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创新型SUNSAIL光热发电系统和“BOSS”服务全解读

发布者：本网记者xylona | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 5958查看 | 2017-11-16 11:50:00

　　　——专访钜光太阳能科技（北京）股份有限公司董事长刘晓冰

　　CSPPLAZA光热发电网报道：“中国光热发电行业起步较晚，但我们不能只甘于做国外技术的跟跑者，我们要与其并肩跑，甚至不断超越，成为全球光热发电行业的领跑者。”钜光太阳能科技（北京）股份有限公司（以下简称钜光）董事长刘晓冰日前在接受CSPPLAZA记者专访时如是表示。

　　刘晓冰带领下的钜光正从两个方向发力，来践行他所说的这句话。11月10日，钜光在青海德令哈落户的全国首个光热电站调试运维服务中心“BOSS服务中心”揭牌成立。同时，钜光积蓄多年研发的SUNSAIL单塔双碟式聚光系统样机“SUNSAIL800-600”也于青海博昱新能源公司厂区内动工建设。

图：钜光董事长刘晓冰

　　集合槽、塔、碟三种技术优势于一身

　　CSPPLAZA：分体运行太阳能碟式聚光发电系统（SUNSAIL系统）是钜光的核心技术，其创意始于2010年8月，请问这个创意是怎么产生的？

　　刘晓冰：这主要在于我对槽式、塔式、碟式三种太阳能热发电技术路线的经验积累。2003年12月8日，我离开沈阳的一家国企来到北京，加入了中科院电工所王志峰老师的团队，并担任团队的副主任，自此以后我真正进入了太阳能热发电领域。

　　在此期间，我参与了塔式、槽式以及碟式太阳能集热器的研发，其中包括全国第一个槽式系统，总长约12米，建于北京通州。在国家“十一五”863项目中，我有幸担任了其中的国家太阳能塔式热发电项目定日镜方面的组长。在此期间，我深度参与了对塔式定日镜的设计、制作、安装、调试及测试等工作，并对其有了更为充分和全面的了解。

　　2009年完成这个国家课题以后，加入了一家美国公司，这家公司的技术源自美国NASA研发的碟式太阳能技术。我在该公司担任副总裁期间的主要责任就是将这个示范系统推向市场。按照计划，公司计划采用该技术在敦煌建设装机18MW的光热电站。

　　但事实上，在调试过程中，我们始终无法将系统调试至设计温度，在对系统的每个部分进行逐一甄别后，我们发现该技术可谓是“先天不足”，在设计储热系统温度850摄氏度情况下，其实际温度只能达到约500摄氏度，那么这将近300摄氏度的热量损失到哪里了呢？经排查后发现，系统的管道过细，流量过小，相对损失过大，3米长的管道损失热量将近300摄氏度，这对整体系统而言是个“死穴”，采用一般方式几乎无法解决。

　　在重压之下，我结合此前针对不同技术路线的经验，以及该项目的失败教训，将项目原有设计的88个碟式系统变成两个碟，因此，在SUNSAIL系统中既能看到塔式与槽式技术的影子，又有碟式的技术根基，且规避了空气传输管道热量损失的弊端。

　　2010年，我就SUNSAIL技术申请了专利，并接受公司指令在半年内制造出该技术样机，用这一技术替代原有技术建设18MW的光热电站。经项目业主单位几轮分析论证后同意，用SUNSAIL替代原有的聚光集热方案。设计院也对此进行了可行性分析。2011年10月份，敦煌发改委、能源局也对SUNSAIL方案非常青睐，甚至提出将SUNSAIL电站作为一道景观，把项目原选址地改至省道附近。但遗憾的是，由于公司资金链断裂，最后这一设想并未实现。

　　2012年我对这一技术又做了进一步升级。SUNSAIL一代技术需要与汽轮机耦合，也需要用水，目前的SUNSAIL第二代系统是通过与微燃机、斯特林机、超临界CO2布雷顿机结合做到“无水”发电，即日常只需镜面清洗用水，发电过程则无需用水。

　　CSPPLAZA：作为一种创新型技术，您认为SUNSAIL与槽式或者塔式技术路线相比有何优势？

　　刘晓冰：在光热发电常见技术路线中，碟式技术的最大优势就在于高效率，例如斯特林机的效率可以达到30%以上，甚至40%。从光热发电的技术来讲，槽式技术是目前最稳妥的技术，从成本而言也是目前最低的，但是导热油槽式技术输出的温度一般在393摄氏度左右，但这一温度一般只能用于过热蒸汽发电，而过热蒸汽发电机组热电转换效率最高也仅有30%左右，再乘上此前的热效率，最终理想的光电转换效率可能仅有24%。而效率往往决定了机组一年的发电量，也是制约电价的重要因素之一。

