CSPPLAZA光热发电网 汇聚阳光 智者大成——CSP集热管专题报道
  • Archimede太阳能向熔盐槽式示范电站供应第
  • Schott高温熔盐集热管2014年春季向市场供货
  • 兰州大成聚光太阳能国家地方联合工程研究中
  • 兰州大成三个光热发电项目顺利通过验收
大成聚焦
范多旺的第三次革命
在距离兰州1000余公里之外的敦煌,范多旺的这一梦想正在这里扎根,未来几年,这一梦想如若成真,一家甘肃本土的新能
Rioglass发布新一代UVAC 70-7G集热管
光热发电反射镜和集热管领先制造厂商Rioglass公司11月10日对外宣布,Rioglass正式发布其新一代高温真空集热管产品,
全国政协副主席王钦敏调研兰州大成
调研组听取了兰州大成真空科技有限公司副总经理赵富军对聚光太阳热能科技创新成果的汇报,参观了高温真空集热管成套
关于大成更多

兰州大成科技股份有限公司成立于1998年,2009年10月在原兰州大成自动化工程有限公司基础上整体改制为兰州大成科技股份有限公司。兰州大成以自动化控制技术为基础,自2009年起,依托国家绿色镀膜工程中心,教育部光电与智能控制重点实验室等创新平台,发挥绿色镀膜技术优势针对太阳能光热利用展开研究,目前在光热利用领域已成为既具备高温真空集热管等关键件生产研发能力,又具备聚光太阳能项目系统集成实施经验的业内领导者……

市场潜力
一个50MW不带储热的槽式电站约需4米标准集热管2万支左右。如果按照中国政府的规划到2020年实现3GW的光热发电装机,保守地按槽式电站的装机比例为60%即1.8GW(不考虑储热)粗略概算,则国内市场对集热管的需求量约在72万支左右。
几何参数

不锈钢内管外径:不锈钢内管的外径应大于光斑带的宽度。管径越大对光学误差会有更好的适应性,但管径增大意味着聚光比降低,单根集热管的材料成本上涨。在选择性吸收涂层性能不变的情况下,聚光比降低意味着系统所能达到的最高工作温度降低。对于开口宽度5m~6m的槽式系统,常用的为70mm内径的集热管。

玻璃管外径:玻璃外管的直径应选择一个最优值,直径越大造成的热损也越大,直径太小又难以适应集热管受热而发生的轻度弯曲。目前常见的70mm的不锈钢内管一般选取的玻璃外管的直径为115mm。

集热管长度:增加长度可相对降低安装成本,但在制造工艺上更加复杂。长度过长将增加重力弯曲产生的切应力,并造成抗风性降低,增加破损风险。目前被广泛应用的CSP集热管长度为4060mm。

关键参数

透光率:玻璃管采用硼硅玻璃,透光率约为92% 。镀增透膜可增加透光率至96%左右。

吸收率:为增加金属内管的热吸收率,需镀耐高温、发射率低的选择性吸收涂层。一般为金属+陶瓷结构或双陶瓷结构的涂层。目前一般采用磁控溅射等方法镀膜。选择性吸收涂层必须在400℃下长期稳当工作,保证在此运行温度下不脱落、不老化,并保持高吸收率和低发射率。

有效利用长度:为保证集热管的真空度,需对玻璃和金属进行封接。封接处所占有的面积对集热是无效的,为增加集热管的有效利用面积,需要在不影响封接质量的同时尽量缩短波纹管的长度,一般通过采用更薄、波高更高的波纹管。另外,内置波纹管比外置波纹管显著降低了占用长度,至少提高了2%的有效利用长度。

热损:集热管的热损主要是由热辐射,对流,热传导这三种因素造成,这部分传递到环境中的热量称为集热管的热损失。真空集热管的热损失是聚光集热系统总能量损失的主要组成部分,在很大程度上决定着聚光集热器的光一热转换效率。

关键技术

封接:玻璃与金属的封接直接影响到集热管的真空维持寿命和运行寿命。西门子和Schott两大集热管厂商采用的封接技术不同。Schott作为玻璃行业的领先企业,研发出了膨胀系数与可伐合金完全匹配的5.0中性硼硅玻璃,实现了完全匹配熔封。西门子则采用不锈钢片与3.3玻璃非匹配熔封的技术。

镀膜:真空集热管需要镀多种膜层,包括减反射膜、选择性吸收涂层、抗氧化涂层等。镀膜对镀膜设备的要求较高,各种膜层材料的选择也需要研究。

真空:集热管在长期运行中会出现渗氢,将显著降低集热管真空度,增加热损。集热管的真空度影响着集热管的集热效率。需要采用高效吸气剂等方式来维持集热管的真空度。

集热管简介
集热管是槽式太阳能热发电系统的核心组件之一,其全名为直通式金属玻璃真空集热管。典型的集热管由带选择性吸收涂层的金属内管(不锈钢内管)、同心玻璃外管、波纹管等部件组成。槽式抛面镜将太阳光反射聚焦至集热管上,加热其内部流动的工作介质,为蒸汽发生提供热源。
检测

