2.3 HLIACS太陽能聚光集熱裝置結(jié)構(gòu)

圖：兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)示意圖

　　聚光反射鏡結(jié)構(gòu)由底層玻璃鏡片、中間膠層，超白玻璃高反鏡片三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：雙平板玻璃冷彎成型，面形精度高，各處法線方向偏差＜3mrad；使用超白薄玻璃鍍膜，鏡面反射率高達(dá)94.5%；復(fù)合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了反射鏡耐沖擊強(qiáng)度，即使破裂僅對(duì)聚光效果只有微弱影響，聚光反射鏡可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；聚光反射鏡外表面玻璃結(jié)構(gòu)保證反射鏡耐腐蝕及磨損，耐惡劣氣候。該聚光反射鏡已經(jīng)通過國家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)（國家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心）的全面測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到和超過國際水平，能夠真正適應(yīng)風(fēng)沙侵蝕環(huán)境，預(yù)期使用壽命可達(dá)50年以上。

　　支架采用架空式金屬支撐結(jié)構(gòu)，維護(hù)簡(jiǎn)單。由于HLIACS聚光集熱裝置南低北高布置，集熱場(chǎng)有一定的高度，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行集熱場(chǎng)四周邊緣區(qū)域的架空金屬支撐結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)，可有效起到圍護(hù)擋風(fēng)作用，使得集熱場(chǎng)內(nèi)部區(qū)域風(fēng)速顯著降低，從而大幅度減少內(nèi)部鏡場(chǎng)支撐結(jié)構(gòu)的用鋼量，顯著降低建設(shè)成本。同時(shí)對(duì)于降低地面風(fēng)速、保濕降塵、雨水收集、恢復(fù)植被及實(shí)現(xiàn)土地綜合利用方面效果明顯。

圖：兆陽聚光集熱裝置全景

圖：架空式金屬支撐結(jié)構(gòu)（左）、聚光中的集熱場(chǎng)（右）

　　聚光集熱裝置采用純機(jī)械電機(jī)（減速機(jī)加連桿結(jié)構(gòu)）的跟蹤驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)光線追蹤角度的控制更加精確，整套驅(qū)動(dòng)的減速比可以達(dá)到約30萬，大減速比驅(qū)動(dòng)對(duì)長(zhǎng)距離回路驅(qū)動(dòng)精度更高。由于未采用液壓裝置，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耐寒、抗風(fēng)沙，即使布置在多風(fēng)沙的嚴(yán)寒地區(qū)，也能有非常好的適應(yīng)性，同時(shí)檢查維護(hù)直觀簡(jiǎn)單，工作量小。

　　全自動(dòng)清掃裝置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)每日干式旋壓吹掃，無人操作，能耗低，無需耗費(fèi)水資源，清洗頻率為隔日清洗，經(jīng)過折算30年的清洗壽命測(cè)試，鏡面無損傷，可實(shí)現(xiàn)鏡面反射率平均下降值不超過1%。

　　?2.3.2吸熱器

　　采用二次反射（CPC）-真空集熱管吸收方案，主體結(jié)構(gòu)包含真空集熱管、CPC反光鏡、金屬框架等，其中CPC反光鏡負(fù)責(zé)接收聚光器反射過來的太陽光并再次反射使光線向吸熱管中心的真空集熱管聚集；真空集熱管具有優(yōu)良的選擇性吸收膜層，使聚集到內(nèi)管表面的光能盡量多地被管道吸收，并利用真空夾層維持較小的熱損率；金屬框架為CPC反光鏡和真空集熱管提供了必要的定位支撐，同時(shí)承受外界風(fēng)、雪、冰雹等荷載的沖擊。

　　3.兆陽光熱HLIACS的稠油清潔熱采技術(shù)方案簡(jiǎn)單實(shí)用

圖：兆陽光熱HLIACS太陽能聚光集熱裝置產(chǎn)生飽和蒸汽系統(tǒng)

　　如上圖所示，兆陽光熱HLIACS聚光集熱系統(tǒng)用于稠油熱采行業(yè)時(shí)，由于直接使用水工質(zhì)產(chǎn)生飽和蒸汽，相比導(dǎo)熱油、熔鹽工質(zhì)取消了換熱環(huán)節(jié)，工藝流程非常簡(jiǎn)單實(shí)用，清潔安全，運(yùn)行可靠。

　　4.兆陽光熱HLIACS聚光集熱裝置實(shí)際測(cè)試效率高

　　北京兆陽光熱技術(shù)有限公司已經(jīng)完成首座15MW線性菲涅耳式太陽能光熱電站（使用HLIACS太陽能聚光集熱技術(shù)）的設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目總投資約7億元人民幣（含14h儲(chǔ)熱及部分配套展示設(shè)施），裝機(jī)容量15MW，聚光反射鏡面積約40萬平米，設(shè)計(jì)年發(fā)電量7500萬度。目前該項(xiàng)目的一期集熱裝置效率性能測(cè)試已完成，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值。

表：?jiǎn)螚l回路測(cè)試時(shí)段效率測(cè)試數(shù)據(jù)

