浅谈槽式太阳能光热发电项目的成本下降影响因素

任福忱

（大连宏海新能源发展有限公司，辽宁 大连 116021）

背景

目前，传统工业电站发电过程中，基本采用化石燃料供给热能，造成大量的二氧化碳等温室气体的排放，导致雾霾、温室效应等。为了降低雾霾、温室效应等对人们生活环境的影响，国家早已经寻求新的能源方式替代化石能源。而太阳能则无疑是最环保，取之不尽用之不竭的清洁能源。

槽式太阳能光热发电技术是目前国际上较为成熟的太阳能光热发电的技术路线，以美国Solana 280MW电站为典型代表。该路线是以熔盐为代表的热载体，利用抛物线的光学原理，聚焦太阳能，然后太阳能汇集到集热管上，集热管中的熔盐会吸收太阳能的热量，熔盐会在太阳能集热场的流动过程中，温度从290℃逐渐被加热到550℃，然后流出太阳能集热场。被加热后的高温熔融盐流入储热系统中的高温熔盐储罐，其中一部分高温熔融盐会从高温熔盐储罐中流出在蒸发器与水换热，然后流回储热系统中的低温熔盐罐中，而换热的水变成375℃的蒸汽推动蒸汽轮机发电；另外一部分高温熔融盐则在高温熔盐储罐存放，待夜间无日照时则继续输出换热用于夜间蒸汽轮机发电。

图0 美国Solana槽式电站外观及主流槽式参数

目前槽式电站的槽式开口宽度基本上采用国际槽5.77米，并且在公开的资料中，槽式支架及太阳能镜场部分的投资约占总投资的60%，这也严重制约了槽式太阳能光热行业的快速发展。

为此需要优化槽式结构，特别是增加开口宽度，降低占地面积，从而使发电项目的成本降低。下面通过SAM光热分析软件，分别对两种不同槽式开口规格与目前国际槽进行对比分析。

一、大开口槽式集热器（2020）概念设计

该集热器将槽式开口规格由5.77米变更为8.18米。

二、大开口槽式集热器（2025）概念设计

该集热器将槽式开口规格由5.77米变更为14米。

三、边界条件

通过SAM 光热分析软件，将国际槽（开口5.77米）与开口宽度为8.18米和14米的槽式集热器进行对比，边界条件见图3所示。

图3 三种不同规格的槽式系统边界条件

四、计算模拟结果

图4 计算模拟分析结果

通过以上计算模拟结果可以看出，随着槽式开口宽度的增加，年均光热效率增加较多，且年均光电效率增加幅度较多。但是槽式集热器的开口宽度也不可能无限增大，主要制约因素是目前的制造水平和加工工艺所决定的。

图5 占地面积对比分析

通过图5，三种不同槽，占地面积随着开口宽度的增加而减小，且幅度较大。

五、结论

通过上述分析可以得出以下结论：

1）随着槽式开口宽度新技术的应用，电站年均光热机光电转化效率逐步提升；当采用8.2米开口集热器时，槽式电站的光电效率已与当前技术水平的塔式熔盐电站效率水平相当；随着集热器效率的提升，槽式电站总效率会进一步提高。

2）随着槽式集热器开口的增大，电站在相同发电量的情况下，方案（开口8.18米）占地面积降低超过10%，方案（开口14米）占地面价降低超过20%，从而降低土地费用，进而降低整个电站的建设投资成本。

3）为槽式技术发展提供了指引方向：大开口槽式聚光器可以增加光热效率，降低结构重量，减少回路阵列，减少土建基础，减少管道阀门，减少控制跟踪，减少旋转接头，进而降低光热电站的投资成本。