CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒消息，目前，來自丹麥奧爾堡CSP公司的工程師們正在積極開發(fā)、設(shè)計和優(yōu)化一種非對稱太陽能吸熱器，這是歐洲PHOTON項目的一部分，可與西班牙Tewer Engineering公司開發(fā)的一種新型定日鏡配套。

根據(jù)測算，一旦該技術(shù)成功應(yīng)用于商業(yè)化光熱電站，可大大降低吸熱器的制造成本，尤其是管材成本（降幅最高可達(dá)42%左右），同時還將大幅降低光場成本，并最終有效提升系統(tǒng)整體效率和降低光熱發(fā)電成本。

該項研究得到了歐洲之星計劃的資金支持和丹麥創(chuàng)新基金的資助，旨在獲得更具競爭力的設(shè)計配置，使帶有外部熔鹽吸熱器的塔式光熱系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作更加簡化和優(yōu)化。

為什么要采用非對稱設(shè)計？

目前常規(guī)采用熔鹽作為傳熱流體的塔式光熱電站的吸熱器為圓柱體形狀，往往由很多根約20米高的特殊管材排列組成，同時這些管材的高度都是一樣的。

而非對稱吸熱器這個新概念與常規(guī)吸熱器最大的不同就是不再是一個整體對稱的圓柱體，組成吸熱器的管材高度也不盡相同【詳見下圖】。

為何要這么設(shè)計？研究人員發(fā)現(xiàn)，無論在北半球還是南半球，總有更多的太陽能來自南北其中一側(cè)，即：一個光場并不能將同樣數(shù)量的太陽能輻射通量均勻的傳送給吸熱塔。

下面這張?zhí)柲茌椛渫繄D就清晰顯示出位于南半球的一個50MWe塔式吸熱器所接收到的太陽能輻射通量的不對稱性。

奧爾堡CSP的研究人員發(fā)現(xiàn)，采用不對稱設(shè)計的吸熱器可有效減少產(chǎn)生相同電能所需要的的熱量，從而減小光場的大小。為此，他們利用不同長度的管板組成一個非對稱吸熱器，以更好地匹配吸熱塔周圍射入的不均等的太陽能通量。

奧爾堡CSP的熱能和工藝工程師Stephanie Sigvert S?rensen不久前在韓國舉辦的SolarPACES會議上詳細(xì)分享了該技術(shù)，除了非對稱吸熱器設(shè)計，與之配合的定日鏡也采用了由光伏板供能等新型設(shè)計（每個定日鏡內(nèi)置了一個筆記本電腦大小的光伏板和電池單元，以為定日鏡工作提供動力）。

S?rensen表示，該項創(chuàng)新建立在如下理念的基礎(chǔ)上：光場的輻射通量是不對稱的，為什么不讓吸熱器也不對稱？以更好地適應(yīng)射入的太陽能量。

科研人員進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，距離吸熱塔很遠(yuǎn)和很近的定日鏡具有較大的優(yōu)化空間。S?rensen解釋說，將用于反射陽光至吸熱器頂部和底部的一些定日鏡去掉，可以有效縮小傳熱系統(tǒng)，即主要利用中間部分的高太陽能通量密度區(qū)域，而切斷通量密度較低的區(qū)域（低于100kW/㎡）。同時對于吸熱器制造商來說，這樣做意味著需要更少的材料。

總體目標(biāo)：系統(tǒng)成本下降25%，年發(fā)電量增加5%

據(jù)悉，除了奧爾堡CSP和Tewer Engineering以外，還有其他三個合作伙伴也在參與該項目，旨在整體提升光熱電站效率和降低成本，其中PROTECH負(fù)責(zé)無線通信部分，Metsolar負(fù)責(zé)傳感器部分，Acciona則負(fù)責(zé)發(fā)電機(jī)組部分。

奧爾堡CSP在該項目主要負(fù)責(zé)吸熱器（正在申請“非對稱太陽能接收器”專利，EP1938236）的開發(fā)、設(shè)計和優(yōu)化，該吸熱器旨在與TEWER定日鏡配對。

同時，鑒于奧爾堡CSP在完整光熱系統(tǒng)開發(fā)方面積累了豐富的商業(yè)化運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)（該公司已成功開發(fā)了澳大利亞創(chuàng)新型Sundrop Farms海水溫室項目），該公司還將協(xié)助Acciona開發(fā)蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。

據(jù)了解，上述五個合作伙伴的總體研究目標(biāo)是將光熱系統(tǒng)成本降低25%，并將年發(fā)電量增加5%。

但與很多項目一樣，目前PHOTON計劃由于疫情大流行而被擱置，該項研究正在等待最后的定日鏡測試。此前TEWER研發(fā)的定日鏡原型（見下圖）已經(jīng)在馬德里進(jìn)行了初步測試，現(xiàn)在測試仍在進(jìn)行中，研究人員計劃在西班牙PSA平臺重新開放后進(jìn)行進(jìn)一步測試。

而據(jù)奧爾堡CSP項目經(jīng)理、機(jī)械工程師Jens jorgen Falsig介紹，吸熱器的改造工作主要是將一些管道變得更短，而吸熱器的實(shí)際制造技術(shù)并不會改變，因此沒有必要進(jìn)行測試。他對此解釋道，我們只對管道長度進(jìn)行了優(yōu)化。改造后吸熱器內(nèi)的各個面板有不同的長度，并不是每個面板的管道都是20米，有些可能只有14米，所以制造起來并不困難。

此外奧爾堡CSP進(jìn)一步分析了100MW和50MW兩種塔式電站不對稱吸熱器的制造區(qū)別，它們的主要區(qū)別是管道高度會有所不同。100MW電站吸熱器的部分管道約為14-16米，而非全部為20米；50MW電站吸熱器的部分管道高度則將由原來的15米調(diào)整為6米或12米。

光場空間可縮小30%，管材成本最高可降42%

通過研究發(fā)現(xiàn)，上述所有合作伙伴的總體成本都將有所降低。據(jù)測算，采用該項設(shè)計EPC成本將降低14%以上，電站總體效率將提高約3%，同時LCOE將降低13%以上，這意味著生產(chǎn)同樣數(shù)量的電力所需的太陽能將明顯減少，而100MW塔式電站對于光場的空間需求將降低30%左右。

而與優(yōu)化但對稱的常規(guī)吸熱器相比，優(yōu)化的不對稱熔鹽吸熱器的效率在兩種規(guī)模下都將提升1%左右。

據(jù)了解，非對稱吸熱器成本下降最多的是在材料部分，鋼支架、絕緣、跟蹤等方面用料都將顯著降低，而在較小的塔式系統(tǒng)中則更為明顯，因?yàn)檩^小的光場具有更高的光學(xué)效率。如果是100MW的塔式電站，吸熱器的總成本將可下降13%以上，如果是50MW塔式電站，該成本則將下降20%以上。

就直接材料（管材）成本而言，100MW電站采用非對稱吸熱器可節(jié)省高達(dá)29%的材料成本，而50MW電站則可節(jié)省高達(dá)42%。