　　測(cè)試結(jié)果表明，單條回路（10822㎡聚光反射鏡）測(cè)試時(shí)段理論輸出能量與實(shí)際輸出能量偏差率小于10%。2017年8月25日單條回路效率測(cè)試，測(cè)試時(shí)段理論輸出能量與實(shí)際輸出能量分別為11669.0676kWh及11085.2448kWh，負(fù)偏差小于5%；2017年8月29日單條回路效率測(cè)試，測(cè)試時(shí)段理論輸出能量與實(shí)際輸出能量分別為10685.62kWh及11189.47kWh，正偏差約為5%；2017年10月15日單條回路效率測(cè)試的測(cè)試時(shí)段理論輸出能量與實(shí)際輸出能量分別為11851.36KWh及12165.28KWh，正偏差約為3%。

　　經(jīng)過實(shí)測(cè)運(yùn)行驗(yàn)證可知，兆陽光熱HLIACS系統(tǒng)具有較高的實(shí)際聚光集熱效率，特別是在較低太陽直輻照（DNI）（250W/㎡左右）時(shí)，本項(xiàng)目的HLIACS聚光集熱裝置仍可輸出合格的高溫高壓過熱蒸汽，能夠最大程度的充分采集利用太陽光照資源。

　　5.兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)用于稠油熱采項(xiàng)目具備顯著經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)

　　根據(jù)某油田所需熱采的高溫高壓蒸汽參數(shù)要求，以HLIACS吸熱器出口蒸汽48MW為計(jì)算依據(jù)而設(shè)計(jì)如下集熱裝置。按照張家口張北縣太陽直輻射強(qiáng)度（1750KWh/㎡/a）為例進(jìn)行測(cè)算（實(shí)際項(xiàng)目地點(diǎn)光照條件不同時(shí)，鏡場(chǎng)面積會(huì)有相應(yīng)調(diào)整相應(yīng)），HLIACS方案的集熱裝置需要聚光反射鏡面積約15萬㎡，最大輸出功率為67MW，滿足該油田開采所需熱功率和參數(shù)要求。

　　考慮土地集約和盡量不擋光，該集熱裝置占地面積約為32萬㎡；參考北京兆陽光熱技術(shù)有限公司已建項(xiàng)目情況測(cè)算，本項(xiàng)目預(yù)計(jì)建設(shè)工期5個(gè)月，總投資1.125億元，折合到每平米集熱場(chǎng)面積的系統(tǒng)造價(jià)約為750元，使用壽命在25年以上。

　　根據(jù)初步測(cè)算，該集熱裝置年制蒸汽量約15萬噸（吸熱器出口蒸汽參數(shù)15MPa，350℃左右）。以替代天然氣為參考（取噸蒸汽耗天然氣70m3為例），可節(jié)約天然氣約1050萬m3，相當(dāng)于年節(jié)省天然氣費(fèi)用約2625萬元（假設(shè)天然氣價(jià)格為2.5元/m3）。另外，二氧化碳減排量為2.04萬噸/年。本項(xiàng)目總投資以節(jié)省天然氣為計(jì)算參考對(duì)象，項(xiàng)目投資有望在4.3年左右回收，進(jìn)一步考慮氣源及燃?xì)忮仩t等設(shè)備投資及運(yùn)維費(fèi)用，投資回收期將進(jìn)一步大幅縮短，具有很好的投資經(jīng)濟(jì)性。隨著天然氣價(jià)格的不斷上升，假設(shè)替代天然氣價(jià)格上升，其經(jīng)濟(jì)性情況如下表所示。

表：不同天然氣價(jià)格對(duì)應(yīng)的投資回收年限（未考慮氣源及燃?xì)忮仩t等設(shè)備投資及運(yùn)維費(fèi)用）

　　從上述分析可以看出，兆陽HLIACS太陽能聚光集熱技術(shù)是一項(xiàng)成熟可靠且經(jīng)濟(jì)可行的稠油清潔熱采節(jié)能減排新技術(shù)，投資回收快，效益高，既符合國家對(duì)能耗行業(yè)的節(jié)能減排要求，也能促進(jìn)油田的綠色和可持續(xù)發(fā)展。隨著太陽能聚光集熱技術(shù)的不斷成熟，其可靠性將不斷提升、成本還有較大的下降空間，因此該技術(shù)在稠油熱采集輸加熱領(lǐng)域具有十分廣闊的前景，值得關(guān)注。

　　通過此技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可以看出，兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)在產(chǎn)生工業(yè)級(jí)高溫高壓飽和蒸汽方面，具有工質(zhì)清潔環(huán)保、運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠的實(shí)用優(yōu)勢(shì)，在光照資源較好的地區(qū)已經(jīng)具備很好的投資經(jīng)濟(jì)性（初步測(cè)算能夠低于150元/噸的水平），實(shí)現(xiàn)蒸汽成本較大幅度低于天然氣鍋爐的生產(chǎn)方式，甚至可能接近燃煤蒸汽鍋爐的成本水平，能夠在大部分光照資源不太差的地區(qū)及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模推廣，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)和節(jié)能減排做出顯著貢獻(xiàn)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。