圖：濱海光熱阿克塞800米熔鹽槽項(xiàng)目采用超薄反射鏡

圖：大明玻璃推出的超薄微弧平面反射鏡

2010年，意大利國家電力公司ENEL在西西里島建成了全球第一個熔鹽槽示范項(xiàng)目，2013年日本Chiyoda和阿基米德太陽能公司又在意大利合作建成了一個600米長的試驗(yàn)回路。去年10月正式投運(yùn)的濱海光熱阿克塞800米試驗(yàn)回路則是我國首個熔鹽槽式試驗(yàn)項(xiàng)目。

熔鹽集熱管面臨的技術(shù)難點(diǎn)有兩個，一是需要耐高溫涂層：目前的選擇性吸收涂層在高溫下運(yùn)行易分解或脫落，穩(wěn)定工作溫度不超過400℃，這是槽式技術(shù)采用熔鹽做傳熱介質(zhì)的障礙之一，研發(fā)耐550℃高溫的選擇性吸收涂層為集熱管技術(shù)的一個發(fā)展方向；二要增加耐腐蝕性，若采用熔鹽做傳熱介質(zhì)，其所含的氯離子等雜質(zhì)將對金屬內(nèi)管造成腐蝕，需采用抗腐蝕的金屬材料內(nèi)管，或改進(jìn)熔鹽的成分，降低其腐蝕性。

創(chuàng)新方向2：DSG集熱管

DSG直接蒸汽發(fā)生技術(shù)采用水直接產(chǎn)生蒸汽，可省去多級換熱流程，其運(yùn)行溫度可以提高到450℃以上，系統(tǒng)效率和成本效益提升明顯。DSG集熱管面臨的技術(shù)難題是需要承受更高的運(yùn)行壓力，選用導(dǎo)熱油做傳熱介質(zhì)對集熱管造成的壓力不高于4Mpa，但如果采用水做工質(zhì)，則需要耐壓在10Mpa以上，這對真空集熱管的耐高溫性能、承壓能力及可靠性都提出了更高的要求。國內(nèi)的兆陽光熱采用的類菲涅爾DSG技術(shù)路線即對集熱管提出了更高要求，為適用于其高溫高壓工況，為其生產(chǎn)的集熱管用鋼量極大，單根管重量高達(dá)70kg以上。

創(chuàng)新方向3：更大尺寸的集熱管

光熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光比是指采光面積與吸收體面積的比值，聚光比越高，電站運(yùn)行溫度就越高，從而提高發(fā)電效率。因此，更大尺寸的不銹鋼內(nèi)管外徑在單位長度內(nèi)可傳輸更多熱量，有效降低廣場系統(tǒng)的整體投資。但僅僅只增大集熱管的尺寸，其聚光比將相對減小，不易達(dá)到高溫。因此，如果要增加集熱管尺寸，反射鏡系統(tǒng)的尺寸也需隨之增大。

目前國內(nèi)外多家集熱管廠商都推出了內(nèi)徑90MM等不同規(guī)格的大口徑集熱管，以滿足創(chuàng)新型大開口集熱器的配套需求。

圖：龍騰光熱在Solarpaces2015南非大會上首次發(fā)布并展出的90mm集熱管

三、槽式集熱器篇

槽式集熱器是利用槽式拋物面聚光反射鏡聚集得到高熱流密度的太陽輻射能來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換過程，該組件在光熱發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，它為系統(tǒng)提供熱源，其效率和投資成本會影響到整個集熱系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。

創(chuàng)新方向1：大開口

在光熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備中，集熱器的設(shè)計與集熱管和反射鏡緊密相關(guān)，目前主要的設(shè)計包括：歐洲槽ET150，SENER槽，SENER?-2槽，F(xiàn)lagsoLHelioTrough槽，UltimateTrough終極槽。這些設(shè)計最大的特點(diǎn)就是其開口面積越來越大，因此集熱器的發(fā)展方向開始傾向于大型化，以提高聚光比。

UT槽是目前商業(yè)化應(yīng)用的開口最大的集熱器設(shè)計。2013年，全球首個UT槽示范回路被成功安裝在SEGSVIII槽式光熱電站，三年的運(yùn)行數(shù)據(jù)證明UT的熱效率高于設(shè)計預(yù)期。2016年初，F(xiàn)labeg又與沙特Duba1和WaadAlShamal兩個ISCC聯(lián)合循環(huán)電站的項(xiàng)目方達(dá)成合作，將首次在商業(yè)化項(xiàng)目上使用UT槽。

美國天源光熱（SkyFuel）也于今年推出了新一代SkyTrough?DSP槽式集熱器，此款集熱器集合了具有革命性設(shè)計的可滑動安裝的ReflecTech?反射鏡、7米寬的大采光口和更新后的立體框架，從而降低了整款集熱器產(chǎn)品的總成本。但目前該設(shè)計還未有實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用案例。

