CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒消息，目前，來自丹麥奧爾堡CSP公司的工程師們正在積極開發、設計和優化一種非對稱太陽能吸熱器，這是歐洲PHOTON項目的一部分，可與西班牙Tewer Engineering公司開發的一種新型定日鏡配套。

根據測算，一旦該技術成功應用于商業化光熱電站，可大大降低吸熱器的制造成本，尤其是管材成本（降幅最高可達42%左右），同時還將大幅降低光場成本，并最終有效提升系統整體效率和降低光熱發電成本。

該項研究得到了歐洲之星計劃的資金支持和丹麥創新基金的資助，旨在獲得更具競爭力的設計配置，使帶有外部熔鹽吸熱器的塔式光熱系統的安裝和調試工作更加簡化和優化。

為什么要采用非對稱設計？

目前常規采用熔鹽作為傳熱流體的塔式光熱電站的吸熱器為圓柱體形狀，往往由很多根約20米高的特殊管材排列組成，同時這些管材的高度都是一樣的。

而非對稱吸熱器這個新概念與常規吸熱器最大的不同就是不再是一個整體對稱的圓柱體，組成吸熱器的管材高度也不盡相同【詳見下圖】。

為何要這么設計？研究人員發現，無論在北半球還是南半球，總有更多的太陽能來自南北其中一側，即：一個光場并不能將同樣數量的太陽能輻射通量均勻的傳送給吸熱塔。

下面這張太陽能輻射通量圖就清晰顯示出位于南半球的一個50MWe塔式吸熱器所接收到的太陽能輻射通量的不對稱性。

奧爾堡CSP的研究人員發現，采用不對稱設計的吸熱器可有效減少產生相同電能所需要的的熱量，從而減小光場的大小。為此，他們利用不同長度的管板組成一個非對稱吸熱器，以更好地匹配吸熱塔周圍射入的不均等的太陽能通量。

奧爾堡CSP的熱能和工藝工程師Stephanie Sigvert S?rensen不久前在韓國舉辦的SolarPACES會議上詳細分享了該技術，除了非對稱吸熱器設計，與之配合的定日鏡也采用了由光伏板供能等新型設計（每個定日鏡內置了一個筆記本電腦大小的光伏板和電池單元，以為定日鏡工作提供動力）。

S?rensen表示，該項創新建立在如下理念的基礎上：光場的輻射通量是不對稱的，為什么不讓吸熱器也不對稱？以更好地適應射入的太陽能量。

科研人員進一步研究發現，距離吸熱塔很遠和很近的定日鏡具有較大的優化空間。S?rensen解釋說，將用于反射陽光至吸熱器頂部和底部的一些定日鏡去掉，可以有效縮小傳熱系統，即主要利用中間部分的高太陽能通量密度區域，而切斷通量密度較低的區域（低于100kW/㎡）。同時對于吸熱器制造商來說，這樣做意味著需要更少的材料。

總體目標：系統成本下降25%，年發電量增加5%

據悉，除了奧爾堡CSP和Tewer Engineering以外，還有其他三個合作伙伴也在參與該項目，旨在整體提升光熱電站效率和降低成本，其中PROTECH負責無線通信部分，Metsolar負責傳感器部分，Acciona則負責發電機組部分。

奧爾堡CSP在該項目主要負責吸熱器（正在申請“非對稱太陽能接收器”專利，EP1938236）的開發、設計和優化，該吸熱器旨在與TEWER定日鏡配對。

同時，鑒于奧爾堡CSP在完整光熱系統開發方面積累了豐富的商業化運營經驗（該公司已成功開發了澳大利亞創新型Sundrop Farms海水溫室項目），該公司還將協助Acciona開發蒸汽發電系統。

據了解，上述五個合作伙伴的總體研究目標是將光熱系統成本降低25%，并將年發電量增加5%。

但與很多項目一樣，目前PHOTON計劃由于疫情大流行而被擱置，該項研究正在等待最后的定日鏡測試。此前TEWER研發的定日鏡原型（見下圖）已經在馬德里進行了初步測試，現在測試仍在進行中，研究人員計劃在西班牙PSA平臺重新開放后進行進一步測試。

而據奧爾堡CSP項目經理、機械工程師Jens jorgen Falsig介紹，吸熱器的改造工作主要是將一些管道變得更短，而吸熱器的實際制造技術并不會改變，因此沒有必要進行測試。他對此解釋道，我們只對管道長度進行了優化。改造后吸熱器內的各個面板有不同的長度，并不是每個面板的管道都是20米，有些可能只有14米，所以制造起來并不困難。

此外奧爾堡CSP進一步分析了100MW和50MW兩種塔式電站不對稱吸熱器的制造區別，它們的主要區別是管道高度會有所不同。100MW電站吸熱器的部分管道約為14-16米，而非全部為20米；50MW電站吸熱器的部分管道高度則將由原來的15米調整為6米或12米。

光場空間可縮小30%，管材成本最高可降42%

通過研究發現，上述所有合作伙伴的總體成本都將有所降低。據測算，采用該項設計EPC成本將降低14%以上，電站總體效率將提高約3%，同時LCOE將降低13%以上，這意味著生產同樣數量的電力所需的太陽能將明顯減少，而100MW塔式電站對于光場的空間需求將降低30%左右。

而與優化但對稱的常規吸熱器相比，優化的不對稱熔鹽吸熱器的效率在兩種規模下都將提升1%左右。

據了解，非對稱吸熱器成本下降最多的是在材料部分，鋼支架、絕緣、跟蹤等方面用料都將顯著降低，而在較小的塔式系統中則更為明顯，因為較小的光場具有更高的光學效率。如果是100MW的塔式電站，吸熱器的總成本將可下降13%以上，如果是50MW塔式電站，該成本則將下降20%以上。

就直接材料（管材）成本而言，100MW電站采用非對稱吸熱器可節省高達29%的材料成本，而50MW電站則可節省高達42%。