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塔式光熱電站吸熱器的應用實例簡析

發布者：本網編輯部 | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 21458查看 | 2013-09-27 16:35:00

CSPPLAZA光熱發電網報道：對塔式光熱發電技術來說，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，目前全球范圍內擁有塔式吸熱器的設計制造技術能力的企業還為數不多。

各塔式電站采用的吸熱器

美國(guo)Babcock & Wilcox公司（巴(ba)威：B&W）是核電領域的領先供(gong)應商，2008年(nian)，B&W獲得(de)一(yi)個塔式熱(re)量接收器(qi)的設計和(he)制造訂單(dan)，其(qi)由(you)此開始了塔式吸熱(re)器(qi)的研發。2009年(nian)，B&W旗下(xia)的B&W工程公司（BWCC）在46米高的(de)(de)集熱(re)塔頂完成安裝了這個由(you)其設計(ji)和制造的(de)(de)重約45000kg的(de)(de)外置式接收(shou)器。

圖：B&W供應eSolar電站的吸熱器

圖：B&W供(gong)應eSolar電站(zhan)的吸熱器

該項(xiang)目就是(shi)eSolar開發的(de)(de)5MW的(de)(de)塔式熱(re)發電(dian)示(shi)范項(xiang)目，B&W承(cheng)擔了其中一個2.5MW模塊的(de)(de)熱(re)量(liang)接收器的(de)(de)設計、制造及安裝(zhuang)工作。在該項合(he)約中，eSolar給B&W提出了(le)幾個(ge)技術指(zhi)標，蒸(zheng)汽流速(su)約3.8kg/s；過熱(re)(re)蒸(zheng)汽出口壓力(li)6.2Mpa，溫度441攝氏度；吸熱(re)(re)器干(gan)重不(bu)超(chao)過45360kg，實(shi)現整裝以降低安(an)裝成(cheng)本等。B&W滿(man)足了(le)eSolar提(ti)出的設計要求。

Pratt & Whitney（普惠：P&W）是美國聯合技術公司UTC的下屬公司，其在光熱發電領域有多項研究，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動機設計研發）在熔鹽塔式光熱發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(dian)站吸熱(re)器(qi)

圖：新月沙丘電站的吸熱器(qi)

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，由原來的水工質接收器變為熔鹽接收器。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(dian)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電站開發商BrightSource與Riley Power簽訂了該電站的接收器供應合作協議，由其供應3個水工質熱量接收器。目前這三個吸熱器都已經安裝在了Ivanpah電站的(de)(de)三個(ge)集熱(re)塔上，這也是目前應用的(de)(de)最(zui)大的(de)(de)外置(zhi)式吸熱(re)器(qi)，最(zui)大的(de)(de)水工質吸熱(re)器(qi)。

圖：Victory Energy設計的吸熱器

美國Victory Energy公(gong)司(si)(si)的(de)(de)塔式(shi)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)在(zai)實(shi)際(ji)項(xiang)目中也有應(ying)用。eSolar的(de)(de)5MW示范(fan)(fan)項(xiang)目中的(de)(de)另(ling)外(wai)一個2.5MW的(de)(de)模塊的(de)(de)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)即(ji)由該公(gong)司(si)(si)設計制(zhi)造，這是一款腔式(shi)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)。另(ling)外(wai)，eSolar在(zai)印(yin)度與印(yin)度ACME公(gong)司(si)(si)合作建設的(de)(de)一個2.5MW的(de)(de)塔式(shi)示范(fan)(fan)電站也采用了Victory Energy的(de)(de)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)，其開發(fa)的(de)(de)這種接(jie)收(shou)器(qi)(qi)名為SolarGen接(jie)收(shou)器(qi)(qi)，為雙面腔式(shi)。

圖：Gemasolar電站吸(xi)熱器

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

圖(tu)：PS20電站的吸熱器(qi)結構圖(tu)

另外，丹麥Aalborg和法(fa)國圣戈班在塔式熱量接收(shou)器方面也有(you)研究，并各(ge)自有(you)實際(ji)項目業績。西班(ban)牙20MW的(de)(de)PS20塔式電站(zhan)就采用(yong)了(le)(le)Aalborg的(de)(de)腔式接收器(qi)，DLR在德國Jülich的(de)(de)塔式實驗電站(zhan)采用(yong)了(le)(le)法國圣戈班(ban)的(de)(de)腔式接收器(qi)。

圖：中控德(de)令哈電站的吸熱器

國內目前建成的兩個塔式電站都采用的國產吸熱器，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(jie)收器。

