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        2. 俞科:第三代槽式光熱技術與裝備的產業化發展與展望
          發布者:xylona | 0評論 | 3306查看 | 2025-06-13 17:14:18    

          5月28日,2025第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在浙江杭州盛大召開,常州龍騰光熱科技股份有限公司(簡稱:龍騰光熱)總經理俞科出席會議并作《第三代槽式光熱技術與裝備的產業化發展與展望》的主題演講。


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          圖:俞科


          演講從裝備制造和電站技術角度切入,分為第二代槽式龍騰國產化技術在首批示范電站的性能表現,第三代熔鹽大槽國產化技術突破以及對于龍騰槽式技術降本路徑及應用前景展望三個板塊。


          龍騰第二代槽式——在首批示范電站的性能表現


          ▋項目應用場景


          1.國家首批并網光熱示范項目:烏拉特中旗10萬千瓦10小時儲熱槽式電站


          項目裝機10萬千瓦,儲熱時長10h,集熱面積約115萬㎡。運行期間最高光熱轉換效率達77.8%;汽輪機為單缸高壓機組,最高熱電轉換效率達41.5%,設計效率為40.5%;設計純光熱年發電量3.3億kWh,2023年全年發電量3.3億kWh;單月最高發電量5230萬kWh,單日最高發電量221.6萬kWh;連續12個月電站純光熱最高發電量(2023.6至2024.5)3.42億kWh,等效利用小時數3420h。


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          俞科表示,電站自2021年試運行以來,累計發電量12.67億kWh,按照國家首批光熱示范項目1.15元/kWh補貼電價,目前該項目收入約有14.6億元,整個電站EPC造價在28億元左右,相當于成本回收一半,至今安全穩定運行、無重大故障停機。


          2.孤網獨立光熱+光伏一體化項目:西藏扎布耶項目


          項目總裝機為40MW槽式光熱+35MW光伏+20MW/40MWh電化學儲能,光熱儲熱時長16h,集熱面積約62萬㎡,目前項目正處于分島調試。


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          據俞科介紹,該項目是完全離網型獨立光熱+光伏一體化混合電站,為鹽湖提鋰工廠提供熱電聯產的解決方案,其鹵水濃縮不再靠鹽灘曬鹽,主要依賴光熱提供大規模蒸汽,直接調節鹵水濃度,實現規模化生產。該項目光熱部分可以做到熱電完全解耦,換熱器產生蒸汽,同時汽輪機可以做全功率調節,區別于常規的熱電聯產,不是以熱定電的系統。


          3.綠色清潔的光熱工業供熱項目:啤酒廠槽式太陽能蒸汽項目


          2024年,龍騰光熱打造了一個工業化的脫碳應用場景,利用光熱集熱器和天然氣鍋爐聯合運行,槽式集熱器生產175℃飽和蒸汽,用于啤酒廠的生產工藝蒸汽,項目已于2024年10月投產。


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          俞科表示,該項目是一個比較有意義的應用場景探索,項目投運后,預計年供汽3000噸,年節約天然氣23萬Nm3,年減排437噸,在緩解企業用熱壓力的同時,可助力企業實現綠色低碳轉型。


          ▋海外市場突破——迪拜Noor energy 1項目


          今年2月份,經過長達數月嚴格的工廠和技術審查,龍騰光熱成功打破壟斷,成為全球第二家(中國唯一)為迪拜Noor energy 1項目(世界上規模最大的光熱發電項目)提供集熱管核心部件的供應商,未來可服務于業主單位旗下全球的光熱項目。目前,龍騰光熱的首批高溫真空集熱管產品已經投入項目運行,助力全球最大光熱項目實現中國光熱核心部件的突破。


          項目由3臺200MW導熱油槽式和一臺100MW熔鹽塔式以及250MW光伏構成,槽式項目集熱面積約3×270萬㎡,儲熱時長為13.5h。值得一提,該項目是目前第二代槽式技術的巔峰之作,電價為7.3美分/kWh,折合人民幣0.5元/kWh左右。


