜样片放到风砂箱里做破坏测试。目前还在进行中,所以我们没有什么数据进行分享,但是目前会有一些图片。大家可以从图上看,这个图显示的就是样片经历不同吹砂时间之后的透过率的情况。大家可以看不同的吹砂时间之后的透过率的衰减,它的曲线基本重合。重合则一定程度上说明这个实验的测试方法以及我们设定的吹砂的直径、浓度、速度等是科学的,因为它基本上能模拟均匀真实的环境状况。
 
  国家光伏中心的检测,我就不多说了,也有这些耐候性测试,但是它的测试标准相对比较低,主要是为光伏组件设计的,我们都通过了测试。
 
 这个是在西班牙PSA的我们的18支集热管在线测试照片。这应该是在2014年做的测试,报告显示龙腾集热管的光学效率跟肖特的效率相比,差别仅在第三位小数点上,就基本上没有太大差别,这是上一代产品就已经取得的光学效率。我们可以非常有信心地说我们第五代的产品,已经完全超越肖特当年的那一代产品。
 
  当然以上我讲的都是实验室的检测,包括我个人一直认为实验室的检测并不能说明所有问题,它可以作为一定的参考,但更重要的是挂机实际使用效果如何。龙腾于2013年在内蒙古建成一条回路,除去去年回路改造外,这条回路从建成到现在一直在运行,这是我们第三代集热管,运行至今还没有一根破损。
 
  以下我们在其他示范项目上的小业绩。这个是中广核德令哈1.5MW光热实验回路,这是成都博昱德令哈槽式实验回路,集热管同样都没有破损,我们也收到非常高的评价。
 
  印度MEIL的50MW商业化槽式电站是我们最大的业绩。很可惜这个电站确实做得不太好,它最早是购买国外西门子的产品,后来陆续也在采购一些新的别家的产品,比如后来也安装了一小部分肖特的产品。我们从2014年开始也给该项目供应集热管,到现在为止供了将近五千支。这当中经历了从零到有,从2014年首先供100支给他们试,试了一年没有出现问题后就陆续供。当然供货很严格,由他们公司派人驻厂监造。这几千支真空集热管安装在这个项目上有一年多的时间,到目前为止还没有任何有破损的反馈。所以我今天公布的所有的业绩,都欢迎大家跟我们的客户直接取得联系,询问我们集热管具体的表现是怎么样的。
 
  这是熔盐集热管的供货业绩,是西班牙的PE1电站项目(菲涅尔熔盐循环示范电站项目)。我们为这个电站供了40支熔盐集热管。但我要很务实地跟大家说,我们刚跟他们接触的时候,由于我们是中国的集热管企业,所以他们不相信,他们觉得我们的导热油集热管都没有取得大规模的业绩,而熔盐集热管这么高的运行温度,让他们对我们的产品不太放心。所以我们的集热管没有装在他们电站的过热端,而是装在大概300-450度的温度区间范围来使用,这40根集热管运行一直到现在也没有任何破损,他们觉得很好。从我们供完这批货开始,双方就一直在共同进行熔盐膜系的研发提升,包括机械设计的提升。所以在熔盐集热管的储备和研发上,我们已经和这位客户进行长达两年的共同研发、共同论证,有一起见证超过七千个小时的老化实验,并且共同签署了研发报告。在那之后,他们觉得可以非常放心地使用我们的产品,给我们写了熔盐管的推荐信,并且他们的CEO也给了我们很高的评价。去年底印度NTPC国家煤电公司做了一个非常好的尝试,开发亚洲第一个光煤互补的项目,NTPC是印度最大的火电开发商,它选择Dadri煤电厂来进行光热尝试,并且该客户在该电站竞标中胜出。基于之前的信任,所有的集热管订单下到我们公司,我们去年为该项目供了将近一千支集热管。这个集热管为特别定制,是直接产生蒸汽的高压集热管,所以这个集热管会有更厚壁厚的不锈钢管。
 
  这是我们去年的一个小客户,为他们做个广告,我们只为他们的小回路供了30支集热管,它采用充气薄膜槽式技术,使用我们集热管后,反馈非常好。
 
  我们公司作为中国代表,是国际电工委员会IEC“太阳能集热管通用要求测试方法的标准”的参编单位。
 
  最后我做一个快速的总结。我之前PPT当中介绍到的我们所有取得的业绩,全部是真空集热管的业绩。我想国内所有的项目,应该都是使用真空集热管,而不是使用非真空的集热管,这是我想强调的第一点。第二点,很抱歉这些图片不是太好看,我们的仓库已经堆满了,我们正在经历规模化量产。我们公司在开发两个大项目,一个是在内蒙的100MW电站,一个是在甘肃的50MW电站,这两个项目集热管需求总量接近8-10万支,所以我们工厂处在满产的状态,我们的二期工厂也在加紧施工,很多设备已经飘在海上,所以我们今年会把扩产完成。我们的集热管生产处于满产状态,为什么要强调这一点?可能这也适用于其他的行业,生产小规模的产品和规模量产是两个概念。确实地说,我们已经经历了从小规模生产到批量量产的阵痛,这当中会有痛苦,会有很多意料不到的问题,但现在我们已经完全准备好为各个项目提供最高质量、最稳定的集热管产品。
 
  最后,祝愿大家的项目都取得成功,我们一直在脚踏实地的推动光热技术的普及,我们由衷地祝愿我们能够真正起到这样的推动作用,造福整个人类,谢谢大家!
问答环节:
 
  主持人:各位对龙腾的技术有没有问题?
 
  提问:你好,我这边有一个问题,关于DSG管的壁厚和极限参数的问题。壁厚大概能达到多少,它的极限蒸气的压力和温度是多少?之前那个你们供过货的,极限的参数是多少,就是其他类型的DSG管?
 
  张磊:我们供过的一千支到印度的管,它的压力不是特别高,我们的壁厚大概是3.5毫米。我们做这个单的时候也是有印度的锅炉协会IBR为我们进行管道压力的测试和认证。因为您也是做无缝钢管的,我想您可能关注钢管的问题。印度有要求,管道要有IBR认证,会有人到你的工厂为你们做这样的认证,你只有取得这样的认证,才能使用这样的管材做集热管。所以具体是什么样的压力,其实这是完全定制化的产品,要根据客户的需求定制,然后跟供应商确认是否能做这样的钢管。
 
  提问:还有一个问题,DSG管材厚度是否有极限限制?
 
  张磊:极限的问题很好解释。管壁厚了之后有诸多不好的方面,比如说它的换热问题。其实如果在能承压的情况下,那肯定要做薄它更加好。当然这里也要考虑应力的问题。我昨天跟客户交流这个问题,管壁越厚则换热不均,槽式聚焦下方温度高,不容易换到上面。所以壁厚的选择不是越厚越好,我们会计算最佳壁厚。我只能回答我们在设计壁厚的时候,是一个怎样的思路。

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