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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 | 21574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Babcock & Wilcox公司（巴威：B&W）是核電領域的(de)領先供應(ying)商(shang)，2008年，B&W獲(huo)得一個塔式熱(re)量(liang)接收(shou)器的(de)設計和制(zhi)造訂單，其由此開始(shi)了塔式吸熱(re)器的(de)研發(fa)。2009年，B&W旗下的(de)B&W工程(cheng)公(gong)司（BWCC）在46米高的集熱塔(ta)頂完(wan)成(cheng)安裝了(le)這個由其(qi)設計(ji)和制造(zao)的重約45000kg的外置式接收器。

圖：B&W供應(ying)eSolar電站的吸熱器

圖：B&W供應(ying)eSolar電站(zhan)的吸熱(re)器

該項(xiang)目就(jiu)是eSolar開發的5MW的塔式(shi)熱(re)發電示(shi)范(fan)項(xiang)目，B&W承擔了其中一個2.5MW模(mo)塊的熱(re)量(liang)接收器的設計、制造(zao)及(ji)安裝工(gong)作。在該(gai)項合(he)約(yue)中，eSolar給B&W提(ti)出(chu)了幾(ji)個技術指標(biao)，蒸汽流(liu)速(su)約(yue)3.8kg/s；過熱蒸汽出(chu)口壓(ya)力(li)6.2Mpa，溫度441攝氏(shi)度；吸熱器(qi)干重不超(chao)過45360kg，實現整裝(zhuang)以降低(di)安裝(zhuang)成本等。B&W滿足(zu)了eSolar提出(chu)的設計(ji)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電站吸熱器(qi)

圖：新月沙(sha)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電站的三個集熱塔上，這(zhe)也是目前應用的最大(da)的外置式吸(xi)熱器(qi)，最大(da)的水工質(zhi)吸(xi)熱器(qi)。

圖：Victory Energy設計(ji)的吸熱器(qi)

美國Victory Energy公司的塔(ta)式接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)實際項(xiang)目(mu)(mu)中(zhong)(zhong)也有(you)應(ying)用(yong)。eSolar的5MW示范項(xiang)目(mu)(mu)中(zhong)(zhong)的另外一個2.5MW的模塊的接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)即(ji)由(you)該公司設計制造，這是一款腔(qiang)式接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)。另外，eSolar在(zai)印(yin)度與印(yin)度ACME公司合(he)作建設的一個2.5MW的塔(ta)式示范電(dian)站也采(cai)用(yong)了(le)Victory Energy的接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)，其開(kai)發的這種接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)名為(wei)SolarGen接(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)，為(wei)雙面(mian)腔(qiang)式。

圖：Gemasolar電站吸熱(re)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：PS20電站(zhan)的吸(xi)熱器結(jie)構(gou)圖

另外，丹麥Aalborg和法國圣戈班在塔式熱(re)量接收器(qi)方(fang)面也有研究，并各自有實際項目業(ye)績。西班牙(ya)20MW的(de)(de)PS20塔式(shi)(shi)電(dian)站(zhan)就采用(yong)了(le)(le)Aalborg的(de)(de)腔(qiang)式(shi)(shi)接收器，DLR在德國Jülich的(de)(de)塔式(shi)(shi)實驗電(dian)站(zhan)采用(yong)了(le)(le)法國圣戈班的(de)(de)腔(qiang)式(shi)(shi)接收器。

圖：中控德令哈電站的吸熱器

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吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)和外置式吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)兩(liang)種(zhong)。上(shang)文已經就這兩(liang)種(zhong)吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)的(de)(de)實際應用案(an)例進行了概述。總的(de)(de)來說，這兩(liang)種(zhong)吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)各有優缺點，西(xi)北電力設計院工程師趙曉輝對CSPPLAZA記者表示，腔式(shi)的熱(re)損(sun)較(jiao)低，外置式(shi)的熱(re)損(sun)較(jiao)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散熱損(sun)失(shi)，同時腔式(shi)吸熱器能減小(xiao)吸熱器表(biao)面(mian)與環(huan)境的輻射換熱損(sun)失(shi)。另(ling)外，如果采用水(shui)工質(zhi)，腔(qiang)式的水(shui)動力環境較為(wei)復(fu)雜，安全性(xing)較差，外置式的水(shui)動力環境簡單，安全性(xing)高。

