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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒消息，目前，來自丹麥奧爾(er)堡(bao)CSP公司的(de)工(gong)程師們正在積極開發、設計和(he)優化一(yi)種非對稱太陽能吸熱(re)器(qi)，這是歐洲PHOTON項目的(de)一(yi)部分，可與西班牙Tewer Engineering公司開發的(de)一(yi)種新型(xing)定日(ri)鏡配套。

根據測算(suan)，一旦該技術(shu)成功應用于商業化光熱(re)電站，可大(da)大(da)降(jiang)低(di)(di)吸熱(re)器的制造(zao)成本(ben)(ben)，尤其是(shi)管材(cai)成本(ben)(ben)（降(jiang)幅(fu)(fu)最(zui)高可達(da)42%左右），同時(shi)還將大(da)幅(fu)(fu)降(jiang)低(di)(di)光場成本(ben)(ben)，并最(zui)終有效提升系統整體效率(lv)和(he)降(jiang)低(di)(di)光熱(re)發(fa)電成本(ben)(ben)。

該(gai)項研究得到(dao)了歐洲之星計劃的(de)(de)資(zi)金(jin)支持(chi)和丹麥(mai)創新基(ji)金(jin)的(de)(de)資(zi)助，旨在獲得更具競(jing)爭力的(de)(de)設(she)計配(pei)置，使帶(dai)有(you)外(wai)部熔鹽吸熱(re)器的(de)(de)塔式光熱(re)系統的(de)(de)安裝和調(diao)試工作更加簡化(hua)和優化(hua)。

為什么要采用非對稱設計？

目(mu)前(qian)常規采用熔鹽作為傳熱(re)流(liu)體(ti)的(de)(de)塔(ta)式(shi)光(guang)熱(re)電站的(de)(de)吸熱(re)器為圓柱體(ti)形狀(zhuang)，往往由很多根(gen)約20米(mi)高的(de)(de)特(te)殊管(guan)材排列組成，同(tong)時這些(xie)管(guan)材的(de)(de)高度都是(shi)一(yi)樣(yang)的(de)(de)。

而非(fei)對稱吸熱(re)器這個(ge)新概念與常規吸熱(re)器最(zui)大的不(bu)(bu)(bu)同(tong)就是不(bu)(bu)(bu)再是一個(ge)整體(ti)對稱的圓(yuan)柱體(ti)，組成吸熱(re)器的管材高度(du)也不(bu)(bu)(bu)盡相同(tong)【詳見(jian)下圖】。

為何(he)要(yao)這么設(she)計？研究人員(yuan)發(fa)現，無(wu)論在北(bei)半(ban)球還是南半(ban)球，總有更多(duo)的(de)太陽(yang)能(neng)來(lai)自(zi)南北(bei)其(qi)中一(yi)側，即：一(yi)個光場并不能(neng)將同樣數(shu)量(liang)的(de)太陽(yang)能(neng)輻射通量(liang)均勻的(de)傳送(song)給(gei)吸熱(re)塔。

下面這張(zhang)太陽能輻射通(tong)量圖就清晰顯示出(chu)位于南(nan)半球的一個50MWe塔式(shi)吸熱器所接收到的太陽能輻射通(tong)量的不對稱性。

奧爾堡CSP的(de)研究(jiu)人員發現，采(cai)用不對稱設計的(de)吸(xi)熱器可有效(xiao)減少(shao)產生相同電能所需要的(de)的(de)熱量，從而減小光場的(de)大小。為此，他(ta)們利用不同長(chang)度的(de)管板組成一個非對稱吸(xi)熱器，以更好地匹配(pei)吸(xi)熱塔周圍射(she)入(ru)的(de)不均等(deng)的(de)太陽能通量。

