一种带储热的巨型碟式聚光发电系统新技术

　　钜光太阳能科技（北京）股份有限公司（下文简称钜光公司）是一家科技型技术服务公司，目前主要有四个业务板块：一是特色太阳能聚光集热产品研究及技术推广；二是太阳能热发电（CSP）电站建设的技术咨询服务，主要进行OE和OM服务；三是太阳能高、中、低温热利用工程设计及施工；四是太阳能热发电站技术及运行（仿真）培训。10月12日，在第三届德令哈光热大会上，董事长刘晓冰对其自主研发的全球首台套集聚光-集热-储热-发电-供热为一体的创新型碟式太阳能热发电技术以及SUNSAIL800-600产品 进行了介绍。以下对其主要报告内容进行整理，以供参阅。

　　太阳帆是我们钜光公司特色的聚光集热器产品之一，英文是SUNSAIL。它是一种具有储热功能的太阳能碟式聚光技术，具有全部中国自有知识产权的“终极碟”。太阳帆是系列化产品，单台规格可以从200m²一直做到1000m²，实际上还可以进行不同的组合，根据不同的应用情景和对能量的需求，钜光公司可以提供100种以上的系列产品；通过“三托一”、“四托一”或“五托一”的组合形式，可以将集热平台做的更大，甚至大到数千多平米；它的聚光比可以在500到2000倍之间调节，使其集热温度可以在200到1600度之间变化；它的储热时长可根据需要，在0到16个小时之间选择。0是什么意思呢？因为单将SUNSAIL只是一个聚光集热平台，如果需要它可以只加热，不储热，如在槽-碟混合式镜场中的应用；但也可以实现16个小时储热，这也就是24小时储热的功能；它可以根据需要设计成单一连续发电/单一连续供热/热-电联供/热-电-冷四种能源供给系统。

　　2018年钜光公司在青海德令哈成立了全资子公司——青海钜光公司，目的就是要把其研发的太阳能热发电技术落户“金色世界”，同时负责建造和运行维护SUNSAIL系统示范系统。

　　SUNSAIL技术受到了青海省海西州及德令哈市委市政府的青睐和大力支持，所以我们想借此东风把它在这落地-生根，开花-结果。目前在（国家级）柴达木循环经济试验区管委会及德园建投公司的大力支持下，上述样机正在德令哈“金光大道”处积极建设中，有望在今年底系统实现逐日跟踪，届时通过该项目可以验证SUNSAIL聚光集热技术的可行性。

　　钜光公司在德令哈正在建设SUNSAIL800-600样机，SUNSAIL是太阳帆的英文叫法， 800就是800m²的反射镜聚光面积；600是该系统设计集热温度为600度左右。

　　目前世界上已有的碟式聚光器最大反射面积是以色列和澳大利亚做的500m²碟。我们太阳帆聚光器面积达800m²。

图：传统的碟式聚光-斯特林发电

太阳帆效果图

　　在太阳能热发电主要四大典型技术中，碟式斯特林发电技术的理论发电效率最高，但目前一直没有解决储热问题；这可能也是国家首批太阳能热发电示范项目中没有一个碟式项目入选的主要原因之一。而钜光公司的SUNSAIL就非常巧妙的解决了碟式系统大面积聚光，大容量储热的问题。

图： SUNSAIL800-600主要参数

　　需要说明的是，太阳帆的系统设计集热温度可以在200度到1300度之间选择，这个样机设定的是600度。为什么没有选择太高？就是我们考虑到它的实际应用情景而定。我个人认为：使用聚光集热系统，并不是输出参数最高越好，而是输出参数与应用端能量品位需求越贴近越好。

　　SUNSAIL系统应该属于第四代太阳能热发电技术；更适合干式发电，它可以不采用跟汽轮机组配合发电，而是跟斯特林机、微燃机或超临界二氧化碳布雷顿发电机组结合发电。

　　SUNSAIL系统根据需要可以有多种储热形式可以选择，钜光公司现在在德令哈做的是一套熔盐储热系统，即传热储热都用同一种熔融盐介质。

图：吸热腔体及吸热管尺寸参数

    

