槽式太阳能集热技术解决工业用蒸汽成本上涨难题

槽式太阳能集热技术解决工业用蒸汽成本上涨难题

——槽式太阳能集热系统新未来工业用蒸汽市场产业化发展之路

国内太阳能光热发电市场如火如荼的建设当下，为坚决打赢蓝天保卫战的行动计划，全面落实党中央、国务院的决策部署，深入《贯彻中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》（中发〔2018〕17号）、《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》（国发〔2018〕22号）的精神，持续深入开展大气污染防治攻坚行动，实现空气质量进一步提升，不断增强人民群众的蓝天幸福感。作为众多工业企业在“煤改气”、“煤改电”的双替代改造后，出现大规模企业能源蒸汽成本迅速上涨，燃料价格向上带来的生产成本不断攀升，市场亟需提供抑制能源成本增加的有效解决方案，让企业能够在能源结构转型中不至于走向因能源成本增加而出现微利甚至破产边缘，作为槽式太阳能光热发电技术的集热高效利用方式必将作为一种可再生能源技术，在工业企业能源革命后的再替代市场中作为最佳技术形式开始吸引越来越多的关注，并逐步走向实施落地，以不断抑制能源上涨带来的企业经营压力。

图1-1左图为光热发电开口5770mm集热器右图为工业蒸汽开口3000mm集热器

槽式太阳能工业蒸汽聚光系统的应用，必须要围绕着工业企业用蒸汽的特性在优化改变自己本身，不能再停留在光热发电、光热热水的思维模式，必须要考虑到更佳适应性、经济性、稳定性，同时要解决太阳能系统的持续性、匹配性、安全性等的诸多挑战和解决不同企业工厂用蒸汽模式的最佳耦合运行方案。考虑到目前的工业企业“煤改气、电”为主要的锅炉形式，我们优先开展燃气锅炉、电锅炉用户的太阳能再节约替代方向，对于生物质、醇基燃料、清洁煤等其他形式保留下来的锅炉，同样可行有效，需要根据用户的资源条件设计优化合理的多

能互补模式。

以适应性为目标的创新设计，作为最佳槽式集热技术的诞生，我们在设计阶段摈弃了目前光热发电槽式集热的相对高成本设计思想，在优化中我们利用更匹配应用温度区间采取降低集热温度（从集热场出口温度393°向下降低到235°左右）、从繁到简（采用4片反射镜组成的抛物线降低到2片组成）、从大到小（开口宽度从5770mm降低到3000mm，焦距从1710mm降低到950mm）、从长到短（集热器组合从150m减少到50m）的思路，从工业蒸汽的大量客户调研下来，集热场的出口温度比光热发电领域至少降低了150°以上，让我们的材料、导热介质、全系统的配置成本大幅下降，温度和压力降低使集热系统也降低了安全风险，反射镜采用两片的设计也极大的降低了施工安装成本。我们不仅仅降低现有光热发电技术的设计模式，更利用当前市场常规的中高温槽式集热的技术，采取了提高增强的设计思维，在现有中高温集热器开口2550mm的基础上提高了14%的宽度比例，从而达到了2片反射镜产品设计的接近合理极限宽度，同时我们的焦距设计也在此基础上提高了10%，相应的采光面积也提高了14%，对于金属结构的部分做了优化设计，满足性能和降低成本的双向要求。通过合理降级加上优化升级双重系统设计后，导热介质不仅仅是在最高温度的设计上控制在了315°以下，更让导热油的低温从14°下降到-18°的更大冷凝点，降低导热、传热系统的防凝成本。通过合理的优化设计，为打造更专业利用光热发电技术的累积经验，充分汲取中高温集热系统的应用特点，为槽式太阳能工业用蒸汽市场缔造出最理想的槽式集热系统设计最佳方案，以适用于工业企业蒸汽领域的广泛市场。

以最佳匹配性为目标的优化设计，针对我们自主开发的槽式太阳能工业蒸汽市场专用集热器，是在充分听取各企业、设计院等专家的建议后综合各专家智慧的结晶。之所以设计这个开口宽度为3000mm、焦距950mm,聚光比70倍左右，集热管可选用管径在40mm-60mm范围大小，适用更大范围的核心部件选择，有利于降低成本增加竞争力，能够满足温度在120℃～300℃范围内的工业蒸汽应用领域的需要。采取标准化模块单元每个SCE集热器单元(SCE=6000mm)的长度可以适用于6000mm，或者8000mm以及12000mm的不同场地空间需要灵活合理搭配，整个集热系统的标准回路按照200m设计，由4个标准的SCA集热器组合（SCA=50m）组成，整个系统的设计严格按照光热发电的光学效率控制每项核心部件的严格设计、精细制造、光学检测、过程控制、组装集成、系统优化。

表1-2集热器组合（SCA）整体参数

系统的设计考虑部分专家对于系统不能影响建筑物本身，也就是工业厂房高度的因素；采用槽式抛物线短焦距的技术形式，为工业企业专家担心的光污染问题得到了有效的解决和避免；考虑到工业有效空间的最大利用，采取单轴跟踪技术能够提高光学接收效率（相比非跟踪技术），更在为建筑屋顶设计更轻便标准模块化的半抛物面型结构方式；集热系统采用导热油吸热传热换热，能够降低系统压力，提高系统安全稳定性，通过利用导热油缓冲罐的配置能够稳定输出给蒸汽发生器，经过蒸汽发生器内的换热器加热水，从而给客户提供稳定的蒸汽，避

免云的遮挡给系统带来的不稳定影响；并通过合理的设计储能方案，为用户提供更长时间的太阳能蒸汽利用小时数，目前针对储能的技术在可考虑配置低成本固体储热、导热油、低熔点盐、相变材料等多种模式，为不同用户的需要设计最佳的储热方案，以满足用户的蒸汽稳定需要。槽式太阳能工业蒸汽系统可以和现有燃气锅炉、电锅炉耦合匹配使用，也可以根据项目情况配置有机朗肯、螺杆机等发电系统达到更高利用的模式。槽式集热器采用多倍聚光的方式，提高集热温度及热能品质，突破太阳能只能提供低于80℃热水的局限，专注于解决工业领域的蒸汽需求。

图1-2为槽式有机朗肯发电加供热的多能互补方案

以经济性为初心的设计满足用户需求，透过合理优化提供稳定运行可靠的槽式太阳能工业蒸汽技术，如何能给客户带来好处，是每个企业最想知道的问题，基于槽式光热技术的特性，是直接的光热转换利用，从太阳能的利用效率上面是比光伏发电、光热发电提高转换效率三倍多，光热的直接利用也缩短了能量的转换模式。再好的设计，再高的效率，最终客户关系的是产生的蒸汽成本和一次性投资的大小，必须有一套科学合理的测算方式让企业可接受。考虑到一次性投资的因素，目前来说槽式太阳能技术应该是所有蒸汽系统里面对于设备一次性投资最大的系统技术了，需要通过合理测算给企业提供一个清晰的投资收益。如果说5年前让我来大肆宣扬槽式太阳能工业蒸汽的市场机会，那是不敢想象的事情，