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支架——撑起光热电站太阳岛的脊梁

2017-10-26 19:04| 发布者: cassie| 查看: 658| 评论: 1|原作者: 本网记者Zoe|来自: CSPPLAZA光热发电网

  ——光热示范项目供应链关键产品设备系列报道之光热发电支架篇

      CSPPLAZA光热发电网报道:集热管和反射镜都是光热电站太阳岛中最具代表性的关键设备,它们的发展革新常常吸引着整个光热产业的目光,在太阳岛内,还有一个非常重要但不是很受人关注的组成部分,那就是支架,其可谓是撑起光热电站太阳岛的脊梁。

  支架的强度、精度、使用寿命和稳定性对电站的运行至关重要,我国光热电站的选址基本都位于气候条件恶劣的西北地区,支架的质量更是不容忽视。支架设计和安装的不断优化对光热电站整体成本的降低也有重要作用。

  那么,您是否对这一产品有充足的了解?槽式集热器支架和塔式定日镜支架分别有哪些结构方式?支架质量的优劣由哪些因素决定?生产过程中的技术难点又有哪些?未来成本下降的空间有多大?CSPPLAZA在下文中对此进行了解析。

  常见的支架结构

  槽式集热器支架

  据CSPPLAZA了解,就槽式集热器支架来讲,目前主要有扭矩盒(框)式、扭矩管式和空间框架三种结构。以下表格详细统计了三种常见结构的优缺点。

支架类型

优点

缺点

扭矩盒(框)

1. 没有大型的零件。

2. 适合大规模的工业化生产,产量高。

3. 表面处理容易,成本较低。

4. 运输费用低。

5. 技术较为成熟,风险较小。

1. 需要加工单体的零件数量很多。

2. 现场组装的时间较长,需用人工费用较大。

3. 现场调试相对困难,连接零部件多,精度不好控制。

扭矩管式

1. 采用主轴结构,加工精度高。

2. 适合模具化的工业化生产,产量高。

3. 现场组装的时间较短,需用人工费用较少。

4. 在相同的开口宽度下,重量比扭矩盒式要轻。

5. 现场安装调试的精度较高,时间短。

6. 适合制作跨度较长的集热器支架。

1. 需要加工的主轴较长,运价比较高。

2. 大型机械加工设备较多,厂房占地面积较大,加工成本高。

3. 需要定制大型的高精度加工模具。

4. 表面处理需要大型热浸镀设备。

 

空间框架式

1. 重量轻,加工精度高,利于批量化生产。

2. 易于镀锌,单个部件尺寸较小,运输装载率高,易于组装,组装效率高。

1. 需要模具,加工有一定难度。

2. 规模化应用的性价比还需要更多的考量。


       一般来讲,扭矩盒(框)式,运输费用低,风险较小,但组装较费时且精度不好控制,典型如国内外常见的由SBP等公司开发的EuroTrough集热器和UltimateTrough终极槽式集热器,阿本戈公司开发的Astro集热器,西班牙某公司开发的SAMCATrough等。

  中国首座大型商业化槽式光热电站中广核德令哈50MW光热发电项目当前正在紧锣密鼓建设中,其太阳岛的槽式集热器支架就采用了扭矩盒式支架,如下图:


       扭矩管式支架的则组装时间短,重量轻,精度高,但运输加工成本较高,典型如Sener公司开发的SNT-1,SNT-2(SENERtrough®-1/2)等。在实际的应用案例中,摩洛哥NOOR1电站就采用了SENERtrough®第一代槽式集热器设计,而NOOR2电站则将采用SENERtrough®-2第二代大开口槽式集热器设计,这种设计已经在西班牙的Valle2光热电站上进行了示范应用,并证明了其可以带来成本削减和效率上的提升。

图:扭矩管式


 图:在NOOR2电站上安装的SENERtrough®-2集热器

  空间框架结构典型如Abengoa公司的E2,Gossamer公司的GossamerRP2,RP3以及LAT等。

  塔式定日镜支架

  关于塔式定日镜支架,成都博昱新能源有限公司(以下简称博昱新能)总工程师刘俊介绍道:“定日镜支架,按驱动方式来说,有减速机、液压、推杆、大齿轮或者其中两者组合等方式,目前常用的还是双减速机和减速机+推杆方案;按镜架形状,主要有矩形、五边形和圆形等;按定日镜大小,主要有平面、旋转抛物面、球面和轮胎面等近似型面差别;按跟踪方式有水平+俯仰、自旋+俯仰等方式。”

  但综合来讲,定日镜支架最大的差异仍集中在定日镜面积大小上,主要有CSRIO为代表的10平米以下定日镜,采用简单钢结构型式,如图1;BrightSource为代表的面积在20-40平米,主轴为焊接钢管,纵向为角钢或扁钢结构,如图2;还有140平米及以上的,采用冲压件背板,支撑部分依靠檩条或方钢,主轴为焊接钢管,如图3。

图1


图2


图3

  支架的质量和精度控制非常重要

  在光热电站的建设过程中,开发商可根据自己的实际需求和成本来选择支架结构,而在确定结构之后,其质量的优劣就马上会成为主要关注点,对于集热器这种高精度太阳岛设备,支架质量导致的毫米级偏差就意味着聚光性无法保证。

