CSPPLAZA光熱發電網訊：6月12日，2023中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第十屆年會在浙江杭州盛大召開，北京兆陽光熱技術有限公司經理王芳出席會議并帶來主題報告《水工質類菲涅爾式聚光集熱技術特點及綜合性能分析》。

圖：王芳

聚光集熱太陽能產業現狀

王芳介紹，2021年我國清潔能源消費量占能源消費總量的25.5%，較上年增長了1.2個百分點，比2012年提高了11個百分點，說明我國能源消費結構正加快向清潔低碳轉變。

圖：2022年以來清潔供熱相關政策（部分）

▋太陽能聚光集熱主要應用領域及特點

（一）光熱發電

用能特點：全年基本無季節性差異，每日高峰時間段為早晚兩次用電高峰；

高溫高壓用熱，一般為380℃以上的過熱蒸汽；

需要配置6-8小時以上的儲熱裝置；

單體規模較大，發電功率一般大于100MW。

（二）工業用熱

用能特點：全年用熱，一般冬季用能較多，每日用能時長8-24小時；

中高溫用熱較多，飽和蒸汽或熱水；

需要配置儲熱裝置，或與常規能源供熱裝置互為補充；

總體市場規模非常大，分布不均衡，主要對標天然氣供熱成本。

（三）居民用熱

用能特點：24小時供暖及生活熱水用能，全年用熱時長約4-6個月不等，設備利用率低，回收期較長；

用熱形式為熱水；

需要配置儲熱裝置，跨季節儲熱方式更佳；

需要常規能源供熱裝置做備份補充。

圖：太陽能聚光集熱產業發展面臨的主要問題

兆陽水工質類菲涅爾式聚光集熱技術介紹

圖：我國太陽能光熱產業的基本要求

針對上述基本要求，兆陽提出了針對性解決方案，開發出兆陽水工質菲涅爾式聚光集熱技術，王芳將其總結為以下六個方面：

（一）東西軸傾斜向陽陣列布置

兆陽光熱的東西軸菲涅耳聚光集熱系統，鏡面傾斜布置于接收器北側正后方，截光效率非常高。

每日跟蹤太陽光高度角，雖然存在一天內早晚時段的截光余弦損失，但全年時段基本沒有季節差異性，四季得熱量均衡。鏡場面積與儲熱容量設計不會出現冬季得熱量嚴重不足或夏季棄熱量大的情況。

同時，土地利用率高，單位平米鏡面占地約2.1-2.3㎡左右，明顯低于塔式聚光集熱鏡場的占地比例。

以我國40°N的項目地為例，假設不考慮陰雨天，對南北軸槽式、南北軸菲涅爾式以及兆陽菲涅爾式集熱場單位鏡面全年及冬季累計截光得熱量分別進行了計算，兆陽菲涅爾式的均衡性優勢顯著（如下圖）：

不同技術路線集熱場單位鏡面全年累計集熱管得熱量的分布圖

由圖表可知，兆陽菲涅爾全年得熱量與槽式基本相當，超出傳統南北軸菲涅爾式10%以上；整個冬季得熱量超出傳統方式40%，12月、1月超出一倍。

兆陽東西軸傾斜向陽類菲涅爾鏡場第三代產品整體尺寸適中，抗風性能進一步增加，單位平米鏡面的用鋼量顯著下降，有效降低了鏡場成本。

此外，類菲涅爾式聚光集熱鏡場具有全機械跟蹤驅動系統，可靠性高，直觀易維護，尤其適合高海拔惡劣氣候環境；一套驅動裝置可控制3000-10000㎡鏡面，綜合成本低。

（二）雙玻冷彎曲面反射鏡

據王芳介紹，目前，兆陽雙玻冷彎曲面反射鏡技術已經取得了18個國家或者地區的專利授權。王芳表示，雙玻冷彎曲面反射鏡具有以下優勢：低能耗、高效率，適合自動化大規模生產，經濟性優勢明顯；面型精度高，無熱彎鋼化“風斑應力斑”現象，薄玻璃吸收較少，鏡面反射率高達93.5%±0.5%，反射層及有機材料封裝在兩層玻璃內部，具備超高耐候性和抗沖擊的性能，使用壽命可以高達50年，即使鏡片遭受到外力的撞擊破損后，也不會直接掉落，安全可靠。