奧爾堡CSP的(de)熱(re)能和工藝工程師Stephanie Sigvert S?rensen不久(jiu)前在(zai)韓(han)國舉辦的(de)SolarPACES會(hui)議上詳細分享了(le)(le)該(gai)技術(shu)，除了(le)(le)非對稱吸熱(re)器設計(ji)，與之(zhi)配合的(de)定(ding)日(ri)(ri)鏡也采用了(le)(le)由光伏板供能等新(xin)型設計(ji)（每個定(ding)日(ri)(ri)鏡內置了(le)(le)一(yi)個筆記本電(dian)腦大小的(de)光伏板和電(dian)池單元，以(yi)為定(ding)日(ri)(ri)鏡工作提供動力）。

S?rensen表示，該項創新建(jian)立(li)在如下理念的(de)基礎上：光場的(de)輻(fu)射(she)(she)通量(liang)是不(bu)對(dui)稱的(de)，為什么不(bu)讓(rang)吸熱器也不(bu)對(dui)稱？以(yi)更(geng)好地適(shi)應射(she)(she)入(ru)的(de)太陽(yang)能量(liang)。

科研(yan)人員進一步研(yan)究(jiu)發現，距離吸熱(re)塔很遠(yuan)和很近的(de)(de)定(ding)日(ri)鏡具(ju)有較大的(de)(de)優化空間。S?rensen解釋說，將用于(yu)反射陽(yang)光至吸熱(re)器(qi)頂部(bu)和底(di)部(bu)的(de)(de)一些定(ding)日(ri)鏡去掉(diao)，可以有效(xiao)縮小(xiao)傳熱(re)系統，即(ji)主要(yao)利用中(zhong)間部(bu)分(fen)的(de)(de)高太陽(yang)能通量密度區(qu)域，而切斷(duan)通量密度較低(di)的(de)(de)區(qu)域（低(di)于(yu)100kW/㎡）。同(tong)時對于(yu)吸熱(re)器(qi)制(zhi)造商來說，這樣做(zuo)意味著(zhu)需(xu)要(yao)更少的(de)(de)材料。

總體目標：系統成本下降25%，年發電量增加5%

據悉，除了(le)奧爾堡CSP和Tewer Engineering以(yi)外，還有其他三(san)個(ge)合作伙伴也在參(can)與該項目，旨在整體提(ti)升光熱(re)電站效率和降低成本，其中PROTECH負責無線通信(xin)部(bu)(bu)分(fen)(fen)，Metsolar負責傳感(gan)器部(bu)(bu)分(fen)(fen)，Acciona則負責發電機組部(bu)(bu)分(fen)(fen)。

奧爾(er)堡CSP在該項目主要負責吸熱(re)器(qi)（正在申請(qing)“非對稱太陽能接收器(qi)”專利，EP1938236）的開發、設計(ji)和優化，該吸熱(re)器(qi)旨在與TEWER定日鏡配對。

同時，鑒于奧爾(er)堡(bao)CSP在完整光熱系統(tong)開(kai)(kai)發方面積累了(le)豐富的商(shang)業(ye)化運營經驗（該公(gong)司已成功開(kai)(kai)發了(le)澳大利(li)亞創新型Sundrop Farms海水溫室項目），該公(gong)司還將協助Acciona開(kai)(kai)發蒸汽發電系統(tong)。

據了解(jie)，上(shang)述五個合作伙(huo)伴的總(zong)體研究目標是將光熱系統成本(ben)降低25%，并(bing)將年發電量增加5%。

但與很多項(xiang)目一樣，目前PHOTON計(ji)劃由(you)于疫情大流行而被(bei)擱置，該項(xiang)研(yan)(yan)究正在等待最后(hou)的(de)定日(ri)鏡測(ce)試。此前TEWER研(yan)(yan)發的(de)定日(ri)鏡原型（見下圖）已經在馬德里進(jin)行了(le)初(chu)步測(ce)試，現在測(ce)試仍在進(jin)行中(zhong)，研(yan)(yan)究人員計(ji)劃在西班牙(ya)PSA平臺重(zhong)新(xin)開放后(hou)進(jin)行進(jin)一步測(ce)試。

