東西軸向陽傾斜布置的HLIACS集熱系統(tǒng)由于僅在早晚較短的低DNI值的時段，由于太陽光線入射角度稍大，而余弦損失較大；但其余時間段的高DNI值下的太陽光線余弦損失很小，所以全年得熱量較高、各月的得熱量相對更加均衡，并且設計的配套儲熱換熱系統(tǒng)容量更為科學、有效，運行時緩沖較為平滑，能夠滿足全年不同季節(jié)的電網(wǎng)運行調度要求。

　　實現(xiàn)高聚光倍率，保效率降成本

　　中國的太陽資源在全球范圍相比只能算較為豐富資源，適合光熱發(fā)電建設的區(qū)域平均有效的DNI值整體不高，基本在1400-1950kWh/㎡/a范圍，再加上緯度較高、冬季酷寒、風沙較大等不利因素，對聚光集熱效率帶來很大挑戰(zhàn)。

圖7：集熱溫度-系統(tǒng)效率曲線

　　從光熱研究領域廣泛使用的上圖可以大致推論，集熱器輸出溫度450～480℃時，聚光比大約在140倍左右時具有最佳的系統(tǒng)效率，但如果進一步考慮到中國光熱電站建設區(qū)域的太陽能資源平均低于美國30%~35%，且環(huán)境平均溫度更低等等具體條件差異導致聚光集熱效率偏低，實際最佳聚光倍率與上圖應有所區(qū)別，聚光倍率需要有較大幅度的提高才能夠達到系統(tǒng)效率最優(yōu)點，因此，HLIACS集熱系統(tǒng)設計選用160-200倍左右的聚光倍率，使其能夠更加適合我國光熱電站開發(fā)區(qū)域的環(huán)境資源條件（具體詳細計算過程略）。

圖8：HLIACS聚光集熱系統(tǒng)示意圖

　　那么，如何實現(xiàn)高倍聚光呢？HLIACS系統(tǒng)利用了兆陽光熱的專利技術：小角度入射時二次反射鏡的高倍聚光特性實現(xiàn)鏡場組合高倍聚光效果。例如將200倍的綜合聚光倍率分配為25倍*8倍的組合，其中一次反射鏡面總寬度與吸熱器CPC開口寬度比達到25倍，經特殊設計及特殊工藝加工的二次反射鏡（CPC）由于入射光線夾角范圍較小，能夠實現(xiàn)8倍甚至更高的二次反射聚光效果，將小夾角匯聚而來的鏡場反射光進一步相對均勻地反射匯聚至集熱管的整個圓周表面；而向陽傾斜鏡場布局、微弧曲面鏡、高度角跟蹤方式能夠將入射太陽光線用較小的匯聚夾角和較高的25倍聚光射入CPC入口，在跟蹤較小的高度角變化范圍時，始終保持很好的聚光效果，從而有效保證了較少的軸數(shù)、高倍聚光時仍有較大的光學容差角度。

　　在電站設計總發(fā)電量或鏡場總面積確定后，高倍率的HLIACS聚光鏡場能夠使回路數(shù)量比通常的80-100倍聚光鏡場的回路數(shù)量減少一半以上，因此所需的管道、閥門、儀器儀表以及真空集熱管的使用數(shù)量大幅度減少，大幅降低了采購建設成本；另外，HLIACS的高聚光倍率的集熱管外表面積的單位熱流密度超過槽式單位熱流密度兩倍多，二者使用相同介質且輸出相同參數(shù)時，前者的熱損失/得熱量的比例較后者要低得多。相同工況下單位長度集熱管散熱損失功率相同，由于較低DNI地區(qū)或較低倍率的聚光系統(tǒng)中單位長度集熱管得熱功率較低，故相應的集熱效率也就較低，同時對低DNI時段的光資源也難以利用；于是，槽式鏡面開口變大倍率變高成為趨勢，但實際上，綜合評估電廠所在地的大風等自然條件、光學跟蹤精度及容差角度等因素，不難看出槽式開口變大不僅要考慮技術和工程細節(jié)問題，更要考慮成本實現(xiàn)問題，實現(xiàn)起來較困難，目前一般很難超過100倍；而HLIACS鏡場系統(tǒng)能夠在保持較好的光學容差角度情況下，很容易實現(xiàn)低成本高聚光比（200倍左右），在降低一半的聚光集熱損失的同時，還可有效收集利用DNI強度250W/㎡以下的較低光照資源，并可減少溢出能量損失，提高系統(tǒng)集熱效率，節(jié)流開源降低成本的效果顯著。

　　需要特別說明的一點是，經過近一年的測試運行、改進完善和考驗驗證，在發(fā)現(xiàn)并解決了常規(guī)真空集熱管的設計不周問題后，現(xiàn)在可以證明在HLIACS聚光系統(tǒng)的200倍光強環(huán)境下，多家國產真空集熱管產品均可初步滿足使用要求，已經批量安裝并經過四個月連續(xù)運行使用，目前真空集熱管無爆管現(xiàn)象，質量表現(xiàn)穩(wěn)定，真空集熱管彎曲程度、失真空比例等指標遠遠優(yōu)于一些槽式電站案例的披露信息。

