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01、光熱發電的(de)新發展(zhan)

自2016年9月國家發(fa)(fa)(fa)改委和國家能(neng)(neng)(neng)源局相繼(ji)公(gong)布了太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)標桿上網電(dian)價(jia)政策（每(mei)千(qian)瓦時1.15元(yuan)）及(ji)第(di)一批(pi)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)示范項(xiang)目(mu)名單，我國太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)項(xiang)目(mu)的(de)(de)(de)商業化建(jian)設與(yu)運行(xing)拉開了序(xu)幕(mu)。2021年9月28日，海南基(ji)地青豫直流(liu)二期340萬(wan)千(qian)瓦外送項(xiang)目(mu)、海西基(ji)地青豫直流(liu)二期190萬(wan)千(qian)瓦外送項(xiang)目(mu)進行(xing)了中(zhong)標候選人公(gong)示，其(qi)中(zhong)包括(kuo)了中(zhong)國電(dian)建(jian)集(ji)團西北勘測設計研(yan)究院(yuan)有(you)限公(gong)司（簡(jian)稱(cheng)中(zhong)國電(dian)建(jian)西北院(yuan)）在內的(de)(de)(de)300MW光熱(re)項(xiang)目(mu)。太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)技術已經(jing)成為構建(jian)以新能(neng)(neng)(neng)源為主(zhu)體的(de)(de)(de)新型電(dian)力系統的(de)(de)(de)重(zhong)要技術支撐。

02、吸熱(re)器技術(shu)新(xin)突破

在塔式光熱電站中，吸(xi)熱器將高倍太陽能(neng)聚光轉(zhuan)化為高溫熱能(neng)，是整個系(xi)(xi)統的(de)關鍵部件之一(yi)。吸(xi)熱器的(de)性能(neng)直接(jie)決定(ding)了吸(xi)熱介質的(de)出口溫度(du)，進而影響到后續熱功轉(zhuan)換效率，因(yin)此吸(xi)熱器的(de)長(chang)期穩(wen)定(ding)運行(xing)是發電系(xi)(xi)統長(chang)效運行(xing)的(de)關鍵。

根據(ju)傳熱(re)(re)(re)方式的不(bu)同，吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)可分為容積(ji)(ji)式吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)與(yu)管式吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)兩大(da)類。管式吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)中吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)工質的溫度(du)(du)要比管壁(bi)溫度(du)(du)低，吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)工質所(suo)能達到(dao)的最(zui)高溫度(du)(du)受管壁(bi)材料的限制。容積(ji)(ji)式吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)中，由(you)于多(duo)孔介質材料有較大(da)的傳熱(re)(re)(re)面積(ji)(ji)，故(gu)吸(xi)(xi)(xi)(xi)熱(re)(re)(re)工質的溫度(du)(du)往往能夠達到(dao)多(duo)孔介質的溫度(du)(du)，最(zui)高可達1200℃。

圖1：管式(shi)(shi)吸熱(re)(re)器（左）與容積(ji)式(shi)(shi)吸熱(re)(re)器（右）的(de)傳(chuan)熱(re)(re)原理

（1）管式吸熱器

外露管式吸(xi)熱結構簡單，可接(jie)收360°范圍(wei)內的(de)太陽輻射(she)(she)，有(you)利于鏡場大規模(mo)布置，是(shi)目前應用(yong)最廣泛的(de)吸(xi)熱器形式。但(dan)外露管式吸(xi)熱器也存在不(bu)足之處，尤其是(shi)反射(she)(she)、輻射(she)(she)及對流散熱造成的(de)能量(liang)損失(shi)較大，熱效率相對較低。

中國電建(jian)西北院依(yi)托青(qing)海共和(he)50MW熔鹽塔式(shi)光(guang)熱(re)電站，對外(wai)露管式(shi)吸熱(re)器開(kai)展了系列研究。

