CSPServices:光场系统的质量保证方案
发布者:本网记者Summer | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 4584查看 | 2015-07-13 18:33:00    
  CSPPLAZA光热发电网报道:德国CSPServices公司总经理Klaus Pottler出席了6月25~26日在京召开的中国国际光热电站大会暨CSPPLAZA年会2015,并发表了“太阳能热发电光场系统的质量保证方案”的主旨演讲。

下面刊出的是Klaus Pottler演讲的主要内容:(注:本文根据速记和录音资料整理,文章内容未经演讲者本人审阅。)

  我叫Klaus Pottler,我来自CSPServices公司,大家在相关研究的网站上也可以找到我发言的资料。

  CSPServices公司是一家私营的公司,建立于2007年,有80位工程师帮助我们进行质量上的保证。要建立这个公司的原因是行业需要我们对光热的原型产品进行测量,由于很多的行业和公司有这方面的要求,所以就建立了这方面的研究机构,我们有几个业务部门。我们和DLR(德国宇航中心)有很密切的关系。我们的成长是很快速的,在光热发电方面有着很多的积极的活动,我们的总部在德国,我们在西班牙也有我们的办公室。

图:Klaus Pottler发表演讲


  我们公司的主要目标是要将研发的成果在行业中应用,以提升光热发电技术,这意味着可以为电站开发商提高项目运行性能,降低项目投资的风险,提高太阳能发电的竞争性;为电站运营商提高光电的产量,提高收益率;这对整个的社会和整个环境来说,能够降低光电成本,减少二氧化碳的排放。

  集热管它聚集了反射镜反射的光热能量。照片很形象,内部的管道已经达到250度,但是这三只鸟还是安然的站在了管道上,这意味着管道基本没有热量损失,所以集热管外部的温度非常低,以至于连鸟站在上面都没有任何影响,不会影响他们的栖息。我们也希望我们的客户实现这一点,应该保证整个的管道是温暖的,但是基本没有热量损失而造成利润损失。如果使用了高质量的产品就可以做到这一点,如果没有做到质量保证的话,未来可能会出现一些问题。

  我们销售不同的测量产品,这些产品大多是用在世界上很多的制造类公司,例如集热器制造商。已有2000兆瓦装机的槽式电站用到我们的设备,用它来控制这些蒸汽的生成,我们给不同的客户展示各种各样的检测产品原型。

  提高质量保证的出发点是什么呢?第一,我们知道光场占整个电站很大一部分,尤其是对于塔式,光场面积占据电站面积很大比重,长线投资可能三四十年才能收到回报,而且有很长的延期,加热器和集收器的方面,也是很大的一笔费用,必须要确保这笔费用是得到保障的。而且电站的输出效率依赖于集热场的质量(如果集热场质量不太有保证的话,通常会有3%~10%的热能损失)。第二,质量控制对工程包商是很必要的,用以确保工程承包商交付产品的质量是没问题的,对于承包商来说,不希望业主对你有任何因质量问题引起的的索赔,因为会增加支出。

  接下来谈谈设备组件高质量的重要性。我举个例子,如果使用的镜板质量有问题的话,你可能会每年损失3.3%的成本,甚至还会在20年间损失4%的发电量,对于200兆瓦的发电场来说就意味着损失780万美元,而这些实际上通过高质量的保证可以得以避免。比如使用高质量保证的反射镜,应用高质量保证的部件的话,上述例子中780万美元的损失就可以挽回。所以我们需要去关注项目设备部件的质量问题,如果做得很好的话有可能不会有任何这方面费用的损失。

  下面我们谈谈我们槽式技术的效率链。如图是在阳光垂直入射的条件下,多种因素影响下槽式集热器的效率梯状图,我们可以看到,影响集热器效率的多种因素。图中的第一考量因素是DNI值,我们会对整个项目的发电能力进行估算,我们要进行一些资源评估,如图是场地资源评估卫星云图,可以对一年的资源情况进行评估,蒙古是日照资源最丰富的,但是取决于现场实际的情况有很大的变化,因为我们并不知道是否可以实现100%资源的获得,这都需要进行估算,作为一个高质量的数据,必须把高质量地面的数据和卫星的数据进行合并才能进行很好的估算。

