淺談槽式太陽能光熱發電項目的成本下降影響因素

任福忱

（大連宏海新能源發展有限公司，遼寧 大連 116021）

背景

目前，傳統工業電站發電過程中，基本采用化石燃料供給熱能，造成大量的二氧化碳等溫室氣體的排放，導致霧霾、溫室效應等。為了降低霧霾、溫室效應等對人們生活環境的影響，國家早已經尋求新的能源方式替代化石能源。而太陽能則無疑是最環保，取之不盡用之不竭的清潔能源。

槽式太陽能光熱發電技術是目前國際上較為成熟的太陽能光熱發電的技術路線，以美國Solana 280MW電站為典型代表。該路線是以熔鹽為代表的熱載體，利用拋物線的光學原理，聚焦太陽能，然后太陽能匯集到集熱管上，集熱管中的熔鹽會吸收太陽能的熱量，熔鹽會在太陽能集熱場的流動過程中，溫度從290℃逐漸被加熱到550℃，然后流出太陽能集熱場。被加熱后的高溫熔融鹽流入儲熱系統中的高溫熔鹽儲罐，其中一部分高溫熔融鹽會從高溫熔鹽儲罐中流出在蒸發器與水換熱，然后流回儲熱系統中的低溫熔鹽罐中，而換熱的水變成375℃的蒸汽推動蒸汽輪機發電；另外一部分高溫熔融鹽則在高溫熔鹽儲罐存放，待夜間無日照時則繼續輸出換熱用于夜間蒸汽輪機發電。

圖0 美國Solana槽式電站外觀及主流槽式參數

目前槽式電站的槽式開口寬度基本上采用國際槽5.77米，并且在公開的資料中，槽式支架及太陽能鏡場部分的投資約占總投資的60%，這也嚴重制約了槽式太陽能光熱行業的快速發展。

為此需要優化槽式結構，特別是增加開口寬度，降低占地面積，從而使發電項目的成本降低。下面通過SAM光熱分析軟件，分別對兩種不同槽式開口規格與目前國際槽進行對比分析。

一、大開口槽式集熱器（2020）概念設計

該集熱器將槽式開口規格由5.77米變更為8.18米。

二、大開口槽式集熱器（2025）概念設計

該集熱器將槽式開口規格由5.77米變更為14米。

三、邊界條件

通過SAM 光熱分析軟件，將國際槽（開口5.77米）與開口寬度為8.18米和14米的槽式集熱器進行對比，邊界條件見圖3所示。

圖3 三種不同規格的槽式系統邊界條件

四、計算模擬結果

圖4 計算模擬分析結果

通過以上計算模擬結果可以看出，隨著槽式開口寬度的增加，年均光熱效率增加較多，且年均光電效率增加幅度較多。但是槽式集熱器的開口寬度也不可能無限增大，主要制約因素是目前的制造水平和加工工藝所決定的。

圖5 占地面積對比分析

通過圖5，三種不同槽，占地面積隨著開口寬度的增加而減小，且幅度較大。

五、結論

通過上述分析可以得出以下結論：

1）隨著槽式開口寬度新技術的應用，電站年均光熱機光電轉化效率逐步提升；當采用8.2米開口集熱器時，槽式電站的光電效率已與當前技術水平的塔式熔鹽電站效率水平相當；隨著集熱器效率的提升，槽式電站總效率會進一步提高。

2）隨著槽式集熱器開口的增大，電站在相同發電量的情況下，方案（開口8.18米）占地面積降低超過10%，方案（開口14米）占地面價降低超過20%，從而降低土地費用，進而降低整個電站的建設投資成本。

3）為槽式技術發展提供了指引方向：大開口槽式聚光器可以增加光熱效率，降低結構重量，減少回路陣列，減少土建基礎，減少管道閥門，減少控制跟蹤，減少旋轉接頭，進而降低光熱電站的投資成本。