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汇银集团:商业化应用的槽式真空集热管性能问题分析
[2017-09-15]
  集热管是槽式太阳能热发电站中关键的吸热部件。在集热管实际应用过程中,可能会遇到失真空、金属封接和波纹管腐蚀开裂等问题,针对这些情况,汇银集团通过技术研发和引进等手段,找出问题并找到了相对应的解决方案。在由国家光热联盟发起主办的第三届中国太阳能热发电大会上,汇银集团董事长Juha Frans Adrien Ven对此进行了介绍。相关发言内容整理如下:

图:汇银集团董事长Juha Frans Adrien Ven出席第三届中国太阳能热发电大会并作大会报告

图:汇银集团集热管产品
  需要提升产品的可融资性
  太阳能热发电是技术和资金密集型领域,目前,无论是中国还是国际上的光热发电站,融资都非常困难。一般而言,获得投资主要有两个渠道:一是政府担保,或者拥有至少十几亿的自有资金。比如说美国的塔式光热电站,全部是政府担保来建设的,不然可能到目前为止,美国都不会有太多的塔式电站。二是有成熟的商业电站在运行,能证明还款方式、未来电站建设能力,具备达到设计发电量的能力,投资可收回成本。
  如何把产品变成具有可融资性的产品呢?首先,要在有认证资质的机构进行检测。但检测机构也存在一定缺陷,比如检测温度只比预期温度高出了50度;过热测试也只有1.5个月,只是设计寿命的1%;缺少氢渗透和吸氢能力的检测;没有外部辐射的检测等。因此会要求这个产品必须具有在商业电站上运行两年的数据,这个运行数据包括每10分钟回路的性能、破损率和集热器效率等细节信息。此外,还要求必须至少有运行时间2年以上、两个商业电站的供货案例,同时产品一定要有在太阳能热发电行业工程公司出具的设计审查,以确保设计的完整,检测的全面,这样才能拿到可具有融资的报告。

图:商业电站实测数据

图:汇银自有的检测设备
  集热管性能是关键
  集热管性能是保障电站发电量的关键。有数据显示,对于一个50MW的电站,每1%的效率相当于1000万元投资。而集热管的效率主要取决于吸热管膜层、玻璃罩管的光学性能以及真空管的真空稳定性。经过检测,汇银集团的集热管光学性能,吸收率达到96.2%,发射率7.5%,玻璃的透光率96.9%,在400度的时候,产品的有效集热面积是97.8%。
汇银集团的玻璃管上加了涂层,这个涂层是西班牙PSA转让的技术,该技术具有自清洁的功能。传统技术是微孔封闭的结构,可以减少进入膜层结构里的脏污,而汇银研制的交叉联结网状结构可以提高集热管的耐刮性能,易清洗,同时其荷叶效应也会将灰尘污垢等隔绝在结构之外。

  
  槽式集热管内有导热油,如果系统的运行温度达到390度以上,介质导热油将会分解产生氢气,氢气积累到一定量的时候就会导致真空管失真空。当真空管失去真空时,随着里面的氢气含量逐渐增大,玻璃管的温度会上升,玻璃管的温度上升到一定程度的时候(一般是在运行5年时),会导致玻璃管破碎。现在,美国和西班牙的槽式光热电站都出现了这种玻璃管破碎现象。

图:没有氢气阻挡层的集热管,高温段2年内热损升高达到250%,中温段4年内热损升高达到200%,2年后典型发电损失11%
图:有氢气阻挡层的集热管,高温段4年内热损升高达到250%,中温段12年内热损升高达到200%,5年后典型发电损失11%

  针对这种现象,汇银集团提供了解决方案:就像空调一样,使用两三年以后里面没有氟了,需要加氟才能继续制冷。既然失真空,可以将氢气抽出重新制成真空环境;这个操作可以在晚上电站不运行的时候现场进行,也不用拆下集热管。
  汇银集团还拥有熔盐管技术,该技术来自西班牙Hiteco技术,在原技术基础上,我们对端部结构进行了修改以减少部件受力。在西班牙Novatec熔盐测试项目中,该熔盐管接受了700度运行温度下超过10000小时的测试。
  此外,汇银集团集热管的玻璃金属封接耐用性也很高。在对玻璃管的金属封接做测试的测试拉力达到1.5吨,抗热冲击性也良好,机械疲劳耐受度也很高。
  波纹管上面有应力腐蚀开裂的问题,原因是在温度420度的时候其表面会形成碳化铬,极大地降低了耐腐蚀性能,而且还要承受冷热循环,工作环境非常的恶劣。针对该情况,汇银集团增加了波纹管的波长,同时为控制温度,增加了两个挡片,一个挡热,一个是挡光,大大降低了辐射和光对波纹管的温度影响。

图:增加挡片的波纹管
  【关于汇银集团】
  汇银集团拥有集热管年产能20万支的制造能力,产品主要应用于光热发电槽式和菲涅尔系统以及太阳能中温应用等。技术源自集热管先驱企业以色列Solel,目前已拥有50多项专利。主导产品450℃槽式导热油高温集热管已通过国际权威检测机构认证。导热油集热管采用氢渗透问题解决方案,有效解决了因氢渗透问题而导致的集热管失效问题,从而对发电量的保持提供了保障。
  目前适用于导热油槽式电站的集热管产品已实现批量出口,总国外供货容量达300MW。2013年,汇银集团成功为阿海珐125MW光热电站提供集热管产品,2013年再次为美国Skyfuel公司装机33MW的Stillwater项目提供集热管。2015年供应Novatec线性菲涅尔熔盐项目。从2015年底至2017年初,汇银集团更是连获六个海外商业化光热项目的集热管供货订单,包括丹麦供热项目以及全球最大的EOR项目等。2017年汇银集团还向国内某供热项目供应了3万支的集热管产品。
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