  我今天早上从西班牙同事那拿过来的直接辐射监测站和旋转遮影带红外线辐射仪。他们应用到一些计量方式。他们检测的标准更高一些。因为如果镜板安装在充满灰尘的地方的话,那每天都要清洁,所以去光场现场是很困难的,因此需要借助这样的设备对现场进行很好的测量。

  我的建议是利用好这样的监测站,从而可以节省一笔钱,把这笔钱用来维持高质量数据的获得,能够在整个过程中使用到高质量的数据。

  对于集热器的设计,影响因素主要有五个:余弦效应、入射角修正、光遮影、末端损失和拦截因子。其中最重要的是拦截因子,所有的集光器都会集中在这个地方,可能是100%,根据具体的角度设计能够更好的采集数据、更好的匹配当地的环境。所以我的建议是:采用有过应用案例并有技术提升的比较成熟的设计;根据电站所在地的产电可能性进行实际的调整,即进行项目场地试验再近一步量身定做式的设计;反复核查项目图纸,这方面可以参考其他像美国和欧洲比较流行的做法,看看那些做法是否适合中国的项目,再做改善;必须建立起覆盖整个项目的集热器技术原型;再者就是广泛地进行几何模型试验、结构模型试验和热力学试验,用不同型号的集热器进行试验。

  对于镜板,影响其效率的因素包括镜面发射率、镜子的型面精度(由反射镜的反射偏差决定,这个数据越小说明反射光线的效率越好)和反射镜的老化等。使用高质量的材料的话,镜面的反射率就会很高,吸光效率就高。对于反射镜的性能现状,我以RP3型号的反射镜(太阳能加权反射率超过94%,弧度为12.5毫弧度)举个例子,它的X轴焦点偏差小于7毫米。

  如图,显示的是德国DLR研究得出的目前的主导反射镜2004-2018年14年间,反射镜x轴焦点偏差(FDx)、反射镜价格和其供应量之间的趋势关系图线和趋势关系预测图线。可以 看出,FDx和价格呈下降趋势,供应量2004-2012上升,而后平稳。这意味着反射镜的质量上升了,成本愈趋向优化性。从2010-2015年,FDx从10mm下降到了5mm。中国有很强的生产制造能力,价反射镜成本从35欧元/m2下降到了目前的15、12、13欧元/m2的样子。整个反光板的质量和效率提高了一倍,成本下降了一倍。这对市场,对我们来说是个好信号。

  对于反射镜方面,我提出以下建议:在招标文件中注明“产品技术说明”以确保反光镜技术的先进性;在采购的过程中要求长期的质保;着重考虑成本和质量同时都考虑进去,使得成本&质量体系最优化;也保证通过一些专业的实验室(比如说科隆专业实验室检测)以确保技术数据的准确性;在产品制造中要经常性地进行样本检测 同时系统会自动跟踪记录检测数据,现在DLR的检测就有这些项目服务。

  下面谈谈集热管方面。如图,是槽式集热管图片。影响集热管效率的因素包括外玻璃管透明度、管内吸热钢管的吸热比(数据越高,性能越好)、吸热管波纹管设计和材料老化性能等。热能损失主要是取决于整个反光板的设计。对于集热管技术现状,我以内径70mm管为例说明一下。它的光学性能约为1.06,(参考DLR对OptiRec产品的检测结果),透光度大于96%;对于热损,350°C条件下约150w/m,400°C条件下约230w/m,这些参数都是可以测量的。对于集热管,我的建议同对反射镜的家以一样:在招标文件中注明“产品技术说明”以确保集热管技术的先进性;在采购的过程中要求长期的质保;着重考虑成本和质量同时都考虑进去,使得成本&质量体系最优化;也保证通过一些专业的实验室以确保技术数据的准确性;在产品制造中要经常性地进行样本检测 同时系统会自动跟踪记录检测数据。

