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塔式光熱電站吸熱器的應用實例簡析

發(fā)布者：本網(wǎng)編輯部 | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 1評論 | 19323查看 | 2013-09-27 16:35:00

CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：對塔式光熱發(fā)電技術來說，吸熱器是類似于槽式技術中的高溫真空集熱管一樣的核心裝備，其承擔著吸收太陽熱能的重要作用。塔式吸熱器的技術含量也很高，目前全球范圍內(nèi)擁有塔式吸熱器的設計制造技術能力的企業(yè)還為數(shù)不多。

各塔式電站采用的吸熱器

美國Babcock & Wilcox公司（巴威：B&W）是核電領域的領先供應商，2008年，B&W獲得一個塔式熱量接收器的設計和制造訂單，其由此開始了塔式吸熱器的研發(fā)。2009年，B&W旗下的B&W工程公司（BWCC）在46米高的集熱塔頂完成安裝了這個由其設計和制造的重約45000kg的外置式接收器。

圖：B&W供應eSolar電站的吸熱器

該項目就是eSolar開發(fā)的5MW的塔式熱發(fā)電示范項目，B&W承擔了其中一個2.5MW模塊的熱量接收器的設計、制造及安裝工作。在該項合約中，eSolar給B&W提出了幾個技術指標，蒸汽流速約3.8kg/s；過熱蒸汽出口壓力6.2Mpa，溫度441攝氏度；吸熱器干重不超過45360kg，實現(xiàn)整裝以降低安裝成本等。B&W滿足了eSolar提出的設計要求。

Pratt & Whitney（普惠：P&W）是美國聯(lián)合技術公司UTC的下屬公司，其在光熱發(fā)電領域有多項研究，包括P&W下屬的Rocketdyne（洛克達因公司：主要從事液體燃料火箭發(fā)動機設計研發(fā)）在熔鹽塔式光熱發(fā)電技術方面的研究成果。SolarReserve公司的核心熔鹽塔式技術即源于此，通過全球排他性的30年熔鹽儲熱塔式光熱發(fā)電技術的授權，SolarReserve一舉奠定了其在熔鹽塔式技術領域的領先地位。

圖：Solar Two電站吸熱器

圖：新月沙丘電站的吸熱器

P&W在塔式熱量接收器方面有多個項目案例。當前在建的110MW的新月沙丘光熱電站即采用了P&W的接收器。其最早應用于實踐的接收器是在1995年美國能源部主導開發(fā)的熔鹽型Solar Two電站項目中。Solar Two由Solar One改建而成，主要的變化之一就是接收器的改變，由原來的水工質(zhì)接收器變?yōu)槿埯}接收器。P&W負責了該熔鹽接收器的設計、制造及安裝工作。安裝于Solar Two上的接收器直徑5.1米，高6.2米，為外置式圓柱形接收器。平均輻射量接收能力為0.4MWth/平方米。

圖：Ivanpah電站吸熱器

美國Riley Power公司是塔式接收器的另外一個供應商，Riley Power是Babcock Power的子公司。2010年9月9日，Ivanpah電站開發(fā)商BrightSource與Riley Power簽訂了該電站的接收器供應合作協(xié)議，由其供應3個水工質(zhì)熱量接收器。目前這三個吸熱器都已經(jīng)安裝在了Ivanpah電站的三個集熱塔上，這也是目前應用的最大的外置式吸熱器，最大的水工質(zhì)吸熱器。

圖：Victory Energy設計的吸熱器

美國Victory Energy公司的塔式接收器在實際項目中也有應用。eSolar的5MW示范項目中的另外一個2.5MW的模塊的接收器即由該公司設計制造，這是一款腔式接收器。另外，eSolar在印度與印度ACME公司合作建設的一個2.5MW的塔式示范電站也采用了Victory Energy的接收器，其開發(fā)的這種接收器名為SolarGen接收器，為雙面腔式。