塔式(shi)(shi)(shi)(shi)技術(shu)當(dang)前正朝(chao)著更大(da)裝機、更大(da)規模(mo)的(de)(de)(de)方向發展，當(dang)前正在建設的(de)(de)(de)幾個(ge)大(da)型(xing)塔式(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)站(zhan)(zhan)如110MW的(de)(de)(de)新月沙丘電(dian)站(zhan)(zhan)、392MW的(de)(de)(de)Ivanpah電(dian)站(zhan)(zhan)都采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)是外置式(shi)(shi)(shi)(shi)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)。這主要是因為大(da)型(xing)電(dian)站(zhan)(zhan)要布(bu)置大(da)面(mian)(mian)積的(de)(de)(de)鏡場(chang)，腔式(shi)(shi)(shi)(shi)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)無(wu)法做到四面(mian)(mian)吸(xi)(xi)熱(re)，相對應的(de)(de)(de)也(ye)就無(wu)法采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)四面(mian)(mian)鏡場(chang)的(de)(de)(de)布(bu)置方案(an)，即便采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)多(duo)腔組合式(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)，仍然無(wu)法與外置式(shi)(shi)(shi)(shi)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)熱(re)面(mian)(mian)積相比。為了盡可能(neng)地讓定日鏡距離集(ji)熱(re)塔的(de)(de)(de)距離近些(xie)，需要增加鏡場(chang)布(bu)置的(de)(de)(de)土地利(li)用(yong)(yong)(yong)率，外置式(shi)(shi)(shi)(shi)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)在這方面(mian)(mian)優勢明(ming)顯。從上述的(de)(de)(de)塔式(shi)(shi)(shi)(shi)項目的(de)(de)(de)實際應用(yong)(yong)(yong)案(an)例(li)中也(ye)可以看出，小規模(mo)塔式(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)站(zhan)(zhan)采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)腔式(shi)(shi)(shi)(shi)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)較多(duo)，大(da)規模(mo)塔式(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)站(zhan)(zhan)基本采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)都是外置式(shi)(shi)(shi)(shi)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)(qi)。

另外(wai)，從工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)角度(du)(du)來看(kan)，塔式吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)也可劃分為(wei)水工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)接(jie)收器(qi)(qi)(qi)、熔(rong)鹽工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)接(jie)收器(qi)(qi)(qi)和(he)空(kong)，塔式吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)也可劃分為(wei)水工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)接(jie)收器(qi)(qi)(qi)、熔(rong)鹽工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)接(jie)收器(qi)(qi)(qi)和(he)空(kong)氣吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)等(deng)其它種類(lei)。目前(qian)常見的為(wei)前(qian)兩(liang)種，熔(rong)鹽工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)因在(zai)熔(rong)鹽工(gong)(gong)作(zuo)溫度(du)(du)和(he)儲熱(re)(re)(re)方(fang)面的優(you)勢而成為(wei)未來的主流應(ying)用方(fang)向。中控太陽能技術有限公司李心認為(wei)，水工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)如(ru)果只用來產出飽和(he)水蒸(zheng)(zheng)汽，技術難度(du)(du)較小，如(ru)果同時(shi)做蒸(zheng)(zheng)發、過(guo)熱(re)(re)(re)及再熱(re)(re)(re)，難度(du)(du)很大。熔(rong)鹽工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)目前(qian)的重點和(he)難點是需要做好熔(rong)鹽防凍堵的相關工(gong)(gong)作(zuo)。

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