终极槽太阳能集热器性能成本分析

谢 宁 中国葛洲坝集团装备工业有限公司

1 引言

太阳能光热技术主要分为塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式四种类型。其中，槽式光热发电技术作为首个商业化的发电方式，其技术标准、运营经验都是比较成熟的，也是目前实现可靠商业化运行的太阳能热发电技术。槽式太阳能集热槽是槽式太阳能光热发电系统的核心技术之一。

目前市场上主流的集热槽型代表为西班牙SENER公司的Sener Trough II，欧洲槽（Euro Trough）、终极槽（Ultimate Trough）、西班牙Abengoa 公司的ST8。终极槽技术是德国FlabegFE 公司研发的最新一代集热槽型。该槽型是在欧洲槽技术基础上发展起来的槽式光热发电新技术，在目前所有槽式技术中，终极槽经济性最好，且具有较大的聚光比，能够较好的应用于熔盐介质。

2 终极槽与ST8槽型技术对比

终极槽是欧洲槽的一次技术升级，采用的是框架抗扭箱结构。ST8槽型则采用的是空间框架结构。相同情况下，与框架抗扭箱结构相比，空间框架结构钢架重量更轻，但现场安装成本控制较高，由于在风载下其很容易变形导致了光学性能及抗风性能较差。反之，框架抗扭箱结构利用悬臂可为反射镜提供更为有力的支撑，不易形变，导致其在光学性能、抗风性能具有更优异的性能，且现场安装成本较低，但是重量要比空间框架结构重的多。终极槽能抵抗42m/s的强风，而ST8只能抵抗38m/s的风速。

表1 终极槽与ST8槽技术参数对比

综合比较来看，ST8 具有更高的聚光比，但由于结构相对脆弱，聚焦能力反而较差，光热转换关键参数拦截因子比终极槽相差3.7 个百分点。同时，ST8 的SCA 集热面积比终极槽小23.7%，整个光场建设中需要更多的回路组件，系统会更复杂。

表2 某光热电站为例终极槽与ST8槽参数对比

由上表看出，相同容量的光热电站，由于发电效率只有15.1%，ST8 集热面积比Ultimate Trough高5.7%。

从整个集热场投资看，使用终极槽技术的集热场总投资可比ST8降低了10%左右。主要原因是，ST8需要更多的回路组件和辅助系统，这部分成本远远高于钢结构节省下来的成本，同时由于ST8 槽钢结构的轻量化，使得其光热转化效率没有实质性提高。

3 集热槽开口宽度分析

集热槽大型化是目前槽式集热器的发展趋势，可以进一步降低太阳能聚光场的投资成本，同时提高光热转化效率。集热槽的开口宽度是衡量集热槽性能的关键指标之一。当前市场主流的集热槽型中，Abengoa 公司的ST8 开口宽度是最大的，达到8.1m；终极槽（Ultimate Trough）开口宽度为7.5m，Sener Trough II 开口宽度为6.87m，欧洲槽（Euro Trough）开口宽度为5.77m。

但通过ST8 槽与终极槽对比，开口宽度并不是越大，聚光效率就会越好，开口越大，系统因自重、不稳定载荷等因素产生的变形就会越大，直接会导致聚光效率的下降。同时在极端恶劣的环境（强风、温差）中，系统需要保持稳定运行所要配置的组件成本也会大幅增加。目前，终极槽在所有槽型中体现了最好的技术优势和经济优势，有利于应用于实际项目。因此在今后的研发中，是否要继续扩大集热槽本身的开口宽度来换取更高效的光热转化效率，需要在后续的更多的研发工作和实验验证。

4 终极槽与欧洲槽、Sener Trough II技术对比

从表3 可看出，终极槽是重量最重的集热器，集热器质量密度达到29.7kg/m2,但是在集热面积比欧洲槽减少了9%，回路数量上减少了56.6%，比Sener Trough II 减少了42%。因此终极槽整体性能相对优异。

表3 某光热电站太阳岛各槽型参数对比

表4 某光热电站太阳岛各槽型投资对比

通过表4数据所示，终极槽在主要部件投资上与欧洲槽相比高出7%，与Sener Trough II 相比高出6%，但是从总投资上看终极槽总投资最低，与欧洲槽相比低15%，与Sener Trough II相比低10%。

5 结束语

太阳能集热槽是槽式太阳能光热电站热量来源的核心部件之一。太阳能集热槽性能的优劣直接影响着光热电站的发电效率。终极槽是当前市场中主流槽型，具有较大的开口尺寸及较高的光学性能，与其他类型的槽型相比，其钢结构的花费较高，但通过技术优化，利用终极槽技术的集热场的总投资是最低的。成本节约主要体现在基础、回路组件（旋转接头、传感控制、驱动、阀门等）、管路系统、储热系统以及更小的集热面积上，是目前市场上效率最高、投资成本最低的槽式集热器技术。