  对于集热回路机器安装,我以槽式集热器回路为例,谈谈以下观点。大家请看图,绿色部分就是一个集热回路,它由位于中间上方的集热管和反射镜组成。不同的组件、模块和形状都是按照固定的角度来设计的,是排成一条线的,所有的组件必须有线性的表列,而且焦距应该是相等的。影响即热回路效率的因素包括:集光器支架的三维精度、聚光器面形精度、三维非线性精度(包括追踪角度调整和抗风追踪精度调整等)。集热管与反射镜回路之间的对齐角度,以及定日镜追踪精度等。要保证项目的高效率,必须要进行日常的检测。目前主流的是具体的检测是EuroTrough几何结构这方面的检测。具体的检测数据如下,我就不说了。


  由于拦截因子对集热器效率的影响非常大,所以这里我想在这方面多做一下强调。大家看图,是工人在对槽式集热回路进行拦截因子检测。那么具体怎么检测呢?这里我介绍“图像采集“检测法,这种方法很简单。具体就是:进入到集热回路的集光区域,从南到北可以对不同的采集器的数据进行比较。部分光线不会直接到达管道,如果出现反射不到的状况必须要进行检查,看看问题到底是怎么产生的,通过这样的测量会看到不同的接收器的管道的情况,而且也可以通过一些电脑的模拟进行分析。大家看这些就是采集到的集热管图片。最后根据分析和采集到的数据就可绘制出这样的波状图:横坐标是不同的图片采集区,纵坐标是相应的拦截因子的检测优化,前后拦截因子的对比图。如图所示,绿色图线表示高质量集光区;红色图线则是低质量集光区。根据红线的图线所在的区域就可以找一找问题出在哪儿,然后解决。从而使得集热回路系统聚光效果达到最优化。我对于回路及其安装,我有以下建议:在招标文件中注明“产品技术说明”以确保反光镜技术的先进性;在采购的过程中要求长期的质保;评估最优化成本&质量体系;通过独立的专家系统挖掘技术原型;制作精细的光场集热系统安装说明、部件系统安装前二次检验、在产品制造中要经常性地进行样本检测同时系统会自动跟踪记录检测数据以及光场安装质量检测等方面。


  对于集热回路及其安装,还有一些具体细节,比如找有资质的专业人员从事部件组装和系统安装,因为非专业的话很多时候不是硬件出现了问题,而是组装的过程中出现了错误,所有的元件安装的过程中,感应器、采集器等等都必须有专业资质的人员进行处理。包括框架的安装等等事无巨细,都必须保证安装的过程中有好的安装质量,只有这样才能保证安装的质量,右图的文件名叫“ScienceDirect”,文件中有对这方面的细节描述,大家也可以直接从网上下载参考。


  集热光场安装完毕后,就是维护和清洁方面的工作了,因为不清洁集光器的话也是热能的损失会很严重,如我前面讲的内容。而维护则是重中之重,而修理维护的前提是设备检测。那么如何去测量呢?目前欧洲有三个检测机构可供大家选择,那就是:德国DLRQUARZ中心(德国宇航中心)、西班牙PSAOPAC实验室和我们的公司:CSPServices。


  DLR是最大的光能设备检测中心,费用也相对昂贵,但是检测技术高端先进。其检测范围涵盖反射镜镜板性能检测(包括QDec系统面型精度检测、镜面反射率检测和镜面半球弧度反射率检测等)和吸热管性能检测(包括OptiRec系统光学性能检测、ThemoRec系统热损检测、过热&热循环检测、波纹管耐久性试验和自然光照条件下设备可操作性检测等)


  西班牙PSA实验室主要做的是不同规格老化试验,摩洛哥和西班牙都会进行这样的测试,主要包括:湿度热循环检测、铜加速盐雾试验、中性盐雾试验、紫外线液压试验、抗腐蚀性试验、湿热&湿冻试验、设备耐磨性试验。