集热管产品要想成功推向市场,需要经过DLR(实验室模拟环境检测)、NREL(实验室模拟环境检测)和PSA(室外实际运行环境检测)三大权威机构其中之一或多个的检测。以目前受认可度最高的DLR检测为例,其主要基于热损和光学效率两个性能指标的测试。

热损测试——热平衡法。DLR对集热管的热损测试采用热平衡法。即在无太阳辐照环境下,由电加热器加热集热管,通过测量系统达到热平衡时所消耗的电功率确定集热管热损失。以内插值计算方法分别得出其在250℃、300℃、350℃、400℃时对应的热损值。

热损的影响因素:1、真空度,包括排气真空度、密封性能、吸气剂品质;2、封接工艺;3、涂层发射率;

光学效率:DLR对集热管的光学效率的测试采用对比法。即采用相同的光源照射测试管以及标准对照管,管内流动恒温的冷水,通过对水温变化的测量,获得测试管与对照管的效率比值。

光学效率的影响因素:1、玻璃管的透光率;2、涂层吸收率;3、涂层发射率

集热管的技术发展趋势

1.槽式DSG集热管:槽式DSG技术可省去多级换热流程,系统效率和成本效益提升明显。DSG集热管面临的技术难题是需要承受更高的运行压力,选用导热油做传热介质对集热管造成的压力不高于4Mpa,但如果采用水做工质,则需要耐压在10Mpa以上,这对集热管提出了更高的要求。

 

2.槽式熔盐集热管:以熔盐作为槽式光热发电系统的传热和储热介质,将有利于槽式系统效率的进一步提升和发电成本的进一步下降。熔盐集热管面临的技术难点有两个,一为需要耐高温涂层:目前的选择性吸收涂层在高温下运行易分解或脱落,稳定工作温度不超过400℃,这是槽式技术采用熔盐做传热介质的障碍之一,研发耐550℃高温的选择性吸收涂层为集热管技术的一个发展方向。二要增加耐腐蚀性:若采用熔盐做传热介质,其所含的氯离子等杂质将对金属内管造成腐蚀。需采用抗腐蚀的金属材料内管,或改进熔盐的成分,降低其腐蚀性。

 

3.更大尺寸的集热管:90mm或更大尺寸不锈钢内管外径的集热管在单位长度内可传输更多热量,将有效降低光场系统的整体投资,但集热管的尺寸增大,其聚光比将相对减小,不易达到高温。因此,如果要增加集热管尺寸,反射镜系统的尺寸也需随之增大。

大成集热管实际运行案例
案例简析

2012年5月9日,由兰州大成科技股份有限公司、兰州交通大学、国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心产学研创新联盟,在兰州新区共同承担组建的兰州大成太阳能光热产业基地,历经三年时间研发的200kW槽式 + 线性菲涅尔聚光太阳能光热发电试验示范系统顺利并网发电。有功功率超过150kW,当天并网发电量超过200kWh。

 

其中的槽式集热系统由两组各150m长的槽式集热单元组成,左图展示的为其中一列槽式集热单元,该槽式集热示范项目采用了大成设计生产的4米级高温真空集热管,产出蒸汽温度达到340摄氏度,到目前为止已稳定运行一年多。该示范系统的成功运行验证了大成高温真空集热管的稳定性能。

大成集热管
大成70集热管参数

类别

大成真空集热管

实例

金属内管材质

不锈钢管

兰州大成70/90型太阳能真空集热管成功应用于兰州新区200kW聚光太阳能热发电项目槽式及线性菲涅尔式集热器,第一支测试集热管已在实际集热工况下测试超过三年,至今测试结果稳定可靠。兰州新区200kW槽式及线性菲涅尔式聚光太阳能热发电项目共使用大成集热管120支。

吸收率

≥95.5%

发射率(400℃工作温度下)

≤10%

热损(400℃工作温度下)

≤180W/m

透过率

≥96%

集热管有效利用长度

≥97.5%

长度

4060mm

内管直径

Φ70型,Φ90型

外管直径

Φ125,Φ145

光学效率

89.4%

最大允许工作压力

4MPa

真空度

≤10-4Pa

 

注:数据来源:大成科技,cspplaza研究中心整理

大成集热管的特点及研发

AR增透膜

保证了玻璃外管的高透光率和高耐磨性能。

玻璃—金属封接技术

解决了玻璃外管与不锈钢内管因膨胀系数不一致而造成的封接难题。

内管选择性吸收膜

实现了真空集热管高吸收率和较低的发射率 。

耐高温

真空集热管在450℃甚至更高温度下长期稳定工作 。

真空隔热层

金属内管与玻璃外管之间的真空带有较高真空度,实现热损最小化。

吸气剂

以维持真空度的持久性。

注:cspplaza研究中心整理

大成密切关注槽式和线性菲涅尔技术的发展,可批量生产针对槽式和线性菲涅尔式分别研发的Φ70及Φ90集热管。兰州大成的线性菲涅尔式集热器全部采用Φ90式真空集热管,以提高集热器效率。未来Φ90式集热管也可应用于大口径槽式集热器。大成同时也在进行适用于DSG和熔盐工质的集热管研发。

 

