2.3 HLIACS太陽能聚光集熱裝置結構

圖：兆陽HLIACS聚光集熱系統示意圖

　　聚光反射鏡結構由底層玻璃鏡片、中間膠層，超白玻璃高反鏡片三層結構構成，具有以下顯著的優點：雙平板玻璃冷彎成型，面形精度高，各處法線方向偏差＜3mrad；使用超白薄玻璃鍍膜，鏡面反射率高達94.5%；復合結構增強了反射鏡耐沖擊強度，即使破裂僅對聚光效果只有微弱影響，聚光反射鏡可長期穩定工作；聚光反射鏡外表面玻璃結構保證反射鏡耐腐蝕及磨損，耐惡劣氣候。該聚光反射鏡已經通過國家權威檢測機構（國家安全玻璃及石英玻璃質量監督檢測中心）的全面測試，各項指標均達到和超過國際水平，能夠真正適應風沙侵蝕環境，預期使用壽命可達50年以上。

　　支架采用架空式金屬支撐結構，維護簡單。由于HLIACS聚光集熱裝置南低北高布置，集熱場有一定的高度，因此在結構設計時進行集熱場四周邊緣區域的架空金屬支撐結構增強設計，可有效起到圍護擋風作用，使得集熱場內部區域風速顯著降低，從而大幅度減少內部鏡場支撐結構的用鋼量，顯著降低建設成本。同時對于降低地面風速、保濕降塵、雨水收集、恢復植被及實現土地綜合利用方面效果明顯。

圖：兆陽聚光集熱裝置全景

圖：架空式金屬支撐結構（左）、聚光中的集熱場（右）

　　聚光集熱裝置采用純機械電機（減速機加連桿結構）的跟蹤驅動方式，對光線追蹤角度的控制更加精確，整套驅動的減速比可以達到約30萬，大減速比驅動對長距離回路驅動精度更高。由于未采用液壓裝置，該驅動系統耐寒、抗風沙，即使布置在多風沙的嚴寒地區，也能有非常好的適應性，同時檢查維護直觀簡單，工作量小。

　　全自動清掃裝置，可實現自動每日干式旋壓吹掃，無人操作，能耗低，無需耗費水資源，清洗頻率為隔日清洗，經過折算30年的清洗壽命測試，鏡面無損傷，可實現鏡面反射率平均下降值不超過1%。

　　?2.3.2吸熱器

　　采用二次反射（CPC）-真空集熱管吸收方案，主體結構包含真空集熱管、CPC反光鏡、金屬框架等，其中CPC反光鏡負責接收聚光器反射過來的太陽光并再次反射使光線向吸熱管中心的真空集熱管聚集；真空集熱管具有優良的選擇性吸收膜層，使聚集到內管表面的光能盡量多地被管道吸收，并利用真空夾層維持較小的熱損率；金屬框架為CPC反光鏡和真空集熱管提供了必要的定位支撐，同時承受外界風、雪、冰雹等荷載的沖擊。

　　3.兆陽光熱HLIACS的稠油清潔熱采技術方案簡單實用

圖：兆陽光熱HLIACS太陽能聚光集熱裝置產生飽和蒸汽系統

　　如上圖所示，兆陽光熱HLIACS聚光集熱系統用于稠油熱采行業時，由于直接使用水工質產生飽和蒸汽，相比導熱油、熔鹽工質取消了換熱環節，工藝流程非常簡單實用，清潔安全，運行可靠。

　　4.兆陽光熱HLIACS聚光集熱裝置實際測試效率高

　　北京兆陽光熱技術有限公司已經完成首座15MW線性菲涅耳式太陽能光熱電站（使用HLIACS太陽能聚光集熱技術）的設計，該項目總投資約7億元人民幣（含14h儲熱及部分配套展示設施），裝機容量15MW，聚光反射鏡面積約40萬平米，設計年發電量7500萬度。目前該項目的一期集熱裝置效率性能測試已完成，結果表明各項指標均已經達到設計值。