　　實現(xiàn)低建造成本，保證投資回報

　　?支架用鋼量大幅下降

　　HLIACS聚光系統(tǒng)的支架體系采用架空式金屬支撐結構，在陣列周邊進行增強處理后，可起到類似于擋風墻的作用，聚光系統(tǒng)內部的風速大幅減小，因此對聚光系統(tǒng)內部支架的抗風載能力要求明顯降低，在可抵御10級風的情況下，鏡場支架體系的總用鋼量依然可以大幅度下降。以上設計已經成功通過流體力學有限元分析、模型風洞試驗及實際安裝現(xiàn)場10級大風條件下的考驗驗證。

圖9：HLIACS聚光系統(tǒng)風洞實驗

圖10：HLIACS聚光系統(tǒng)風洞實驗（含農業(yè)大棚和擋風墻）

　　?驅動系統(tǒng)簡單可靠

　　兆陽光熱開發(fā)的驅動系統(tǒng)采用純機械電機（減速機加連桿結構）的跟蹤驅動方式，對光線追蹤角度的控制更加精確，整套驅動的減速比可以達到約30萬，大減速比驅動對長距離回路驅動精度更高。由于未采用液壓裝置，該驅動系統(tǒng)耐寒、抗風沙，即使布置在多風沙的嚴寒地區(qū)，也能有非常好的適應性，同時檢查維護直觀簡單，工作量小。

圖11：驅動系統(tǒng)

　　?鏡場緊湊占地較少

　　HLIACS聚光系統(tǒng)，相較普通菲涅耳、槽式和塔式光熱電站而言，相同發(fā)電量情況下，鏡場占地面積最少（見下表），并且土地綜合利用率非常高，除了鏡面陣列下方架空高度能夠滿足各類養(yǎng)殖種植生產需要外，還可以對回路間20米左右間隔的露天區(qū)域進行正常利用，幾乎全部鏡場土地均能實現(xiàn)有效綜合開發(fā)，因此折算到光熱發(fā)電的土地成本很低。

表1：幾種光熱技術路線的反射鏡面積與鏡場占地面積的比值

　　再者，兆陽光熱具有自主知識產權（目前已取得13個國家或地區(qū)專利授權）的微曲面反射鏡制造技術，利用雙平板玻璃冷彎成型，面形精度可控，反射率高達94.5%。該曲面反射鏡的復合結構大大增強了反射鏡耐沖擊強度，即使特殊情況下發(fā)生破裂也僅對聚光效果產生微弱影響，聚光鏡可長期繼續(xù)工作。

　　該反射鏡前后均為玻璃結構，保證了反射鏡耐腐蝕及磨損，耐惡劣氣候，已經通過國家權威檢測機構（國家安全玻璃及石英玻璃質量監(jiān)督檢測中心）的全面測試，各項指標均達到和超過國際水平，能夠真正適應多風沙、寒冷的環(huán)境，預期使用壽命達到50年以上。微曲面反射鏡的使用，使聚光系統(tǒng)匯聚后的光線更加集中，溢出損失更少，更能夠滿足系統(tǒng)容差的要求，對聚光系統(tǒng)跟蹤精度的要求相應降低。特別是該微曲面反射鏡采用平面鍍銀、鍍鋁鏡片為原料，自動化高效生產，精度高、反射率更高，且無需復雜的熱彎鋼化、曲面鍍銀、太陽能級高檔背漆等復雜工序，成本遠低于常規(guī)太陽能彎鋼化曲面鏡，有力確保了HLIACS聚光集熱系統(tǒng)的可靠性和經濟性指標。

　　除此以外，兆陽光熱還開發(fā)出了與HLIACS聚光系統(tǒng)相配套的低成本高頻次干式清掃車，能夠使聚光系統(tǒng)鏡面常年保持在93%以上的反射率，確保聚光系統(tǒng)高效運行（將另文介紹），提高聚光集熱效率。

　　HLIACS聚光集熱系統(tǒng)通過對國際成熟可靠的線性聚光集熱技術體系進行深入分析和消化吸收，為充分適應中國特殊的資源環(huán)境條件而進行了徹底的再創(chuàng)新，具有完整的自主知識產權，可全部采用國產原材料及零部件，能夠有效克服較低DNI資源、高緯度、風沙大、冬季嚴寒、土地資源短缺等等不利因素，實現(xiàn)全年均衡穩(wěn)定可靠運行，清潔安全，聚光集熱效率高，制造安裝成本低，經測算，在同一地點相同年發(fā)電量情況下可比常規(guī)線性聚光集熱體系的建設成本降低1/3以上，具有顯著的可靠性和經濟性優(yōu)勢，適合大規(guī)模開發(fā)建設。

　　注：兆陽光熱代表將出席1月19日在北京召開的中國光熱發(fā)電產業(yè)回顧與展望領導者峰會暨CSPPLAZA2018新年匯，欲進一步了解該技術詳情，請會上交流。