2.3 HLIACS太陽能聚光集熱裝置結(jié)構(gòu)

圖：兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)示意圖

　　聚光反射鏡結(jié)構(gòu)由底層玻璃鏡片、中間膠層，超白玻璃高反鏡片三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具有以下顯著的優(yōu)點：雙平板玻璃冷彎成型，面形精度高，各處法線方向偏差＜3mrad；使用超白薄玻璃鍍膜，鏡面反射率高達94.5%；復(fù)合結(jié)構(gòu)增強了反射鏡耐沖擊強度，即使破裂僅對聚光效果只有微弱影響，聚光反射鏡可長期穩(wěn)定工作；聚光反射鏡外表面玻璃結(jié)構(gòu)保證反射鏡耐腐蝕及磨損，耐惡劣氣候。該聚光反射鏡已經(jīng)通過國家權(quán)威檢測機構(gòu)（國家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)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(yīng)風沙侵蝕環(huán)境，預(yù)期使用壽命可達50年以上。

　　支架采用架空式金屬支撐結(jié)構(gòu)，維護簡單。由于HLIACS聚光集熱裝置南低北高布置，集熱場有一定的高度，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時進行集熱場四周邊緣區(qū)域的架空金屬支撐結(jié)構(gòu)增強設(shè)計，可有效起到圍護擋風作用，使得集熱場內(nèi)部區(qū)域風速顯著降低，從而大幅度減少內(nèi)部鏡場支撐結(jié)構(gòu)的用鋼量，顯著降低建設(shè)成本。同時對于降低地面風速、保濕降塵、雨水收集、恢復(fù)植被及實現(xiàn)土地綜合利用方面效果明顯。

圖：兆陽聚光集熱裝置全景

圖：架空式金屬支撐結(jié)構(gòu)（左）、聚光中的集熱場（右）

　　聚光集熱裝置采用純機械電機（減速機加連桿結(jié)構(gòu)）的跟蹤驅(qū)動方式，對光線追蹤角度的控制更加精確，整套驅(qū)動的減速比可以達到約30萬，大減速比驅(qū)動對長距離回路驅(qū)動精度更高。由于未采用液壓裝置，該驅(qū)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(yīng)性，同時檢查維護直觀簡單，工作量小。

　　全自動清掃裝置，可實現(xiàn)自動每日干式旋壓吹掃，無人操作，能耗低，無需耗費水資源，清洗頻率為隔日清洗，經(jīng)過折算30年的清洗壽命測試，鏡面無損傷，可實現(xiàn)鏡面反射率平均下降值不超過1%。

　　?2.3.2吸熱器

　　采用二次反射（CPC）-真空集熱管吸收方案，主體結(jié)構(gòu)包含真空集熱管、CPC反光鏡、金屬框架等，其中CPC反光鏡負責接收聚光器反射過來的太陽光并再次反射使光線向吸熱管中心的真空集熱管聚集；真空集熱管具有優(yōu)良的選擇性吸收膜層，使聚集到內(nèi)管表面的光能盡量多地被管道吸收，并利用真空夾層維持較小的熱損率；金屬框架為CPC反光鏡和真空集熱管提供了必要的定位支撐，同時承受外界風、雪、冰雹等荷載的沖擊。

　　3.兆陽光熱HLIACS的稠油清潔熱采技術(shù)方案簡單實用

圖：兆陽光熱HLIACS太陽能聚光集熱裝置產(chǎn)生飽和蒸汽系統(tǒng)

　　如上圖所示，兆陽光熱HLIACS聚光集熱系統(tǒng)用于稠油熱采行業(yè)時，由于直接使用水工質(zhì)產(chǎn)生飽和蒸汽，相比導(dǎo)熱油、熔鹽工質(zhì)取消了換熱環(huán)節(jié)，工藝流程非常簡單實用，清潔安全，運行可靠。

　　4.兆陽光熱HLIACS聚光集熱裝置實際測試效率高

　　北京兆陽光熱技術(shù)有限公司已經(jīng)完成首座15MW線性菲涅耳式太陽能光熱電站（使用HLIACS太陽能聚光集熱技術(shù)）的設(shè)計，該項目總投資約7億元人民幣（含14h儲熱及部分配套展示設(shè)施），裝機容量15MW，聚光反射鏡面積約40萬平米，設(shè)計年發(fā)電量7500萬度。目前該項目的一期集熱裝置效率性能測試已完成，結(jié)果表明各項指標均已經(jīng)達到設(shè)計值。

