槽式光热发电反射镜的分析选择

李良君天津轻工职业技术学院

槽式光热发电反射镜的分析选择

李良君
天津轻工职业技术学院

槽式光热发电是利用抛物线的光学原理，将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，聚集太阳辐射能，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电的一种太阳能光热发电技术，也是技术最成熟、基本实现了商业化的光热发电技术。槽式光热发电系统反射镜的选择决定了槽式集热场的综合性能，并最终影响着光热项目的运行表现。

光热发电；槽式；反射镜

槽式抛物面反射镜的选择决定了槽式光热发电系统的综合性能，并最终影响着光热项目的运行表现。从最早开始投入应用的热弯玻璃反射镜起，到已趋主流的弯钢化玻璃反射镜，槽式光热发电反射镜经历了一次大的演变更迭。

一、两种弯玻璃产品的对比

热弯玻璃：将玻璃原片在金属模具上加热软化后，靠玻璃自重或外界作用力将玻璃弯曲成型，然后自然散热冷却成型。这种工艺决定了热弯玻璃是一种脆性材料，其内部应力不均，抗张强度低，球面变形严重，极易破碎，很不安全。

热弯玻璃可以通过用两片做成夹层的方法而成为安全玻璃。但反射镜背面的保护漆和金属反射层无法和底部玻璃很好地结合，且重量和成本都太高，所以夹层热弯玻璃在光热发电中并未得到广泛使用。

弯钢化玻璃：加热软化成型和热弯玻璃相同，但冷却过程是用专用设备均匀快速冷却的。这种冷却工艺使其具有良好的机械和安全性能，表面压应力在90Mpa以上，机械强度是普通玻璃的4~5倍。

钢化玻璃的热稳定性表现良好，能承受的温度超出普通热弯玻璃2倍，可经受-40~327.5℃的巨大温差变化而不碎裂。破碎后碎片为无锐角小颗粒，避免了人身伤害。其抗弯强度是普通热弯玻璃的8倍，抗冲击强度高出12倍。这些优点使弯钢化玻璃在对机械强度和安全性能要求较高的场所得到广泛应用。

弯钢化玻璃的生产效率比热弯玻璃高。热弯玻璃每小时大约生产50片，而弯钢化玻璃大约180片（通过调节生产流程，弯钢化玻璃的生产效率还有提升空间）。此外，弯钢化玻璃的面型参数比热弯玻璃更好调节，也就更容易调节和控制槽式聚光镜的聚光精度。

两种玻璃产品的性能对比如下表：

工艺优点缺点弯钢化玻璃原片加热至软化温度，使玻璃弯曲成型后，再由专用设备快速均匀冷却而成更高机械性能钢化风冷却设备价格高热弯玻璃原片加热至软化温度后，靠玻璃自重或外界作用力将玻璃弯曲成型，并经自然冷却而成自然冷却抗张强度低，是脆性材料说明热加工工艺一致，冷却方式不同

破坏应力（mpa）耐风压力（mpa）抗冲击高度安全性135 3011 3291 4.5m完全66 860 940 1.3m不安全允许最大破坏应力单片RP3内片单片RP3外片225g钢球

可见，热弯玻璃是在钢化玻璃还未出现时的过渡性产品。如果对玻璃安全性有要求，应全部采用热弯夹层或（弯）钢化玻璃。

二、最优化的槽式反射镜选择

热弯玻璃（RP1）和热弯夹层玻璃（RP2）槽式反射镜在实际应用中经常破损，已退出主流市场。弯钢化玻璃（RP3）反射镜的抗风载等能力相对更强，开口也更小，是目前市场的主流，。据国外已有项目报告，采用开口较大的热弯反射镜，破损率更高，运行成本增大，收益明显降低。

钢化反射镜厂商Rioglass的50MW带储热槽式光热电站显示，RP3型反射镜的更换成本和由此产生的人工成本分别是RP1和RP2的1%和2%；RP1和RP2型反射镜破损时呈块状，极易损坏集热管，带来很高的集热管材料和人工成本，而RP3型几乎对集热管没有损坏。在25年的运行周期内，该光热电站这部分的总运维支出，RP3型比RP1和RP2分别节省约5,249,000和2,599,500欧元。

弯钢化反射镜的具体性能指标也不尽相同。对于国内应用项目，槽式反射镜的选择应重点考虑以下几方面：

1.西北地区风大温差大，必须参考太阳能聚光器模块和组件设计资格和类型标准（IEC62108：2007）及集中式光电模块和组件设计资格鉴定和类型认可标准（BSEN62108：2008）中的要求，对产品的抗机械荷载能力进行测试。

保证集热器在45m/s风速时不会被破坏，即反射镜在162km/h以下速度时不能破损。热弯玻璃的强度较低，只能满足最高100km/h风速的要求，而弯钢化玻璃的最高破坏风速可达200km/h。

2.抗冲击测试必须符合GB9656-2003对汽车安全玻璃（或GB15763.2-2005建筑用安全玻璃）的要求。采用227g钢球冲击时，弯钢化玻璃在4.5m高度不破坏，热弯玻璃则只能承受1.3m高，远远无法满足标准要求。

弯钢化玻璃RP3反射镜内片（1700*1641*4.0mm）的允许耐风压为3011Pa，热弯玻璃反射镜仅为860Pa；RP3反射镜外片（1700* 1501*4.0mm）为3291Pa，热弯玻璃反射镜仅为940Pa。

根据抗荷载设计要求，槽式光热发电反射镜最低承载雪压为2400Pa，热弯玻璃反射镜根本满足不了设计要求。