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塔式光热电站吸热器的应用实例简析

作者:新闻中心 来源:CSPPLAZA 发布时间:2013-09-29 浏览:
     中国储能网讯:对塔式光热发电技术来说,吸热器是类似于槽式技术中的高温真空集热管一样的核心装备,其承担着吸收太阳热能的重要作用。塔式吸热器的技术含量也很高,目前全球范围内拥有塔式吸热器的设计制造技术能力的企业还为数不多。
 
     各塔式电站采用的吸热器
 
  美国Babcock & Wilcox公司(巴威:B&W)是核电领域的领先供应商,2008年,B&W获得一个塔式热量接收器的设计和制造订单,其由此开始了塔式吸热器的研发。2009年,B&W旗下的B&W工程公司(BWCC)在46米高的集热塔顶完成安装了这个由其设计和制造的重约45000kg的外置式接收器。
 
图:B&W供应eSolar电站的吸热器
图:B&W供应eSolar电站的吸热器
 
  该项目就是eSolar开发的5MW的塔式热发电示范项目,B&W承担了其中一个2.5MW模块的热量接收器的设计、制造及安装工作。在该项合约中,eSolar给B&W提出了几个技术指标,蒸汽流速约3.8kg/s;过热蒸汽出口压力6.2Mpa,温度441摄氏度;吸热器干重不超过45360kg,实现整装以降低安装成本等。B&W满足了eSolar提出的设计要求。
 
  Pratt & Whitney(普惠:P&W)是美国联合技术公司UTC的下属公司,其在光热发电领域有多项研究,包括P&W下属的Rocketdyne(洛克达因公司:主要从事液体燃料火箭发动机设计研发)在熔盐塔式光热发电技术方面的研究成果。SolarReserve公司的核心熔盐塔式技术即源于此,通过全球排他性的30年熔盐储热塔式光热发电技术的授权,SolarReserve一举奠定了其在熔盐塔式技术领域的领先地位。
 
  P&W在塔式热量接收器方面有多个项目案例。当前在建的110MW的新月沙丘光热电站即采用了P&W的接收器。其最早应用于实践的接收器是在1995年美国能源部主导开发的熔盐型Solar Two电站项目中。Solar Two由Solar One改建而成,主要的变化之一就是接收器的改变,由原来的水工质接收器变为熔盐接收器。P&W负责了该熔盐接收器的设计、制造及安装工作。安装于Solar Two上的接收器直径5.1米,高6.2米,为外置式圆柱形接收器。平均辐射量接收能力为0.4MWth/平方米。
 
  美国Riley Power公司是塔式接收器的另外一个供应商,Riley Power是Babcock Power的子公司。2010年9月9日,Ivanpah电站开发商BrightSource与Riley Power签订了该电站的接收器供应合作协议,由其供应3个水工质热量接收器。目前这三个吸热器都已经安装在了Ivanpah电站的三个集热塔上,这也是目前应用的最大的外置式吸热器,最大的水工质吸热器。
 
 美国Victory Energy公司的塔式接收器在实际项目中也有应用。eSolar的5MW示范项目中的另外一个2.5MW的模块的接收器即由该公司设计制造,这是一款腔式接收器。另外,eSolar在印度与印度ACME公司合作建设的一个2.5MW的塔式示范电站也采用了Victory Energy的接收器,其开发的这种接收器名为SolarGen接收器,为双面腔式。
 
  西班牙Sener公司也具有接收器的设计能力,全球首个24小时发电的光热电站Gemasolar项目的熔盐吸热器就由Sener和西班牙环境能源技术研究中心(CIEMAT)联合开发。其采用的也是外置式结构,外形类似于一个圆柱体。
 
  另外,丹麦Aalborg和法国圣戈班在塔式热量接收器方面也有研究,并各自有实际项目业绩。西班牙20MW的PS20塔式电站就采用了Aalborg的腔式接收器,DLR在德国Jülich的塔式实验电站采用了法国圣戈班的腔式接收器。
 
  国内目前建成的两个塔式电站都采用的国产吸热器,延庆大汉示范电站的腔式接收器由西安交通大学和东方锅炉联合制造;中控德令哈10MW塔式电站采用的为杭州锅炉集团设计制造的外置式接收器。
 
     各类吸热器的优缺点
 
  理论上,塔式吸热器分腔式吸热器、外置式吸热器、平板式吸热器、流化床吸热器等多种类型,但目前主流的已有实际应用的仅腔式吸热器和外置式吸热器两种。上文已经就这两种吸热器的实际应用案例进行了概述。总的来说,这两种吸热器各有优缺点,西北电力设计院工程师赵晓辉对CSPPLAZA记者表示,腔式的热损较低,外置式的热损较高,因为腔式吸热器相对于外置式吸热器的主要结构差异在于前者的吸热面位于一个腔体内,因而腔式吸热器能减小位于高塔之上的吸热器与外界环境的对流散热损失,同时腔式吸热器能减小吸热器表面与环境的辐射换热损失。另外,如果采用水工质,腔式的水动力环境较为复杂,安全性较差,外置式的水动力环境简单,安全性高。
 
  塔式技术当前正朝着更大装机、更大规模的方向发展,当前正在建设的几个大型塔式电站如110MW的新月沙丘电站、392MW的Ivanpah电站都采用的是外置式吸热器。这主要是因为大型电站要布置大面积的镜场,腔式吸热器无法做到四面吸热,相对应的也就无法采用四面镜场的布置方案,即便采用多腔组合式的吸热器,仍然无法与外置式吸热器的吸热面积相比。为了尽可能地让定日镜距离集热塔的距离近些,需要增加镜场布置的土地利用率,外置式吸热器在这方面优势明显。从上述的塔式项目的实际应用案例中也可以看出,小规模塔式电站采用腔式吸热器的较多,大规模塔式电站基本采用的都是外置式吸热器。
 
  另外,从工质角度来看,塔式吸热器也可划分为水工质接收器、熔盐工质接收器和空气吸热器等其它种类。目前常见的为前两种,熔盐工质吸热器因在熔盐工作温度和储热方面的优势而成为未来的主流应用方向。中控太阳能技术有限公司李心认为,水工质吸热器如果只用来产出饱和水蒸汽,技术难度较小,如果同时做蒸发、过热及再热,难度很大。熔盐工质吸热器目前的重点和难点是需要做好熔盐防冻堵的相关工作。
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关键字:塔式 光热 电站

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