（三）DSG直接蒸汽發生（水工質）

王芳指出，兆陽整套東西軸菲涅爾式集熱系統采用水工質，與傳統的熔鹽和導熱油工質不同，有一定的特殊性。下為兆陽DSG技術體系特點：

1、接收器位置固定，軸向伸縮補償簡單可靠；

2、CPC二次聚光設計能夠改善能流分布的均勻性；

3、能穩定直接產生過熱蒸汽：預熱蒸發段后設置汽水分離裝置，過熱段增強換熱及均溫設計；

4、大規模混凝土固態儲熱系統，進一步平滑穩定蒸汽參數；

5、系列實用化專利設計，全方位保證系統穩定高效運行，輕松適應各種復雜惡劣天氣狀況。

上圖為張家口一號光熱電站鏡場，紅色框選部分為汽水分離器，可維持較多的預熱蒸發段循環水量，保證蒸發換熱狀態穩定及吸熱管壁溫穩定，能有效的避免振動水錘以及材料疲勞破壞的現象，簡單用安全可靠。

（四）高頻次無水自動清掃車

自動清掃機器人與鏡場支撐結構一體化設計，緊貼鏡面沿東西方向自動行走，雙向設置限位自動換向；行走的同時旋轉毛刷清掃鏡面；設備緊湊自帶光伏電源，無需專人操控，清掃頻率可達到每日一次；設備及運行成本低，能夠保證鏡面清潔率99%以上，是達成高效率聚光集熱的基本保障。

（五）可選裝多種吸熱器組件

兆陽聚光系統東西軸傾斜向陽跟蹤，截光量高，跟蹤角度變化范圍較小散光輕微，聚光光帶窄。聚光焦距變化范圍較小，能流分布可調可控，適應低、中、高不同的聚光倍率的要求；結合二次聚光，聚光倍率可高達200倍。實際應用時可以選裝低、中、高倍多種類型吸熱器，輸出不同參數的熱水和蒸汽。

此外，吸熱器位置固定，不隨鏡面跟蹤而轉動，穩定可靠，易自動清掃軸向長度伸縮補償簡單可靠，有效吸熱區域占比大；400℃以內可不使用真空集熱管實現高效率集熱，進一步降低了成本。

（六）常規低成本運維體系

▋應用實例

例一：光熱電站

圖：兆陽張家口15MW光熱發電項目-38萬㎡鏡面面積

例二：建筑供暖

圖：張家口尚義小蒜溝小區冬季供暖

例三：工業熱水

圖：青海鹽湖碳酸鋰項目太陽能供熱工程

圖：工程建設運行實例

已達成的技術經濟指標分析

▋應用場景

場景一：光熱電站

光熱電站（100MW 1300h）

光熱電站（100MW 4000h配長時儲能）

場景二：工業園區用飽和蒸汽

場景三：工業園區用熱水

某園區5MW熱水項目

場景四：北方地區冬季供暖

供暖季：10月15日-4月15日（按照每平米日均耗能1kWh保守測算）。

▋兆陽光熱技術體系特點總結

1、經濟性優勢明顯

全系列自主知識產權的關鍵技術創新，從設計、制造、建設、運維各環節綜合設計控制成本：在工業及民用熱利用領域已可以明顯低于天然氣供熱（熱水、蒸汽）成本；在西部多數地區可以達到清潔燃煤的供熱成本；與國內外常規光熱發電體系相比，聚光集熱加儲熱系統的單位得熱量成本下降1/3左右，優勢明顯。

2、清潔安全可靠性高

傳統成熟的水工質傳熱和固態顯熱儲熱技術體系，具備天然的清潔性和安全性，從根本上避免了燃燒、爆炸、凍堵、泄露等消防環保類風險隱患。

3、標準體系完整、全國產化、運維費用低

熱力系統基本等同于中低參數火電廠，全系統國產化，產業鏈完整，設計、建設及運行標準成熟，能夠全面準確進行審查評價；常規火電站運行人員簡單培訓即可滿足需求，備品備件供應充足，運維成本低。

關于北京兆陽光熱技術有限公司

北京兆陽光熱技術有限公司及其關聯公司，致力于太陽能光熱利用技術的開發及推廣。核心團隊由數名清華學子組成，秉持行勝于言的理念，經過近20年的研發歷程，形成了一套原創光熱技術體系，具備全產業鏈完整自主知識產權。

類菲涅爾聚光集熱技術和大規模儲熱技術，除了整體應用于太陽能熱發電外，其組成部分及其衍生產品還可被單獨應用于工業熱水/蒸汽、火電站靈活性改造、城鎮供熱、海水淡化、農業畜牧業供熱等領域，具有清潔、經濟、安全的特點。

圖：資質及榮譽

北京兆陽的全資子公司四川蘇能電力工程設計有限公司具備電力行業新能源發電、變電工程、送電工程、火力發電（含核電站常規島設計）和建筑行業（建筑工程）等工程設計資質，以及工程勘察、工程測量、電力工程施工總承包、建筑工程施工總承包等系列資質，可從事資質證書許可范圍內相應的建設工程總承包業務。

公司對外提供全套太陽能光熱技術服務，承接聚光集熱系統及儲熱系統的研發、制造、銷售；并提供技術咨詢、方案解決、光熱電站EPC服務及升級改造、調試運維等服務。