在浙江杭州盛大召開的第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會中,大連耀皮玻璃有限公司(以下簡稱“大連耀皮”)副總經理楊繼宏出席會議并作主題演講《高性能超白玻璃對光熱電站的重要性分析和研究》,深入剖析了超白玻璃的四大關鍵性能以及其對光熱電站效率與收益的影響。
圖:楊繼宏
什么是超白玻璃?
超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃,也稱低鐵玻璃、高透明玻璃。它是一種高品質多功能的新型高檔玻璃品種,透光率高,應用于太陽能光熱發電的超白玻璃透光率可達91.5%以上。
楊繼宏表示,玻璃中的鐵含量是影響玻璃透過率的最主要因素。普通超白玻璃是150PPM的含鐵量,但是應用于光熱發電的超白玻璃至少在90PPM以下。
光熱發電用超白玻璃的四大性能要求
對于光熱電站而言,超白玻璃性能直接影響電站效率與收益。楊繼宏指出,衡量超白玻璃性能需聚焦太陽能光透過率、可加工性、耐候性及自爆率四大核心維度,具體分析如下:
▌高透過率:光熱玻璃的核心性能指標
太陽能光熱發電對玻璃的透過率要求,特指280-2500納米全光譜透過率(涵蓋可見光、紫外線及遠紅外線透過率),該區間透過率是光熱玻璃的核心性能指標,楊繼宏從實際應用數據分析了高透過率對反射鏡熱反射率和光熱電站的收益:
以已投運的50MW槽式電站為例,超白玻璃全光譜透過率每額外提升1%,CSP反射鏡熱反射率可提升1%-1.5%;按電站25年使用壽命、電價1.15元/度計算(不考慮設備運轉、傳熱及儲熱介質選擇等因素),僅透過率提升即可帶來近7200萬元的額外收益。
此外,透過率還影響鏡場成本【詳見下圖】:相同發電量下,提升鏡片反射率可顯著減少鏡場面積,降低電站初始投入。
需特別注意,在多風沙的大西北地區,鏡面清潔度也與透過率強相關——清潔度下降10%,發電量將同步下降10%,對電價的影響同樣達10%,因此定日鏡清潔是維持鏡面透過率的關鍵環節。但是楊繼宏強調清潔度的變化不抵消反射率差異,高反射率鏡片在不同清潔狀態下的性能優勢始終存在。
▌可加工性:面型精度決定光斑利用率
玻璃的可加工性直接影響反射鏡的面型精度,而面型精度(以光斑偏移值FDX為核心指標)是保障光熱電站發電量的關鍵:光斑偏移值越小,面型精度越高,陽光聚焦效率越強,電站發電量越多。50MW電站的反射鏡若每減少1毫米FDX值,每年可多創收45萬歐元。
楊繼宏以大連耀皮的低鐵超白玻璃為例,指出其優異的可加工性可實現更優的聚焦偏差性能,遠優于行業平均水平,能有效保障電站長期發電效率。
▌耐候性:嚴苛環境下的穩定性
光熱電站多建于大西北等氣候嚴苛區域,反射鏡需耐受風沙、高低溫循環、鹽堿侵蝕及頻繁清洗維護,因此玻璃的耐候性(抗風化、抗衰減能力)至關重要。從高溫高濕耐久實驗數據對比來看:
大連耀皮CSP超白玻璃在250小時高濕實驗后,透過率衰減僅0.5%,而普通超白玻璃衰減達5%;2000小時實驗后,大連耀皮產品衰減進一步控制在0.77%,普通產品則升至3.23%。
高溫高濕實驗后,大連耀皮產品外觀無明顯損傷,而其他廠家產品出現明顯性能劣化。
楊繼宏表示,電站運行期間,鏡片反射率的衰減幅度直接決定最終收益——耐候性越強,衰減越小,電站長期收益越穩定。
▌自爆率:光熱電站運維安全與成本的關鍵
玻璃自爆率對光熱電站尤為重要,自爆風險直接影響運維成本與安全。楊繼宏表示目前玻璃自爆率行業平均水平為3‰-4‰。以50MW槽式電站為例,按行業平均自爆率計算,其鋼化鏡鏡場面積達1500-2000平方米,就存在較高自爆風險。
楊繼宏指出,玻璃自爆的核心原因是玻璃中硫化鎳(NiS)的晶相轉變:硫化鎳存在α(高溫)、β(低溫)兩種晶相,在379℃時會發生相變,伴隨體積膨脹4%左右;若硫化鎳及其他雜質雜質控制不佳,在鋼化玻璃的張應力作用下,長期累積便易引發自爆。
因此,控制玻璃自爆率,最主要的就是控制硫化鎳和其他雜質的含量。楊繼宏表示,據2024年數據顯示,大連耀皮硫化鎳控制精度達百萬分之四十,遠優于3‰的行業標準,在自爆率控制上的優勢顯著。
最后,楊繼宏總結了大連耀皮CSP超白玻璃在上述四個維度的核心優勢:
1、極高的太陽光全光譜透過率:通過生產工藝革新,在普通低鐵超白浮法玻璃的基礎上將太陽光全光譜透過率進一步提高了1.5%,顯著提高CSP的光熱轉換效率和CPV的光電轉換效率。
2、極易加工的光學表面:依托世界尖端浮法玻璃制造技術,確保了玻璃基片的品質,生產的玻璃具備易彎曲、易進行熱強化/鋼化處理的特性,加工后仍能保持制鏡所需的平滑光學表面,為高反射率、高面型精度提供核心品質保障。
3、極強的耐候性:通過優化原料配方,大幅提升玻璃的抗風化能力與穩定性,即使在大溫差波動、多風沙侵蝕、雨雪頻繁等惡劣氣候環境中,CSP及CPV反射鏡仍能穩定運行,長期保持較高反射率,有效減少極端天氣對設備性能的損耗,顯著延長反射鏡的使用壽命,降低運維成本。
4、極低的自爆率:采用精細的原料控制,使硫化鎳及其他雜質的含量大大降低,將自爆率降低到極限。
關于大連耀皮:
大連耀皮成立于1992年,2023年5月并入上海耀皮玻璃集團。2013公司成功生產CSP低鐵超白玻璃,成為國內第一家供應CSP超白玻璃的工廠。截止到今年5月份,大連耀皮在建、已建以及已接的國內外光熱項目達到1.7GW【詳見下圖】,其中黃色部分是2023年和2024年已完成項目,橙色部分是正在供貨項目。
圖:大連耀皮國內外光熱項目業績