  另外一个就是我们的CSPServices。我们的测试系统包括:自动气象站、反射镜面检测站、集热管机构三维检测站和吸热器光&热学检测站。右图就是我们进行集热器三维检测的图示,下边的是我们的技术人员进行现场拦截因子的检测现场。我们不仅有实验室检测服务,还有项目场地现场专家检测服务。目前,DLR有的项目检测是由我们的检测团队提供的。具体的检测项目包括:气象数据检测;光场专家咨询;集热器原型和吸热器机构的3-D检测;反射镜、吸热管、吸热回路和定日镜跟踪系统的精度设置;本土拦截因子检测和热效率检测等服务。对于镜面板性能的测试,通过这样的中心对整个镜面板和采集器的性能测试,其中会检测到不同的参数和相关的损耗和能耗。还可以进行疲劳测试,可运营性的测试,在真实的光照环境下进行运营方面的测试。可以把反光板和采集器都运来,在光照环境下进行测试,有些实验如果是大规模规划,可能需要很耗费时间。我们也会提供很多远程专业服务和现场专业服务,如果有需求我们可以相互的寻价和报价,我们可以提供相关的服务,也可以提供一些数据,我们也可以根据数据进行分析,也可以给客户提供咨询的服务,业主工程师的服务这是非常特殊的服务形式。


  我给出在质量检测方面一些标准和指导意见,目前比较常用的标准包括EN12975:2006(低中温条件下光热系统&组件-集热器检测标准)、UNE206009:2013(光热电站-术语)……等等,其中有一些是国际通用的,有些是西班牙的,最重要的是IEC62862专委会TC117,他们有自己关于光热方面的特别的标准,这些文件都很有参考意义,我也把网站列出来了,可以通过这样的文件进行具体的考量。


  总结,质保是非常必要的,也是有可能的。因为高质量保证可以首先可以帮助减少财务上的损失,也可以增加收益;高质量设备允许基础设施设备的运维中接受多次检测;现在因为标准和指导原则很重要,很多的国际标准目前还在指定过程中,也并不是很完备,包括质保包括资源的分析和采集器和广场的设计,以及组件的资质、组装等等,必须要非常善于利用这些质保,也必须要高效的利用这样的保障,从长远来看这也是比较省钱的,如果大家需要帮助可以随时来找我们,谢谢!


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  提问:我来自汇银集团,我们是第三大集热管的生产商,你们是一个实验室还是一个研究所呢?


  回答:我们有自己的测试设施,我们有自己的实验室。


  提问:我们知道,如果进行检测的话是需要相关检测资格证书的,然后才能进行相应的认证的报告,你们有没有足够的相应的资质呢?


  回答:问题是对于集热管而言,目前虽然认证方式很多,但是还没有统一的资格标准,我们跟合作伙伴开发出这样的标准,首先我们是需要这些标准然后才能进行认证的。你也可以进行测量,这是技术开发很早的阶段,大多数的测量系统都是原型,可能明年、后年会有更多的改进,目前没有更多的标准。


  提问:但是据我所知,如果要进行检测的话,就需要相应的认证证书或者是报告,大家会找像SGS、TUV这样的公司获得检测认证资格。


  回答:我知道DLR,我也知道一些相关的认证报告,但是我不知道到底哪个认证资格是标准的、官方的,到底哪个认证才能有足够的资质进行检测。检测资格证书仅仅是一纸证书而已,我认为重要的是检测技术。


  提问:一般做检测的机构需要认证的资格,一般有资格TUV和STS,我们花很多钱去他们机构做这样的检测,这是我的问题。


  回答:如果不相信的话,你可以把集热管送到西班牙其它的实验室进行检测。你可以对同一个集热管另外找两家公司进行一个方面的性能检测,如果两个结果都一样的话,你再考虑是否信任我们的检测技术。


  提问:我们可以相信任何的机构,只要有相关的资格证明的话。

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