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          俞科表示,迪拜資源條件更接近低緯度地區,其單個200MW項目鏡面面積超過280萬㎡,按照國內80萬㎡對應100MW,若采用大容量汽輪機規模已可達350MW單機。由此說明,槽式光熱部署大鏡場大機組并不存在技術問題,在國外已有大量成熟應用。國產化槽式裝備已經成熟,結合中國的電力建設能力,能在全球更大幅度的降低成本。


          ▋塔槽對比


          槽式技術的特點


          據俞科介紹,槽式技術具備短光程、真空絕熱、高攔截率的特點,且槽式電站性能由槽式集熱器單個回路決定,鏡場由無數個回路并聯構成、互不干擾。因此在開發新技術時,會先建設一個商業化示范槽式回路,該回路的運行情況便意味著批量化部署時,只要控制好產品與安裝質量,電站就能達到預期性能,所以調試耗時較短。


          俞科表示,槽式和塔式技術本質上最大區別在于槽式是短光程聚光設備并聯,塔式是變焦距的長光程聚光集成系統。


          此處引入一個光程衰減的概念:大氣的沿程衰減作用是造成太陽能損失的一個重要因素,包括水汽、沙塵、氣溶膠等對光線有散射和吸收效果,反射光的光程越長,衰減越嚴重。


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          如上圖所示,相關論文對光程衰減進行了計算(存在地區差異,僅作參考),能見度23km情況下,光程為1500米時,衰減量近20%,光程衰減是非技術能夠解決的因素,塔頂吸收器實際上接收到的反射光線能量與DNI測量儀能接收到的是不同的,但對于槽式光熱系統來說,光程只有2-3米,其衰減量小于0.5%,接近DNI測量數據,槽式和塔式最大的區別便在于此。


          關于能見度的表述:按照霾的分級標準,能見度5-10km屬于輕微灰霾;浮塵天氣下,能見度通常在1-10km之間;當空氣中水汽含量較多形成輕霧時,能見度下降到1-10km。


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          國內大部分的光熱項目位于沙戈荒地區,能見度5km條件下,槽式反射光程大概在2-3m,衰減0.9%,塔式光程1500米時衰減超50%,1000m時衰減為43.02%,數據表明沙塵天氣下,塔式吸收器實際接收到的反射能量與輻射儀的測量值存在較大差異,是由光程損耗造成的。


          ▋第一批光熱示范項目實際性能表現


          俞科表示,通過研究首批示范項目的實際運行情況發現,塔式光熱項目存在達產率差異大或達不到預期發電量的情況。


          此處引入單位集熱面積發電量(kWh/㎡)的概念。國內現在有一個定義,100MW電站標配80萬㎡的集熱面積,根據度電成本可以配置更大的集熱面積。


          就行業相關方普遍關注的“單位集熱面積造價是多少?一平米多少錢?”的問題,俞科表示:“一輛續航300km的新能源汽車與續航600km的汽車價格是不一樣的,因此單位集熱面積發電量不一樣,對應投資也有所不同。”


          考慮到塔式調試期較長,采用歷平均發電量比較不合適,所以取最高運行年發電量作為數據參考,按照年、月、日統計最高單位集熱面積發電量。


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          由上表可見,年最高單位集熱面積發電量,烏拉特項目為287kWh/㎡,塔式電站平均值為187kWh/㎡,其中,德令哈項目最高,為281kWh/㎡;


          日最高單位集熱面積發電量,烏拉特項目為1.93kWh/㎡,塔式電站平均值為1.72kWh/㎡,其中,德令哈項目達2.08kWh/㎡;


          月最高單位集熱面積發電量,烏拉特項目由于是南北向布置,秋季月最高單位集熱面積發電量最高,為45.4Wh/㎡,塔式電站平均值為24.6kWh/㎡,其中,德令哈項目達34kWh/㎡。


          俞科表示,上述項目中,哈密電站廠址的風壓在0.6kN/㎡,屬于典型的高風速地區;敦煌項目位于沙漠地區,風壓為0.53kN/㎡;格爾木項目位于戈壁,有沙塵天氣;共和電站附近是塔拉灘,水汽較大,夏季云多;德令哈項目選址條件較好,目前運行最為穩定。