  博昱新能作为自主化槽式集热器支架的代表性厂商,在集热器支架设计上历经多年积淀,经过了多代产品的更迭,才真正掌握了扭矩盒式支架的设计和制造技术。刘俊此前曾表示:集热器是大型、全天候、高精度的光学仪器。以博昱TRP-B型集热器的为例,全天候的暴露在恶劣的自然环境下,经受大风、紫外线、雨雪等的考验,还要持续保持高精度和稳定性,回路截断率高于97%、98%以上,这件事情相当不简单。可能有些人会认为集热器支架是光热电站中无足轻重的部件,但事实并非如此。集热器支架的精度决定着光热电站效率,要求扭矩盒扭转变形不超过1mrad,反射镜支架安装误差不超过3mm,集热管支架安装误差不超过3mm,同一反射镜安装的轴向误差不超过3mm,平衡扭矩测试时允许不平衡偏差不超过200Nm。

  据CSPPLAZA记者了解,支架质量的优劣主要由其材料性能,支架设计强度,设计精度,加工精度,安装精度及成本决定。其中,支架的设计强度和材料性能决定了集热器的使用寿命和在风载较大情况下的聚光精度;安装精度则取决于设计精度、加工精度和人的因素,它往往决定了其集热器的聚光精度,毫米级的误差都有可能使集热器无法将捕获的阳光聚集到集热管上。

  博昱新能董事长张生华曾说道:“支架的精度决定了集热器的聚光精度,千万不要小瞧了集热器支架的设计难度,博昱新能这么多年来,潜心于集热器支架的设计,走了不少弯路,也吸取了不少经验和教训,才得以完全掌握集热器的支架设计和生产工艺。我们通过对各个零配件的强度和刚度、应变应力测量及振动模态等全面而反复的测试,严格把控每个零部件的生产,使得我们目前的槽式集热器支架上千个安装点的累计误差小于2毫米。”

  常州龙腾光热科技股份有限公司(以下简称常州龙腾)EPC中心主任胡桥补充道:“优秀的支架必然光学效率高以及在有载荷情况下光学效率参数稳定,在同等材料重量下抗风载、雪载、地震等外部载荷能力强,防腐性能优秀且工艺易于实现,原材料成本低且易于获得;结构型式简单,制造简便,易于控制,加工成本低;易于包装运输,运输装载率高,包装成本低;安装调试简便,安装效率高,成本低。”

图:博昱新能槽式集热器支架精度检测

  据了解,支架生产过程中的技术难点会根据不同的支架结构有所差异,主要有以下三个关键点:

  1.集热器零部件加工的精度控制与最终组装的精度控制;2.焊接与镀锌热变形问题;3.规模化生产效率和良品率的控制。

  同时,支架的单片在制作好运输到现场以后,需要现场做一个一个单元的组装,生产和安装的全流程起承转合,共同对日后集热器的精度和效率发挥重要影响,严格的质量标准也因此需要细化到每一个步骤里。那么,支架在安装该过程中有哪些注意事项呢?

  首先,支架在运输过程中要做好防震工作,防止变形;其次,要谨记安全永远第一位,支架在运输,吊装等过程中需按规范操作,运输工件固定完善,风速较大时应停止吊装等高空作业等。除此之外,最关键的注意事项则是安装的精度问题。

  胡桥对此强调称,“支架安装精度要求较高,往往达到毫米级的精度要求,为了达到此种精度,需要专业、高精度工装,需要操作人员严格按照作业指导书、现场技术人员的要求进行施工,且定期对组装工装的精度进行检测;安装完成之后需要对安装质量进行复检,保障安装工作有效性。”

  众所周知,我国大部分光热电站都建在气候环境恶劣的西北地区,风沙大,温差大,那么,需要做哪些维护来保持支架使用过程中的精度和使用寿命呢?据CSPPLAZA多方了解,大家均认为正常情况下支架无需做过多的维护,日常巡检即可;再者就是给易磨损部位定期上油,注意表面防腐,定期检查螺栓的松紧度以及定期观测基础沉降并对其进行调整。

  国产支架产品的实际应用案例

  随着光热电站在中国的首次商业化推进,光热发电行业在国内的热度日渐升温,不少产品供应商开始积极投入其中。针对光热支架产品,CSPPLAZA记者近日专门咨询了数家国内供应商,并对他们生产的支架产品和实际应用案例做了整理。

公司名

实际应用案例

首航节能技术股份有限公司

1. 天津槽式试验系统

2. 中广核德令哈50MW式电站(采用ET150设计)

成都博昱新能源有限公司

1. TRP-B型槽式支架(在青海博昱实验回路上已运行2年,效果良好)

2. 发电型槽式支架(出口意大利,客户反应良好)

3. 轻型槽式支架(目前已在国内多个省市有大小项目超过20个,为各个客户提供绿色清洁能源)

4. 67㎡定日镜支架(已在江苏宿迁项目上运行1年时间以上,客户反应良好)

康达新能源设备股份有限公司

1MWt槽式太阳能冷热电联供项目

山西云达机械有限公司

公司的试验平台已做到第五代产品,不久第六代产品即将试验,效果达到设计初的预想值,目前还在改进。

常州龙腾光热科技股份有限公司

1. 内蒙古试验回路项目 2. 延庆863槽式示范项目3. 新华能槽式试验项目

4. 优化后的支架产品将大规模部署在内蒙古100MWe槽式示范项目上

备注:仅统计了部分厂商和案例,如有补充,请联系CSPPLAZA


  据了解,支架作为集热器的关键组成部分,占其总成本约40%~50%左右,而占电站总投资的比重则在13%左右。未来随着供应链体系的成熟,光热市场容量的发展,集热器会倾向大尺寸设计,人工智能加工,以及耐候钢等新材料的应用,这将会打开更大的成本下降空间,下降比例大概在10%~20%之间。

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引用 nmbtzs001 2017-10-30 13:59
作为我国西部较大的钣焊制造中心,银川舟舰钣焊制造有限公司为国内外用户提供太阳能发电集热器支架的制造、安装服务。

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