大成自主研发的4m级集热管金属内管选择性吸收膜真空镀膜装备已投入生产4年,未来将持续进行内管膜系研发以及真空镀膜装备工艺改进,以进一步提高集热管性能。

Schott第三代集热管

类别

第三代
PTR70集热管

Premium集热管

不锈钢内管材质

DIN 1.4541型不锈钢

Premium集热管同属第三代集热管产品,其独特性在于解决了导热油工质在高温下长期运行产生氢气渗透导致集热管真空度下降的问题。其通过在其中内置惰性气瓶在氢气渗漏之后释放惰性气体,通过大分子的惰性气体抑制氢气的活动,从而极大地改善“热管现象”,维持集热管在长期运行后的高效率。

吸收率

≥95.5%

发射率

≤9.5%

热损

< 250W/m (400°C);
<175 W/m (350°C);
<125 W/m (300°C);

透过率

≥96.5%

集热管有效利用长度

≥96.7%

长度

4060mm

内管直径

70 mm

外管直径

125 mm

光学效率

89.3%

最大允许工作压力

≤40 bar

真空度

≤10-3 mbar

 

注:数据来源:Schott,cspplaza研究中心整理

Schott集热管的特点及研发

AR增透膜

确保玻璃外管的高透光率和高耐磨性能

玻璃与可伐合金完全匹配熔封技术

Schott研发了与可伐合金膨胀系数完全一致的5.0硼硅玻璃,实现完美封接。帮助实现集热管运行寿命的最大化和更换率的最小化

不锈钢内管选择性吸收涂层

实现不锈钢内管低发射率和高吸收率

内置波纹管专利技术

实现更大程度的集热管有效长度利用

真空隔热层

实现热损最小化

惰性气体瓶的独特设计

实现集热管在导热油氢气渗漏较多,吸气剂饱和的情况下,降低“热管效应”,维持高性能运转。

注:cspplaza研究中心整理

肖特太阳能CSP业务开发总监蒋风翔此前在接受CSPPLZA记者采访时指出,"对于未来的集热管技术发展和应用,我们会根据客户的具体方案和需求进行研发生产。目前,除了70mm管外,我们还在进行90mm大管及用于熔盐的集热管的研发制造,并均已进行实际项目的实验性示范应用。我们密切关注槽式光热发电的新技术方向,适应市场的需求开发新产品。"

Schott研发的高温熔盐型集热管将于2014年春季开始向市场供货。这是Schott集热管的第四代产品,也是集热管技术发展史上的一项重大革新。

西门子集热管更多详细内容请点击
西门子集热管参数

集热管型号

UVAC 2010

UVAC 6G

吸收率

96%

96.5%

发射率

9%

9%

热损(400摄氏度下)

1(设定为1)

0.85(相对UVAC 2010的数据)

透过率

96.5%

96.7%

集热管有效利用长度

96.4%

96.4%

长度

4060mm

4060mm

重量

——

23± 0.5 kg

内管直径

70 mm

70 mm

外管直径

115 mm

115 mm

光学效率

89.3%

90.1%

最大允许工作压力

——

40 bar

真空度

——

≤10-4 mbar

数据来源:Siemens,CSPPLAZA研究中心整理

六代集热管性能对比
西门子新一代集热管的创新点及未来

UVAC6G集热管采用了增强型抗反射涂层技术,使玻璃外管的透过率提升到96.7%,内管的吸收率增加到96.5%。
UVAC6G集热管可在-40°C到+70°C的环境温度下运行,适合于中国西部昼夜温差较大的地区。
西门子称,对于西班牙典型的额定发电出力为50MW(不带储能)的光热电站,采用UVAC6G型集热管相比于使用UVAC2010集热管可减少3.8%的回路数量及相应建设投资,对于额定规模的光热电站,即使用同样数量的回路,则可获得额外超过2.5%的发电量。

未来:Rioglass收购西门子后,下一步将如何处理西门子以色列工厂的资产,尚有待观察。作为Abengoa集团的控股公司,Rioglass在Abengoa的体系下将为西门子集热管的技术发展和市场拓展带来什么,也留给业界很大想象空间。但可以肯定的是,全球CSP集热管的市场变局正在发生。

图说大成

最新评论

引用 ericmeng 2014-8-4 23:25
有技术部的同事吗?留个联系方式私聊?
引用 芒果 2014-3-19 14:53
没见大成有啥回复啊
引用 芒果 2014-3-3 15:37
zhuoming: 上述数据是第三方测试数据,还是自测的数据?可否把第三方测试报告附上!
大成的集热管好像没有做DLR检测巴,估计贴出来的是自检数据吧
引用 zhuoming 2014-2-17 10:03
上述数据是第三方测试数据,还是自测的数据?可否把第三方测试报告附上!
引用 chongchao 2014-2-11 18:41
很详细的集热管资料,thanks
引用 jasonwang 2014-1-27 16:24
国产集热管现在的价格多少钱大概?5000卖吗?
引用 AAAAA 2014-1-27 10:54
rio收了西门子后没见啥动静啊?工厂还在以色列现在吗
引用 donglei 2014-1-27 09:16
大成70集热管参数这么高?

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