          通過數據匯總統計和分析,可得出如下結論:塔式系統在實際運行中受大風、云遮、沙塵等氣象條件擾動很大,科學選址是塔式系統穩定運行和達產的關鍵。此外,在高風速、沙塵地區建設塔式電站應更科學地評估目標發電量,充分考慮光程衰減、天氣的影響,避免投產后的性能跟預期存在較大的差異,槽式技術因為是短光程聚焦系統不太存在這方面干擾。


          ▋槽式技術的優勢


          俞科團隊將第二代槽式、第三代槽式,與當前水平塔式進行了初步分析,槽式本身運行穩定(反射光程短,抗風能力強)、光熱轉換效率高、占地面積少、爬坡期短,達產快,主要原因為槽式是裝備系統,塔式是集成系統,單個槽式集熱器就能決定電站運行性能,但是塔式電站每面定日鏡效率不同,所有定日鏡和吸收器耦合運行之后才能構成整體性能,這是典型的不同,因此,俞科認為槽式和塔式沒有明顯優劣之分,而是在不同廠址環境的地區發揮的性能不同。


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          從上表可見,第三代熔鹽槽可明顯提升光電效率,但為什么未在5.8米常規槽上使用熔鹽直接循環技術呢?對此俞科解釋道,這是因為隨著溫度升高熱損會隨之增加,若在5.8米槽上使用熔鹽技術,光熱轉換效率將有所降低,因此需要用大槽提高聚光比彌補這部分熱損,從而提高光電效率,第三代槽式年單位集熱面積發電量將突破300kWh/㎡,在320kWh/㎡左右(存在地區資源和緯度差異)。


          龍騰第三代槽式——光熱技術與裝備的技術突破


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          談到槽式光熱技術的發展歷程,俞科介紹,全球范圍內第一代槽式技術最長運行已超過30年,數據記錄最長、經驗最豐富,可切實指導槽式電站的實際運行。第一代槽式項目基本為美國和西班牙建設的大批以導熱油為介質、不帶儲能的電站。


          第二代槽式技術實現了商業化、規模化發展,商業化電站單體鏡場規模接近300萬平米,單體汽輪機容量200MW。值得一提的是,迪拜項目采用的是8.2m開口的大槽,性能有較大提升。


          第三代槽式技術的熔鹽集熱管、大開口槽、柔性連接等設備均已國產化,解決了導熱油系統帶來的投資略高的問題,集熱面積可達350萬㎡左右,采用大開口熔鹽槽式技術的商業化電站目前已在路上。


          俞科表示,大幅面反射鏡鏡、低熱損集熱管、高溫熔鹽與管道材料等下一代技術已突破,采用新型高溫熔鹽或高性能寬溫域熔鹽作為一體化介質,配套亞臨界/超臨界機組或超臨界二氧化碳機組的第四代槽式光熱發電技術已具雛形,其中14米超大熔鹽槽技術預計2026年進行商業化示范,2028年走向商業化。


          ▋第三代槽式技術——國外發展現狀


          據俞科介紹,第三代槽最早是意大利Archimede熔鹽槽試驗回路及2010年的投運的Archimede熔鹽槽+天然氣聯合循環項目;后續阿本戈公司在2008年1月-2013年12月對熔鹽槽進行了系統化開發和研究;美國能源部也在2017-2021年支持“SMART”槽式熔鹽示范項目研究;2022年初葡萄牙évora先進熔鹽槽式試驗回路EMSP則投入運行。2024年11月,龍騰光熱正式被接受為EMSP后續項目提供高溫真空熔鹽集熱管,標志著中國光熱核心部件已經達到世界領先水平。