圖：Gemasolar電站吸熱器

西班牙Sener公司也具有接收器的設計能力，全球首個24小時發(fā)電的光熱電站Gemasolar項目的熔鹽吸熱器就由Sener和西班牙環(huán)境能源技術研究中心(CIEMAT）聯(lián)合開發(fā)。其采用的也是外置式結(jié)構(gòu)，外形類似于一個圓柱體。

圖：PS20電站的吸熱器結(jié)構(gòu)圖

另外，丹麥Aalborg和法國圣戈班在塔式熱量接收器方面也有研究，并各自有實際項目業(yè)績。西班牙20MW的PS20塔式電站就采用了Aalborg的腔式接收器，DLR在德國Jülich的塔式實驗電站采用了法國圣戈班的腔式接收器。

圖：中控德令哈電站的吸熱器

國內(nèi)目前建成的兩個塔式電站都采用的國產(chǎn)吸熱器，延慶大漢示范電站的腔式接收器由西安交通大學和東方鍋爐聯(lián)合制造；中控德令哈10MW塔式電站采用的為杭州鍋爐集團設計制造的外置式接收器。

各類吸熱器的優(yōu)缺點

理論上，塔式吸熱器分腔式吸熱器、外置式吸熱器、平板式吸熱器、流化床吸熱器等多種類型，但目前主流的已有實際應用的僅腔式吸熱器和外置式吸熱器兩種。上文已經(jīng)就這兩種吸熱器的實際應用案例進行了概述。總的來說，這兩種吸熱器各有優(yōu)缺點，西北電力設計院工程師趙曉輝對CSPPLAZA記者表示，腔式的熱損較低，外置式的熱損較高，因為腔式吸熱器相對于外置式吸熱器的主要結(jié)構(gòu)差異在于前者的吸熱面位于一個腔體內(nèi)，因而腔式吸熱器能減小位于高塔之上的吸熱器與外界環(huán)境的對流散熱損失，同時腔式吸熱器能減小吸熱器表面與環(huán)境的輻射換熱損失。另外，如果采用水工質(zhì)，腔式的水動力環(huán)境較為復雜，安全性較差，外置式的水動力環(huán)境簡單，安全性高。

塔式技術當前正朝著更大裝機、更大規(guī)模的方向發(fā)展，當前正在建設的幾個大型塔式電站如110MW的新月沙丘電站、392MW的Ivanpah電站都采用的是外置式吸熱器。這主要是因為大型電站要布置大面積的鏡場，腔式吸熱器無法做到四面吸熱，相對應的也就無法采用四面鏡場的布置方案，即便采用多腔組合式的吸熱器，仍然無法與外置式吸熱器的吸熱面積相比。為了盡可能地讓定日鏡距離集熱塔的距離近些，需要增加鏡場布置的土地利用率，外置式吸熱器在這方面優(yōu)勢明顯。從上述的塔式項目的實際應用案例中也可以看出，小規(guī)模塔式電站采用腔式吸熱器的較多，大規(guī)模塔式電站基本采用的都是外置式吸熱器。

另外，從工質(zhì)角度來看，塔式吸熱器也可劃分為水工質(zhì)接收器、熔鹽工質(zhì)接收器和空，塔式吸熱器也可劃分為水工質(zhì)接收器、熔鹽工質(zhì)接收器和空氣吸熱器等其它種類。目前常見的為前兩種，熔鹽工質(zhì)吸熱器因在熔鹽工作溫度和儲熱方面的優(yōu)勢而成為未來的主流應用方向。中控太陽能技術有限公司李心認為，水工質(zhì)吸熱器如果只用來產(chǎn)出飽和水蒸汽，技術難度較小，如果同時做蒸發(fā)、過熱及再熱，難度很大。熔鹽工質(zhì)吸熱器目前的重點和難點是需要做好熔鹽防凍堵的相關工作。

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