而據奧爾堡CSP項目經理、機械(xie)工程師Jens jorgen Falsig介紹，吸(xi)熱(re)器(qi)的改造工作主要是(shi)將(jiang)一些(xie)管道變得更(geng)短，而吸(xi)熱(re)器(qi)的實際(ji)制造技(ji)術(shu)并(bing)不(bu)會改變，因此沒(mei)有(you)必要進行(xing)測試。他(ta)對此解釋(shi)道，我們只(zhi)對管道長度(du)進行(xing)了優化。改造后吸(xi)熱(re)器(qi)內的各個面板有(you)不(bu)同的長度(du)，并(bing)不(bu)是(shi)每個面板的管道都是(shi)20米(mi)(mi)，有(you)些(xie)可能只(zhi)有(you)14米(mi)(mi)，所(suo)以(yi)制造起來(lai)并(bing)不(bu)困難。

此(ci)外奧爾堡CSP進一步分(fen)析了(le)100MW和50MW兩種塔式電站(zhan)不對稱吸(xi)(xi)熱器的制造區別，它們的主要區別是管道(dao)(dao)高度會(hui)有所(suo)不同。100MW電站(zhan)吸(xi)(xi)熱器的部分(fen)管道(dao)(dao)約為14-16米(mi)(mi)，而非(fei)全部為20米(mi)(mi)；50MW電站(zhan)吸(xi)(xi)熱器的部分(fen)管道(dao)(dao)高度則將由(you)原來的15米(mi)(mi)調整(zheng)為6米(mi)(mi)或12米(mi)(mi)。

光場空間可縮小30%，管材成本最高可降42%

通過研究(jiu)發現，上(shang)述所(suo)有合作伙伴(ban)的(de)總(zong)體成(cheng)本(ben)都將(jiang)(jiang)有所(suo)降低。據測算，采用(yong)該項(xiang)設計EPC成(cheng)本(ben)將(jiang)(jiang)降低14%以(yi)上(shang)，電站(zhan)(zhan)總(zong)體效率(lv)將(jiang)(jiang)提高約3%，同時LCOE將(jiang)(jiang)降低13%以(yi)上(shang)，這(zhe)意味著生產同樣數量的(de)電力所(suo)需(xu)的(de)太陽能將(jiang)(jiang)明顯減少，而100MW塔式(shi)電站(zhan)(zhan)對(dui)于光(guang)場的(de)空(kong)間(jian)需(xu)求將(jiang)(jiang)降低30%左右。

而(er)與優化但對稱的常規吸熱器相比，優化的不對稱熔鹽吸熱器的效(xiao)率在兩種規模下都將提(ti)升1%左右。

據(ju)了(le)解，非對(dui)稱(cheng)吸熱器成本下(xia)(xia)降(jiang)最多(duo)的是在材料部(bu)分，鋼支架、絕緣、跟(gen)蹤等方面用料都將(jiang)(jiang)顯(xian)著降(jiang)低，而在較小的塔(ta)式(shi)系(xi)統中則(ze)更為(wei)明顯(xian)，因(yin)為(wei)較小的光場具(ju)有更高(gao)的光學效率。如(ru)(ru)果是100MW的塔(ta)式(shi)電(dian)站，吸熱器的總成本將(jiang)(jiang)可(ke)下(xia)(xia)降(jiang)13%以上，如(ru)(ru)果是50MW塔(ta)式(shi)電(dian)站，該成本則(ze)將(jiang)(jiang)下(xia)(xia)降(jiang)20%以上。

就直接材(cai)料（管材(cai)）成本而言，100MW電(dian)站(zhan)采用非對稱(cheng)吸(xi)熱器可(ke)節省高達29%的材(cai)料成本，而50MW電(dian)站(zhan)則可(ke)節省高達42%。