          ▋龍騰光熱技術發展路徑


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          龍騰光熱入行最初接觸的就是第二代槽式集熱器,因此第一代聚光器開口寬度為5.8米,采用常規導熱油,典型應用有烏拉特、扎布耶項目。第二代聚光器采用開口寬度8.6米的空間框架設計,單個集熱器設計功率為5.8米開口集熱器的2個回路級別,因此回路數量將削減一半,地基、管道、跟蹤系統也隨之削減,所以第二代聚光器成本下降較為明顯。第三代集熱器目前處于設計階段,開口大于12米,采用大幅面的反射鏡設計,集熱器設計功率超14.5MWth,效率提升較大。


          ▋龍騰ROYALTROUGH?RT86系列大槽集熱器


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          RT86集熱器采用龍騰自有專利——可擴展管結構連接技術構建的集熱器支架系統,單個節點抗拉力在20-40噸,開口擴展到14米時節點管徑會擴大,單個節點承載力增強,使用這種節點技術進行結構優化,能夠將重量均分至每個節點管件上,從而降低整體集熱器的重量。


          ▋龍騰RT86系列大槽集熱器的產業化進展


          設計理念與可行性的研究:2019.10-2020.5


          連接節點ETFH關鍵技術問題的解決:2020.5-2022.11


          集熱器設計理念落實至具體結構的實現:2021.10-2023.1


          數值仿真模擬及風洞實驗驗證:2022.10至今


          生產專機的研發和生產工藝的定型:2023.2-2023.10


          大槽樣機試制及車間內測試:2023.3-2024.3


          大槽室外示范回路的建成運行及室外性能測試:2023.8至今


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          此處插入視頻


          ▋實際抗風性能驗證


          據俞科介紹,位于巴彥淖爾園區內的臨河示范回路自2024年5月底起至今已持續運行滿一年,整套設備運行正常。巴彥淖爾是典型的高風速地區,集熱器自投入運行以來持續監測運行數據,為了獲取高風速運行數據現場未設置擋風墻。


          集熱器保護狀態中,實測最大陣風風速約18m/s(2025.4.11),等效安裝擋風墻風速約26m/s。集熱器運行狀態中,實測最大陣風風速約13.6m/s(2025.3.11),等效安裝擋風墻風速約19m/s,已經包含完整運行包線,完全超過了國際上集熱器設計等效運行風速14m/s的性能要求。


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          俞科分享道,目前加載實驗數據與有限元分析和現場測得數據基本吻合,龍騰光熱可以做到不同風速條件下,使用現有模型進行結構優化。


          ▋集熱器SCE攔截率檢測


          槽式有一個關鍵指標叫攔截率,集熱管安裝之后,如何調整集熱器安裝的精度,使攔截率達到設計值,是決定槽式最終性能的關鍵因素。另外,反射鏡反射率、集熱管的吸收率、集熱管透過率、集熱管高溫發射率等綜合決定集熱器性能。


          根據國際第三方權威機構CSP Services檢測結果,RT86集熱器的攔截率為:80管平均攔截率達97.2%,90管平均攔截率達98.1%。


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          RT86集熱器達到了預期設計的組裝光學精度,總裝工裝的調試和部件裝配流程已經驗證,具備規模化商業部署的條件,剩下的就是安裝過程的質量控制。


          ▋熔鹽槽柔性連接技術的研發突破


          柔性連接是槽式集熱器回路中的關鍵部件,直接影響槽式集熱器回路運行的可靠性和穩定性。


          俞科表示,對于導熱油集熱器,目前大規模的商用方案為球形接頭組合,但對于高溫熔鹽槽式集熱器,國際上尚無經濟可用的商用解決方案。經過多年的攻關,中廣核的多姿態柔性軟管方案已經取得很好的成果。龍騰光熱采用“平面旋轉接頭+軟管”的方案,經過多年的開發和測試,選擇出最合適的密封材料和密封結構形式,目前的模擬工況樣機試驗也得到了令人滿意的初步結果:


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          同時平面旋轉接頭配置注射閥設計,可用于在線加注密封填料,便于日后電站無需停機即可進行加注填料的密封維護。后續擬將“平面旋轉頭+軟管”方案在臨河熔鹽槽回路上實裝運行以完善商業化條件的運行數據。目前龍騰光熱在內蒙、中廣核在青海兩地的商業化熔鹽槽示范系統都已經開展建設,將為國產化熔鹽槽式技術推廣積累寶貴的運行經驗。