圖：新一代SkyTrough?DSP槽式集熱器

創(chuàng)新方向2：輕質(zhì)化

多年來，槽式集熱器的各方面雖然一直都在不斷創(chuàng)新，但基本沒有突破“鋼結(jié)構(gòu)+玻璃反射鏡”的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為提升槽式光熱電站的經(jīng)濟(jì)性，光熱行業(yè)一直以來在嘗試改變這種傳統(tǒng)的較為笨重的集熱器設(shè)計，奧地利的HELIOVISAG另辟蹊徑，以可回收的塑料薄膜作為原材料，研發(fā)出了全新的充氣型薄膜槽式集熱器HELIOtube，其可通過簡單的卷裝方式批量生產(chǎn)運(yùn)輸，抗風(fēng)性能佳。最關(guān)鍵的是，集熱器原材料的徹底轉(zhuǎn)變，可大幅降低電站的集熱成本（約55%）。

圖：HELIOtube充氣薄膜型槽式集熱示范項(xiàng)目

為推廣該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，Heliovis去年為一家西班牙農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)建設(shè)了一套9米寬220米長的太陽能光熱裝置，僅用于工業(yè)供熱，目前該項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行三個月，使用輸出達(dá)88%。此外，公司還計劃在中東建設(shè)第一套15MW商用混合型太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，儲熱時長為8小時。更多具體信息可參考CSPPLAZA此前報道：HELIOVIS攜充氣薄膜槽式集熱器技術(shù)拓中國市場

來自奧地利SOLABOLIC公司的設(shè)計也非常獨(dú)特，該公司于2014年推出了一款新型槽式反射鏡集熱技術(shù)，利用一種類似電纜架設(shè)的支撐技術(shù)，可以節(jié)約20%-30%的材料使用量。據(jù)悉，依據(jù)吊橋原理建設(shè)的新型拋物線槽式系統(tǒng)可以使用平面鋁鏡模塊組合來代替昂貴的曲面玻璃模塊組合，這項(xiàng)技術(shù)可以大大提高發(fā)展中國家光熱電站建設(shè)的國產(chǎn)化率，使這些電站在不使用高科技制造工藝的條件下建成完美的拋物線槽式集熱系統(tǒng)，同時還可以節(jié)省大批投資。

雖然采用該項(xiàng)專利建設(shè)電站的技術(shù)成本僅僅比常規(guī)槽式光熱發(fā)電低16%左右，但采用該技術(shù)后預(yù)計可以節(jié)約光場基礎(chǔ)投資費(fèi)用的35%左右，同時可以使LCOE（均化電力成本）下降15%左右，這就意味著電站開發(fā)商能夠通過此項(xiàng)技術(shù)獲取采用常規(guī)槽式光熱發(fā)電電站2倍以上的利潤。

四、塔式定日鏡篇

定日鏡是塔式光熱電站必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，其制造成本和安裝成本約占電站總體投資的50%以上，同時其聚光性能也直接影響著電站的發(fā)電效率及經(jīng)濟(jì)收益。因此，眾多國內(nèi)外廠商多年來不斷從材料、整體設(shè)計及安裝施工方式等多方面進(jìn)行創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)定日鏡的進(jìn)一步優(yōu)化和升級。

創(chuàng)新方向1：獨(dú)特的鏡面設(shè)計

塔式定日鏡由跟蹤控制器、機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)和反射鏡三大組件構(gòu)成，與槽式集熱系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用最成熟的RP3反射鏡不同，其規(guī)格因設(shè)計方的不同而不同，不同的設(shè)計方有不同的尺寸設(shè)計。因此可以說，塔式定日鏡不是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，而是定制化產(chǎn)品。但是，雖然尺寸設(shè)計各有不同，但大多數(shù)定日鏡的形狀一般呈方形或矩形，其它多邊形狀的較少。

2013年，Schlaichbergermannpartner（SBP）領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合小組開發(fā)出了創(chuàng)新型的Stellio定日鏡，其采用獨(dú)特的五邊形設(shè)計，呈中心對稱結(jié)構(gòu)，用料少，材質(zhì)堅固，且聚光均勻，抗風(fēng)性能佳，凈采光面積47.5平方米。該定日鏡曾在SolarPaces2015大會上獲得了技術(shù)創(chuàng)新大獎，并在西班牙PSA進(jìn)行了相關(guān)測試，在距離集熱塔400米外驗(yàn)證了其聚光精度。中電工程哈密50MW熔鹽塔式電站將采用此款定日鏡，開啟該定日鏡的首次商業(yè)化應(yīng)用。