各類吸熱器的優缺點

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(shi)吸熱器(qi)和外置式(shi)吸熱器(qi)兩(liang)種(zhong)。上文(wen)已(yi)經就(jiu)這(zhe)兩(liang)種(zhong)吸熱器(qi)的實(shi)際應用案(an)例進行了概述。總的來說，這(zhe)兩(liang)種(zhong)吸熱器(qi)各有(you)優缺點，西北電(dian)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(zhi)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構差異在于前者的吸熱面位于一個腔體內，因而腔式吸熱器能減小位于高塔之上的吸熱器與外界環境的對流(liu)散(san)熱(re)(re)損失，同時腔式吸熱(re)(re)器(qi)能減(jian)小吸熱(re)(re)器(qi)表面(mian)與環境的輻射換熱(re)(re)損失。另外，如果采(cai)用水工質(zhi)，腔式(shi)的(de)水動力(li)環境(jing)較為復雜，安全性較差，外置式(shi)的(de)水動力(li)環境(jing)簡單，安全性高。

塔(ta)(ta)式技術當前正朝(chao)著更(geng)大裝機、更(geng)大規(gui)模的(de)(de)方(fang)向(xiang)發展，當前正在建設(she)的(de)(de)幾個(ge)大型(xing)塔(ta)(ta)式電站(zhan)如110MW的(de)(de)新月沙丘電站(zhan)、392MW的(de)(de)Ivanpah電站(zhan)都(dou)采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)是外置(zhi)(zhi)式吸(xi)熱(re)(re)器(qi)。這主要(yao)是因為(wei)大型(xing)電站(zhan)要(yao)布置(zhi)(zhi)大面(mian)(mian)(mian)(mian)積的(de)(de)鏡(jing)場(chang)，腔(qiang)式吸(xi)熱(re)(re)器(qi)無(wu)(wu)法做到四面(mian)(mian)(mian)(mian)吸(xi)熱(re)(re)，相(xiang)對(dui)應的(de)(de)也就無(wu)(wu)法采(cai)用(yong)(yong)四面(mian)(mian)(mian)(mian)鏡(jing)場(chang)的(de)(de)布置(zhi)(zhi)方(fang)案(an)，即便采(cai)用(yong)(yong)多腔(qiang)組合式的(de)(de)吸(xi)熱(re)(re)器(qi)，仍然無(wu)(wu)法與外置(zhi)(zhi)式吸(xi)熱(re)(re)器(qi)的(de)(de)吸(xi)熱(re)(re)面(mian)(mian)(mian)(mian)積相(xiang)比(bi)。為(wei)了盡可(ke)能地讓定日(ri)鏡(jing)距離(li)集熱(re)(re)塔(ta)(ta)的(de)(de)距離(li)近些，需要(yao)增加(jia)鏡(jing)場(chang)布置(zhi)(zhi)的(de)(de)土(tu)地利用(yong)(yong)率，外置(zhi)(zhi)式吸(xi)熱(re)(re)器(qi)在這方(fang)面(mian)(mian)(mian)(mian)優勢明(ming)顯。從(cong)上述的(de)(de)塔(ta)(ta)式項目的(de)(de)實際應用(yong)(yong)案(an)例(li)中也可(ke)以看(kan)出，小規(gui)模塔(ta)(ta)式電站(zhan)采(cai)用(yong)(yong)腔(qiang)式吸(xi)熱(re)(re)器(qi)的(de)(de)較多，大規(gui)模塔(ta)(ta)式電站(zhan)基(ji)本(ben)采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)都(dou)是外置(zhi)(zhi)式吸(xi)熱(re)(re)器(qi)。

另外，從工(gong)質(zhi)角度來(lai)看，塔(ta)(ta)式(shi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)器(qi)也可劃分為(wei)水(shui)工(gong)質(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)工(gong)質(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)和(he)(he)空，塔(ta)(ta)式(shi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)器(qi)也可劃分為(wei)水(shui)工(gong)質(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)工(gong)質(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)和(he)(he)空氣吸(xi)(xi)熱(re)(re)器(qi)等(deng)其它種(zhong)(zhong)類。目前(qian)常見的(de)為(wei)前(qian)兩種(zhong)(zhong)，熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)工(gong)質(zhi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)器(qi)因(yin)在熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)工(gong)作(zuo)溫度和(he)(he)儲熱(re)(re)方面的(de)優勢而(er)成為(wei)未來(lai)的(de)主流應用(yong)方向。中(zhong)控太陽能技術(shu)有(you)限(xian)公司李心認為(wei)，水(shui)工(gong)質(zhi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)器(qi)如果只(zhi)用(yong)來(lai)產出(chu)飽和(he)(he)水(shui)蒸(zheng)汽(qi)，技術(shu)難度較小(xiao)，如果同時做蒸(zheng)發、過熱(re)(re)及再熱(re)(re)，難度很大。熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)工(gong)質(zhi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)器(qi)目前(qian)的(de)重點(dian)和(he)(he)難點(dian)是需要做好熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)防凍(dong)堵的(de)相關工(gong)作(zuo)。

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