　　通常的碟式斯特林发电，一般成熟稳定的发电功率是25千瓦。钜光公司这套SUNSAIL800-600系统把吸热部分储热部分和的聚光部分分开后，其反射镜理论上可以做到无限大，吸热功能也可以做到无限大，突破了碟式系统做不大的尴尬，计划发出180千瓦电。如果按照“几托一”形式配置的话，单组发电规模还要更大，可以达到数百千瓦。SUNSAIL系统一般的系统效率可以达到22%，就是从光到电的年平均效率。SUNSAIL800-600的发电机组是由6台25千瓦的斯特林机并联组成，储热罐里采用两元盐，就是通常塔式、槽式电站经常用的熔融盐。这是钜光公司的技术创新，将与供应商一起完成，我希望明年大家都能看到该系统的运行。

　　SUNSAIL有两种产品体系，一种是SUNSAIL供热系统，另一种是SUNSAIL发电系统。此外，SUNSAIL样机成功后，钜光公司将着重推出分布式应用，通过分布式的应用，不断把SUNAIL的技术做成熟，可靠，成本更低。

　　1、供热系统

图：聚光比与温度和效率之间的关系

图：几种太阳能热发电技术相关参数比较

　　我们对同等容量的槽式光热电站与太阳帆（SUNSAIL）电站进行了简单测算比较：

　　目前建设一座50MW带7.5h储热的集热场，需要大概156个标准槽式集热器，电站总投资约16亿元；建同等规模也带7.5小时储热，但采用SUNSAIL聚光集热方式，并采用蒸汽朗肯循环的电站需要470个SUNSAIL单元，主体单元部分的投资为10亿，如加上场地准备、电气系统、管道系统、发电系统、储热系统等电站总投资约为17亿。 

表：建设50MW规模电站与槽式成本比较

　　从上表可以看出：与同等规模的槽式电站相比，建设SUNSAIL电站的投资略高，约高5.6%，但因为SUNSAIL系统集热及发电效率高，同等规模镜场情况下SUNSAIL电站年发电量要比槽式电站高约20～30%。

　　总的来说，由于碟式系统的优势，使其从单位能量占地、单位占地发电的比较上，与塔式、槽式，菲涅耳相比有一定的优势。槽-碟式是我们的一项应用，它先通过油槽或低温盐槽初级集热，然后再由SUNSAIL提升温度，可以用这种混合聚光集热场产生高参数输出能量，然后用与塔式电站相同的发电机组去发电，这样可以实现槽式和塔式技术的继续竞争。

SUNSAIL既可以单台套在分布式情景中应用，也可以百兆瓦级规模建设集中式发电。

　　除了以上优势，它有没有问题？肯定是有！对一项全新的技术，有这样那样的问题或质疑，都是正常的。我们现在感觉到的问题可能有：建造成本是否会很高？聚光面积达到一定程度后，其抗风能力是否可靠？强大的集热能力能否在市场中得到充分的应用，即达到1600多度的高温后，有没有应用情景？实际应用中系统功能上的配置怎样更科学？怎样能使发电机组效率更高，寿命更长、更可靠？配置什么样的传热和控制，系统效能会更好？这是钜光公司技术团队接下来要做的重点工作。

　　为了SUNSAIL技术下一步的市场推广， 钜光公司将在总结和优化SUNSAIL800-600样机功能、效率的基础上，将重点放在减重降成本上，通过简化结构、合理用材不断降低建造成本。 

　　A. 根据实际工况，科学确定结构安全系数，合理选材用材；

　　B. 推出三托一结构，将吸热与聚光的方位角跟踪合二而一；

　　C. 三托一或四拖一结构，共用一套储热-发电-供热系统；

　　D. 应用大规模电站时，SUNSAIL只作为聚光集热平台，成百上千的SUNSAIL共用一套储热和发电系统。 

　　对于SUNSAIL的成本控制，钜光公司有一个目标成本计划，如果我们要建100MW的规模化电站的话，初步匡算：2020年，我们按1.00元/kWh电价，SUNSAIL800-600成本200万元/台左右；到2021年按0.80元/kWh电价，其成本为190万元/台左右；到2022年按0.60元/kWh电价，其成本为175万元/台左右。

　　1、分布式能源系统将是SUNSAIL技术驰骋的主战场，在这里它有塔式、槽式、菲涅尔以及光伏和风电技术无法比拟的优势，反而它可以与光伏等其它新能源技术相结合，优势更加明显；

　　2、在太阳能DNI资源好，但又极其缺水地区更适合使用SUNSAIL技术建设干式发电站，且发电效率极高，年效率可以达到40%左右。