          ▋RT86大槽的下一步技術研發儲備


          在RT86大槽集熱器設計的基礎上,采用大幅面反射鏡(單片鏡片2.4×7.9米)形成RT86G2集熱器,大幅減少了光學支撐點數量并保持鏡面整體面形精度,減少了支架結構復雜性和組裝工時,為下一代超大槽集熱器的設計奠定基礎。采用最新技術制造的大幅面夾膠反射鏡的樣品已經下線,規模化級別的中試生產線正在設計中,預計在2026年實現量產。


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          龍騰槽式技術展望——槽式光熱降本路徑


          ▋第三代槽式技術350MW單機或多機組光熱基地——大開口集熱器+熔鹽介質


          主要目標:第三代槽式技術打開了技術降本空間,產業規模化釋放了降本潛力,目標電價0.6-0.45元/kWh


          主要措施:


          1.多機組的規模化效應:通過多機組光熱電站基地的規模化效應,能夠增加采購量訂單,有利于供應鏈的穩定、連續生產,從而降低設備采購單位成本;能夠攤薄設計費、管理費等間接費用,降低項目的單位初投資;能夠通過規模化的集中管理、運行和維護效應,降低電站的單位運維成本。


          2.完善的標準化制造和裝配技術:進一步完善設備部件的標準化生產與加工流程,保證連續生產的穩定性,降低采購成本;統一并固化現場裝配方式和質量檢驗方法,提高裝配效率,與大規模鏡場匹配,進一步降低安裝成本;


          3.規模化采用超低熱損集熱管、雙玻反射鏡等新型技術:超低熱損集熱管技術進一步降低發射率,減少集熱管的輻射散熱損失,提高鏡場的有效集熱量。雙玻反射鏡采用PVD技術可以提高鏡面反射率,提高鏡場的集熱能力;減少超白玻璃用量,有效降低反射鏡的生產制造成本;增強反射鏡耐候性,延長壽命,降低運維成本。這些技術最終能夠實現鏡場的降本增效。


          ▋下一代槽式技術600MW單機組或多機組光熱基地——超大開口集熱器+寬溫域熔鹽+超臨界蒸汽/sCO2機組


          主要目標:進一步提升熱機效率、降低部署成本,可直接光熱-煤電耦合,目標電價0.5-0.35元/kWh


          主要措施:


          1.超大開口集熱器:槽式集熱器的開口尺寸進一步增大至12m以上,集熱回路數量進一步減少,相應地,液壓驅動系統、LOC控制系統、柔性連接、立柱地基、進出口閥門、集熱管數量、導熱油管道及保溫數量等都可以進一步減少。超大開口集熱器能夠支持單體鏡場規模實現500萬平米或以上級別;


          2.新型寬溫域熔鹽或高溫熔鹽:經過前兩個階段驗證熔鹽槽的可靠性,下一階段行業研發的新型寬溫域熔鹽或高溫熔鹽均可在熔鹽槽上使用。寬溫域熔鹽作為傳儲熱一體化介質,可以進一步拓寬系統的工作溫度范圍,簡化電站設計、減少運行模式、降低初投資及運維成本、減少熔鹽用量、提高汽輪機效率等方面的優勢;


          3.超臨界蒸汽機組/sCO2機組:在使用新型寬溫域熔鹽或高溫熔鹽的基礎上,主蒸汽的參數能夠進一步提高,從而可匹配傳統火電的600萬千瓦級別的超臨界蒸汽輪機機組實現耦合發展,或與中期超臨界二氧化碳sCO2機組匹配,進一步提高電站的發電效率,進一步降低單位千瓦造價和運行維護成本。


          2025第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會5月28-29日在浙江杭州盛大召開,大會由CSPPLAZA光熱發電平臺聯合浙江可勝技術股份有限公司共同主辦,龍騰光熱作為大會鉆石贊助商鼎力支持,大會主題為“在進化中重塑競爭力”,共有來自海內外約900名代表出席本屆大會。

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