表：單條回路測試時段效率測試數據

　　測試結果表明，單條回路（10822㎡聚光反射鏡）測試時段理論輸出能量與實際輸出能量偏差率小于10%。2017年8月25日單條回路效率測試，測試時段理論輸出能量與實際輸出能量分別為11669.0676kWh及11085.2448kWh，負偏差小于5%；2017年8月29日單條回路效率測試，測試時段理論輸出能量與實際輸出能量分別為10685.62kWh及11189.47kWh，正偏差約為5%；2017年10月15日單條回路效率測試的測試時段理論輸出能量與實際輸出能量分別為11851.36KWh及12165.28KWh，正偏差約為3%。

　　經過實測運行驗證可知，兆陽光熱HLIACS系統具有較高的實際聚光集熱效率，特別是在較低太陽直輻照（DNI）（250W/㎡左右）時，本項目的HLIACS聚光集熱裝置仍可輸出合格的高溫高壓過熱蒸汽，能夠最大程度的充分采集利用太陽光照資源。

　　5.兆陽HLIACS聚光集熱系統用于稠油熱采項目具備顯著經濟性優勢

　　根據某油田所需熱采的高溫高壓蒸汽參數要求，以HLIACS吸熱器出口蒸汽48MW為計算依據而設計如下集熱裝置。按照張家口張北縣太陽直輻射強度（1750KWh/㎡/a）為例進行測算（實際項目地點光照條件不同時，鏡場面積會有相應調整相應），HLIACS方案的集熱裝置需要聚光反射鏡面積約15萬㎡，最大輸出功率為67MW，滿足該油田開采所需熱功率和參數要求。

　　考慮土地集約和盡量不擋光，該集熱裝置占地面積約為32萬㎡；參考北京兆陽光熱技術有限公司已建項目情況測算，本項目預計建設工期5個月，總投資1.125億元，折合到每平米集熱場面積的系統造價約為750元，使用壽命在25年以上。

　　根據初步測算，該集熱裝置年制蒸汽量約15萬噸（吸熱器出口蒸汽參數15MPa，350℃左右）。以替代天然氣為參考（取噸蒸汽耗天然氣70m3為例），可節約天然氣約1050萬m3，相當于年節省天然氣費用約2625萬元（假設天然氣價格為2.5元/m3）。另外，二氧化碳減排量為2.04萬噸/年。本項目總投資以節省天然氣為計算參考對象，項目投資有望在4.3年左右回收，進一步考慮氣源及燃氣鍋爐等設備投資及運維費用，投資回收期將進一步大幅縮短，具有很好的投資經濟性。隨著天然氣價格的不斷上升，假設替代天然氣價格上升，其經濟性情況如下表所示。

表：不同天然氣價格對應的投資回收年限（未考慮氣源及燃氣鍋爐等設備投資及運維費用）

　　從上述分析可以看出，兆陽HLIACS太陽能聚光集熱技術是一項成熟可靠且經濟可行的稠油清潔熱采節能減排新技術，投資回收快，效益高，既符合國家對能耗行業的節能減排要求，也能促進油田的綠色和可持續發展。隨著太陽能聚光集熱技術的不斷成熟，其可靠性將不斷提升、成本還有較大的下降空間，因此該技術在稠油熱采集輸加熱領域具有十分廣闊的前景，值得關注。

　　通過此技術經濟分析可以看出，兆陽HLIACS聚光集熱系統在產生工業級高溫高壓飽和蒸汽方面，具有工質清潔環保、運行簡單可靠的實用優勢，在光照資源較好的地區已經具備很好的投資經濟性（初步測算能夠低于150元/噸的水平），實現蒸汽成本較大幅度低于天然氣鍋爐的生產方式，甚至可能接近燃煤蒸汽鍋爐的成本水平，能夠在大部分光照資源不太差的地區及廣泛的應用領域進行大規模推廣，為產業升級和節能減排做出顯著貢獻，產生巨大的經濟、環境和社會效益。