通(tong)過對實際(ji)氣(qi)象條件下的(de)動靜態仿真，分析了太(tai)陽(yang)法向(xiang)(xiang)直射輻照(zhao)度(du)擾動下吸(xi)(xi)熱器(qi)(qi)出(chu)口熔鹽(yan)溫(wen)(wen)度(du)、表面(mian)最(zui)高溫(wen)(wen)度(du)、散熱功率的(de)過渡過程響應時間對吸(xi)(xi)熱管軸向(xiang)(xiang)溫(wen)(wen)度(du)梯度(du)的(de)影響，并(bing)利(li)用(yong)外(wai)露(lu)管式吸(xi)(xi)熱器(qi)(qi)特(te)性參數與(yu)太(tai)陽(yang)法向(xiang)(xiang)直射輻照(zhao)度(du)和熔鹽(yan)流(liu)量(liang)三者間的(de)定(ding)量(liang)關系改進了運(yun)行中(zhong)的(de)熔鹽(yan)流(liu)量(liang)調整策略。

圖2：青海共和50MW熔鹽塔式光熱電站吸熱器及管屏

除了外露管式(shi)吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)，商業應用的管式(shi)吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)還有二(er)次(ci)反(fan)射(she)(she)塔管式(shi)吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)。該種吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)布置(zhi)在二(er)次(ci)反(fan)射(she)(she)鏡下部(bu)，吸(xi)收由一(yi)次(ci)反(fan)射(she)(she)鏡匯聚并經過二(er)次(ci)反(fan)射(she)(she)鏡折射(she)(she)的太陽能，吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)內(nei)通過熔鹽(yan)帶走(zou)由鏡場匯聚的熱(re)量。

圖3：二次反射塔光熱電站吸熱器及原理

（2）容積式吸熱器

容積(ji)式(shi)(shi)吸熱器(qi)(qi)中(zhong)，管屏(ping)布置在空腔(qiang)(qiang)內，散熱損(sun)失小，熱效率較高。但腔(qiang)(qiang)體式(shi)(shi)吸熱器(qi)(qi)的窗(chuang)口(kou)朝向一(yi)(yi)側，只能接(jie)收一(yi)(yi)定(ding)范圍內的太(tai)陽輻射，定(ding)日鏡場的布置受到一(yi)(yi)定(ding)限制(zhi)。目(mu)前(qian)商業應用的容積(ji)式(shi)(shi)吸熱器(qi)(qi)有多以空氣為吸熱介質(zhi)，如TSA、SOLAIR-3000、REFOS等(deng)。

圖4：容積式吸熱器示意圖

隨著(zhu)超臨界(jie)二氧化碳布雷頓循環(huan)技術和設備的(de)逐步(bu)成(cheng)熟，容積式(shi)吸熱(re)器(qi)憑借其高溫特(te)性，再次成(cheng)為(wei)(wei)國內外光熱(re)行業(ye)關注的(de)焦點。美(mei)國桑迪亞國家實驗室(shi)（SNL）采用(yong)鋁(lv)土礦(kuang)顆粒(li)作(zuo)為(wei)(wei)傳(chuan)儲熱(re)介質(zhi)，放入由耐火(huo)絕緣墻(qiang)組成(cheng)的(de)空(kong)腔(qiang)(qiang)內，形成(cheng)開(kai)路(lu)腔(qiang)(qiang)式(shi)吸熱(re)器(qi)。另外，德國航空(kong)航天中心DLR也在(zai)研(yan)發以1毫米(mi)的(de)陶瓷粒(li)子(zi)為(wei)(wei)吸熱(re)介質(zhi)的(de)腔(qiang)(qiang)式(shi)吸熱(re)器(qi)。

03、結語

隨著吸(xi)熱介(jie)質材料(liao)(liao)如金(jin)(jin)屬顆(ke)粒、陶(tao)瓷(ci)顆(ke)粒、液態金(jin)(jin)屬等耐高(gao)溫(wen)材料(liao)(liao)的逐(zhu)步成(cheng)熟(shu)，陶(tao)瓷(ci)泡(pao)(pao)沫(mo)、金(jin)(jin)屬泡(pao)(pao)沫(mo)等新(xin)材料(liao)(liao)在(zai)吸(xi)熱器結構優化領域的應(ying)用突破，高(gao)溫(wen)吸(xi)熱器已經成(cheng)為支撐(cheng)(cheng)塔式(shi)太(tai)陽能熱發電向高(gao)參數、高(gao)效(xiao)率發展的重要(yao)技術支撐(cheng)(cheng)。

參考資料

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