01、光熱發電的新發展

自2016年9月國家發改委和國家能源局相繼公布了太陽能熱發電標桿上網電價政策（每千瓦時1.15元）及第一批太陽能熱發電示范項目名單，我國太陽能熱發電項目的商業化建設與運行拉開了序幕。2021年9月28日，海南基地青豫直流二期340萬千瓦外送項目、海西基地青豫直流二期190萬千瓦外送項目進行了中標候選人公示，其中包括了中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司（簡稱中國電建西北院）在內的300MW光熱項目。太陽能熱發電技術已經成為構建以新能源為主體的新型電力系統的重要技術支撐。

02、吸熱器技術新突破

在塔式光熱電站中，吸熱器將高倍太陽能聚光轉化為高溫熱能，是整個系統的關鍵部件之一。吸熱器的性能直接決定了吸熱介質的出口溫度，進而影響到后續熱功轉換效率，因此吸熱器的長期穩定運行是發電系統長效運行的關鍵。

根據傳熱方式的不同，吸熱器可分為容積式吸熱器與管式吸熱器兩大類。管式吸熱器中吸熱工質的溫度要比管壁溫度低，吸熱工質所能達到的最高溫度受管壁材料的限制。容積式吸熱器中，由于多孔介質材料有較大的傳熱面積，故吸熱工質的溫度往往能夠達到多孔介質的溫度，最高可達1200℃。

圖1：管式吸熱器（左）與容積式吸熱器（右）的傳熱原理

（1）管式吸熱器

外露管式吸熱結構簡單，可接收360°范圍內的太陽輻射，有利于鏡場大規模布置，是目前應用最廣泛的吸熱器形式。但外露管式吸熱器也存在不足之處，尤其是反射、輻射及對流散熱造成的能量損失較大，熱效率相對較低。

中國電建西北院依托青海共和50MW熔鹽塔式光熱電站，對外露管式吸熱器開展了系列研究。

通過對實際氣象條件下的動靜態仿真，分析了太陽法向直射輻照度擾動下吸熱器出口熔鹽溫度、表面最高溫度、散熱功率的過渡過程響應時間對吸熱管軸向溫度梯度的影響，并利用外露管式吸熱器特性參數與太陽法向直射輻照度和熔鹽流量三者間的定量關系改進了運行中的熔鹽流量調整策略。

圖2：青海共和50MW熔鹽塔式光熱電站吸熱器及管屏

除了外露管式吸熱器，商業應用的管式吸熱器還有二次反射塔管式吸熱器。該種吸熱器布置在二次反射鏡下部，吸收由一次反射鏡匯聚并經過二次反射鏡折射的太陽能，吸熱器內通過熔鹽帶走由鏡場匯聚的熱量。

圖3：二次反射塔光熱電站吸熱器及原理

（2）容積式吸熱器

容積式吸熱器中，管屏布置在空腔內，散熱損失小，熱效率較高。但腔體式吸熱器的窗口朝向一側，只能接收一定范圍內的太陽輻射，定日鏡場的布置受到一定限制。目前商業應用的容積式吸熱器有多以空氣為吸熱介質，如TSA、SOLAIR-3000、REFOS等。

圖4：容積式吸熱器示意圖

隨著超臨界二氧化碳布雷頓循環技術和設備的逐步成熟，容積式吸熱器憑借其高溫特性，再次成為國內外光熱行業關注的焦點。美國桑迪亞國家實驗室（SNL）采用鋁土礦顆粒作為傳儲熱介質，放入由耐火絕緣墻組成的空腔內，形成開路腔式吸熱器。另外，德國航空航天中心DLR也在研發以1毫米的陶瓷粒子為吸熱介質的腔式吸熱器。

03、結語

隨著吸熱介質材料如金屬顆粒、陶瓷顆粒、液態金屬等耐高溫材料的逐步成熟，陶瓷泡沫、金屬泡沫等新材料在吸熱器結構優化領域的應用突破，高溫吸熱器已經成為支撐塔式太陽能熱發電向高參數、高效率發展的重要技術支撐。

參考資料

[1]徐玫,彭懷午,牛東圣,王曉,肖斌,周治,段楊龍,張俊峰.外露管式熔鹽吸熱器動靜態特性研究[J].化工學報,2020,71(05):2049-2060.

[2]陳金利.太陽能空氣布雷頓循環關鍵部件試驗及系統動態模擬[D].浙江大學,2021.

[3]曾季川.塔式太陽能吸熱器熱效率評估方法研究[D].浙江大學,2021.

[4]徐有杰.塔式太陽能光熱發電熔鹽吸熱器運行特性與策略研究[D].浙江大學,2020.