表：單條回路測試時段效率測試數(shù)據(jù)

　　測試結(jié)果表明，單條回路（10822㎡聚光反射鏡）測試時段理論輸出能量與實際輸出能量偏差率小于10%。2017年8月25日單條回路效率測試，測試時段理論輸出能量與實際輸出能量分別為11669.0676kWh及11085.2448kWh，負偏差小于5%；2017年8月29日單條回路效率測試，測試時段理論輸出能量與實際輸出能量分別為10685.62kWh及11189.47kWh，正偏差約為5%；2017年10月15日單條回路效率測試的測試時段理論輸出能量與實際輸出能量分別為11851.36KWh及12165.28KWh，正偏差約為3%。

　　經(jīng)過實測運行驗證可知，兆陽光熱HLIACS系統(tǒng)具有較高的實際聚光集熱效率，特別是在較低太陽直輻照（DNI）（250W/㎡左右）時，本項目的HLIACS聚光集熱裝置仍可輸出合格的高溫高壓過熱蒸汽，能夠最大程度的充分采集利用太陽光照資源。

　　5.兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)用于稠油熱采項目具備顯著經(jīng)濟性優(yōu)勢

　　根據(jù)某油田所需熱采的高溫高壓蒸汽參數(shù)要求，以HLIACS吸熱器出口蒸汽48MW為計算依據(jù)而設(shè)計如下集熱裝置。按照張家口張北縣太陽直輻射強度（1750KWh/㎡/a）為例進行測算（實際項目地點光照條件不同時，鏡場面積會有相應(yīng)調(diào)整相應(yīng)），HLIACS方案的集熱裝置需要聚光反射鏡面積約15萬㎡，最大輸出功率為67MW，滿足該油田開采所需熱功率和參數(shù)要求。

　　考慮土地集約和盡量不擋光，該集熱裝置占地面積約為32萬㎡；參考北京兆陽光熱技術(shù)有限公司已建項目情況測算，本項目預(yù)計建設(shè)工期5個月，總投資1.125億元，折合到每平米集熱場面積的系統(tǒng)造價約為750元，使用壽命在25年以上。

　　根據(jù)初步測算，該集熱裝置年制蒸汽量約15萬噸（吸熱器出口蒸汽參數(shù)15MPa，350℃左右）。以替代天然氣為參考（取噸蒸汽耗天然氣70m3為例），可節(jié)約天然氣約1050萬m3，相當于年節(jié)省天然氣費用約2625萬元（假設(shè)天然氣價格為2.5元/m3）。另外，二氧化碳減排量為2.04萬噸/年。本項目總投資以節(jié)省天然氣為計算參考對象，項目投資有望在4.3年左右回收，進一步考慮氣源及燃氣鍋爐等設(shè)備投資及運維費用，投資回收期將進一步大幅縮短，具有很好的投資經(jīng)濟性。隨著天然氣價格的不斷上升，假設(shè)替代天然氣價格上升，其經(jīng)濟性情況如下表所示。

表：不同天然氣價格對應(yīng)的投資回收年限（未考慮氣源及燃氣鍋爐等設(shè)備投資及運維費用）

　　從上述分析可以看出，兆陽HLIACS太陽能聚光集熱技術(shù)是一項成熟可靠且經(jīng)濟可行的稠油清潔熱采節(jié)能減排新技術(shù)，投資回收快，效益高，既符合國家對能耗行業(yè)的節(jié)能減排要求，也能促進油田的綠色和可持續(xù)發(fā)展。隨著太陽能聚光集熱技術(shù)的不斷成熟，其可靠性將不斷提升、成本還有較大的下降空間，因此該技術(shù)在稠油熱采集輸加熱領(lǐng)域具有十分廣闊的前景，值得關(guān)注。

　　通過此技術(shù)經(jīng)濟分析可以看出，兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)在產(chǎn)生工業(yè)級高溫高壓飽和蒸汽方面，具有工質(zhì)清潔環(huán)保、運行簡單可靠的實用優(yōu)勢，在光照資源較好的地區(qū)已經(jīng)具備很好的投資經(jīng)濟性（初步測算能夠低于150元/噸的水平），實現(xiàn)蒸汽成本較大幅度低于天然氣鍋爐的生產(chǎn)方式，甚至可能接近燃煤蒸汽鍋爐的成本水平，能夠在大部分光照資源不太差的地區(qū)及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域進行大規(guī)模推廣，為產(chǎn)業(yè)升級和節(jié)能減排做出顯著貢獻，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。