　　通常情况下，塔式技术路线目前成本高于槽式，且占地面积大，但当前之所以有声音认为塔式技术能走得更远，就在于塔式这种点聚焦式的技术可以让系统达到更高的运行温度，甚至实现超临界技术发电。传统的燃煤技术正在关停小机组，让技术向超临界甚至超超临界方向发展，这是火电目前正在走的路，那么在成本下降困难的情况下，光热发电若想要替代火力发电势必要提高机组发电效率，例如提高镜场输出参数，采用超临界技术，效率能够达到44%。因此有观点认为塔式技术能比槽式技术走得更远，但这一观点的前提是使用熔盐工质运行温度达到560摄氏度以上，若采用过热级发电技术槽式不会逊于塔式的。

　　但国际上也有把碟式系统作为未来发展方向的观点，一般而言集热温度越高，效率越高。SUNSAIL的运行温度就可以在600摄氏度至1600摄氏度之间取舍，根据应用端或者负荷端的需求输出相应温度以及相应的能量。通过超临界二氧化碳透平发电或者前置储热、后置斯特林机发电的方式以及微燃机发电的形式提升项目年发电量。

　　就热损失而言，SUNSAIL的热损低于槽式。槽式集热场面积大，输送管网长，造成其热损失相对较大，它要靠设置伴热系统来维持基础温度。

　　就光损失而言，SUNSAIL的光损失低于塔式。50MW的塔式光热电站，镜场最远定日镜和集热塔距离甚至可以达到1.5公里以上，这意味着其光在聚集过程中衰减很大，它光斑溢出也不可避免，但SUNSAIL的聚光光程很短，仅几十米左右，且抛物面的三点一线逐日跟踪方式，使得光的余弦损失非常小。

　　此外，还有更重要的一点就是无水发电。当前太阳能热发电行业面临一个较为“尴尬”的问题：太阳能热发电站适宜建设于DNI值较高的戈壁沙滩，但是往往这些地区严重缺水。在“十三五”可再生能源规划中就提到引领太阳能热发电发展的技术应该是深度节水技术。而SUNSAIL的特点恰恰符合这一发展方向，这更是其相对于槽式与塔式的优势所在。

　　CSPPLAZA：相对于传统碟式技术，SUNSAIL具有怎样的优势？

　　刘晓冰：传统碟式技术路线包括碟式斯特林机发电，最稳定的单碟只有25千瓦，功率较小且发电功率较难增加。有人曾想将单碟发电功率设计为30千瓦，增加了5千瓦，结果却不尽人意。当然可能还有其它因素的影响，譬如增加了机组发电功率，势必需要加大聚光镜的面积，远端支撑着的斯特林机距离碟的位置则要更远，这些都会影响聚光能流的稳定性。

　　传统碟式最致命的问题就是没有储热。国家首批光热发电项目名单之所以没有碟式项目，和目前碟式斯特林发电技术无储热不无关系，没有储热就无法完全展示出光热发电的优势。若无储热，碟式技术的性质将与光伏类似，但相较于光伏，碟式技术并无成本优势。

　　但事实上，从70年代开始，碟式聚光集热技术分为两种技术路线：聚光-集热-碟式斯特林机直接发电和聚光-集热-储热-发电/热利用模式。SUNSAIL系统则采用的是第二种方式，通过集热塔吸热-储热然后发电。因此，SUNSAIL可能成为碟式在该发展方向上的新的里程碑。钜光所作的就是搭建了太阳能聚光集热的一个平台，后续需要靠多单位，多学科和相关产业的发展来推动和实现其的市场应用。未来SUNSAIL将邀请中国科学院电工所来进行第三方性能检测。

　　此前我带领的美国公司团队为18MW电站设计的单个系统是1250m²聚光面积，而本次SUNSAIL样机集热面积设计为800m²。就目前全球范围内而言，澳大利亚和以色列分别都有不同形式的碟式聚光集热系统，聚光面积都为500m²。SUNSAIL采用800m²的设计，既突破了世界现有记录，又不会造成太大的技术困难；既可以验证了系统性能和技术的可行性，又减少了样机的投资。SUNSAIL800-600样机的名称含义就是800m²的集热面积，达到600摄氏度的输出温度和每小时590kW的功率输出能力。

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