創(chuàng)新方向2：更大的定日鏡設(shè)計

單塊定日鏡的面積從1.2平方米至120平方米不等，業(yè)內(nèi)對定日鏡的大小問題一直以來存在不少爭論，但直到今天，仍沒有人能百分百地確定大定日鏡更好還是小定日鏡更優(yōu)。一般來講，鏡子越大，集熱效率就會越高，但同時要做到毫弧度級別的精度就越困難。

在建中的摩洛哥NOORIII塔式光熱電站采用的單臺定日鏡面積達(dá)178㎡，是Sener設(shè)計的最新一款定日鏡，是目前已商業(yè)化應(yīng)用的定日鏡的最大尺寸。

圖：NOORIII電站的定日鏡（單臺定日鏡由6*9共54面子鏡組成）

創(chuàng)新方向3：定日鏡支架結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

傳統(tǒng)的定日鏡裝置多是“蘑菇型”，僅由一根獨(dú)立的立柱撐起鏡面，這種設(shè)計雖然廣泛應(yīng)用于全球大多數(shù)塔式光熱電站中，但具體到某個國家，卻常常需要針對不同的地理氣候條件做出創(chuàng)新以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐莫?dú)特情況。深圳市智康新能科技有限公司（簡稱深圳智康）推出了一種中國特色的“中式樹型定日鏡”，該公司稱，與蘑菇型鏡架相比，其鏡架結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)，抗風(fēng)性能強(qiáng)，安裝維護(hù)方便，精度可與機(jī)床媲美。今年4月份，第二代樹型定日鏡已經(jīng)通過了中科院延慶太陽能基地的測試，測試結(jié)果顯示，在11m/s風(fēng)速下其跟蹤準(zhǔn)確度達(dá)到3.5mrad的概率為93.7%。但目前該技術(shù)還沒有實(shí)際應(yīng)用案例。

圖：深圳智康創(chuàng)新樹型定日鏡

美國創(chuàng)業(yè)公司Skysun最新研發(fā)的“聯(lián)動定日鏡”則突破了這一傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)，其將多個定日鏡集中固定在同一個支架上，利用共享的驅(qū)動電機(jī)和支架。據(jù)悉，采用該設(shè)計電站的總體安裝成本有望降低一半左右，該項(xiàng)目目前正在美國能源部SunShot計劃的基金支持下進(jìn)行模擬優(yōu)化，進(jìn)一步走向市場仍需時日。

圖：安裝在桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)動定日鏡樣機(jī)

創(chuàng)新方向4：定日鏡無線控制系統(tǒng)

定日鏡要充分發(fā)揮自身作用離不開一個關(guān)鍵設(shè)備——定日鏡控制系統(tǒng)，它對定日鏡的精度和聚光效率起著至關(guān)重要的作用。隨著新技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的創(chuàng)新也是降低成本的主要環(huán)節(jié)。

據(jù)悉，今年年初，BrightSource位于以色列的裝機(jī)121MW的Ashalim1塔式光熱電站使用了一種無線太陽島傳輸與控制系統(tǒng)。這種新型控制系統(tǒng)的應(yīng)用在太陽能光熱發(fā)電行業(yè)中尚屬首次。以色列Tadiran Batteries（塔迪蘭電池公司，法國SaftGroup下屬公司）將為該項(xiàng)目供應(yīng)50000組電池，用以驅(qū)動定日鏡。Tadiran為此設(shè)計的這批電池環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，壽命為期25年。

BrightSource企業(yè)通訊高級總監(jiān)Jennifer Rigney曾表示：“我們的太陽能集成控制系統(tǒng)主要是通過運(yùn)用實(shí)時定日鏡追蹤數(shù)據(jù)來控制集熱器上的太陽能分布。Ashalim電站太陽島上的50600套定日鏡均采用該套太陽能集成控制系統(tǒng)與集熱器實(shí)現(xiàn)無線傳輸。該無線控制系統(tǒng)減少了整個太陽島85%的電纜使用量，大大降低了太陽島的建設(shè)成本?！?/p>

創(chuàng)新在任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程中都扮演著不可或缺的角色，光熱產(chǎn)業(yè)也不例外。無論是技術(shù)創(chuàng)新還是關(guān)鍵設(shè)備的創(chuàng)新都在不斷推動著整個行業(yè)的良性發(fā)展。我們上文總結(jié)的關(guān)鍵設(shè)備創(chuàng)新方向大多是以提高設(shè)備的精度和效率為目標(biāo)，但與此相對應(yīng)的成本控制不可忽略，否則就很難擁有市場競爭力。實(shí)現(xiàn)成本和性能的最佳平衡才具有發(fā)展的可持續(xù)性。