北京市太阳能研究所有限公司中高温产品及工程应用

北京市太阳能研究所有限公司中高温产品及工程应用能源与环境问题是21世纪人类面临的最大挑战，发展无污染、可再生的新能源是解决这两大问题的必由之路。太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源。开发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、促进经济发展和提高人民生活都有极为重要的意义。合理、高效地大规模利用太阳能一直是世界各国都十分重视的热门方向。我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》中明确把“可再生能源低成本规模化开发利用”作为重点领域和优先主题。并且专门颁布了《可再生能源法》，鼓励和促进太阳能等可再生能源的规模化利用。2007年国家发布了《可再生能源中长期发展规划》，提出充分利用水电、沼气、太阳能热利用和地热能等技术成熟、经济性好的可再生能源，逐步提高优质清洁可再生能源在能源结构中的比例，力争到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%。 太阳能热利用分为低温（40~80℃）、中温（80~250℃）和高温（>250℃）三类，应用领域对应主要是生活用热，工业用热、供热空调和太阳能热发电等。太阳能热利用技术在我国主要应用集中在低温生活热水领域。2009年，太阳能热水器被列入“家电下乡”产品。据统计，至2010年，国内太阳能热水器总产量已经达到4900万平方米，比2000年增长了7.6倍，太阳能热水器的保有量已经达到1.68亿平方米，比2000年增长了6.5倍，比2009年增长了15.9%。全行业产值达到735亿元，比2009年增长了22.5%，全行业就业人数达到250万人，行业内有20多家企业产值过亿元，50余家中等企业产值5000工业能耗占全社会能耗接近70％，工业能耗中50％为工业热能消耗，其中大部分热能需求为180℃的热能，应用太阳能中温技术，很大程度上能够替代缓解该领域常规能源消耗，在食品、纺织、印染、茶叶、烟草等诸多行业有广泛用途。太阳能空调系统是利用太阳辐射能达到制冷空调目的的一种装置，主要由太阳能集热器和吸收式制冷机组成。一方面，太阳能空调具有季节适应性强的优点，即空调能力随着太阳辐射能的增大而增大，而这正好与夏季人们对空调的要求相匹配；另一方面，太阳能集热器的工作温度越高，则吸收式制冷机的性能系数（COP）越高，因而太阳能空调系统的制冷效率也就越高太阳能热发电作为太阳能高温应用项目，是一个新兴的朝阳产业，其关键技术产业化可以提升企业竞争优势。太阳能热发电具有蓄热调峰功能，可以根据电网需求平稳输出动力，因此是一种非常有前途的可再生能源发电形式。按太阳能采集方式划分，太阳能热发电站主要有塔式、槽式、碟式和菲涅尔式四类。槽式太阳能热发电是利用抛物柱面反射镜将阳光聚焦在真空集热管接收器上，使接收器内的传热工质加热，然后将传热工质输入换热器，产生过热蒸汽，推动常规的汽轮发电机组发电。槽式太阳能热发电方式是目前在建太阳能热发电的主要途径。直通式真空管是槽式太阳能聚光器中的核心部件，它是以金属为吸热体，两端通过玻璃和金属封接技术连接使金属吸热体固定在真空玻璃管内，与槽形抛物面镜聚光器和跟踪装置构成一维线聚焦的中高温太阳能集热系统。系统工作温度可以达到390℃。直通式真空管具有工作温度高、承压能力强、耐热冲击性能好、技术较成熟等诸多优点，可以广泛应用于太阳能工业加热、太阳能空调和太阳能槽式热发电等。北京市太阳能研究所成立于1979年，是我国太阳能利用领域中最大的专业研究开发机构，是国家新能源工程技术研究中心的依托单位。研究开发领域涉及太阳能热利用、光伏发电、太阳能材料和高效节能。二十五年来共承担科研任务258项，其中包括国家攻关项目30项，国际合作项目5项，获国家专利193项，荣获国家和部、市级科技进步奖49项。该所是国内最早开展太阳能与建筑结合集热器研究和应用单位，在平板太阳集热器领域，引进铜铝复合条带生产线，并配套研发铝阳极化太阳选择性涂层生产线，使国内平板技术达到国外先进水平，随后也开发连续化黑铬涂层生产技术和磁控溅射太阳选择性涂层生产技术；近年来，在自主研发的热管真空管基础上，研发了易与建筑结合的直流真空管集热器，产品应用于奥运场馆等国家重点工程，产品被认定为国家重点新产品、北京市自主创新产品。目前，产品也开始应用于北京等城市太阳能应用项目，具有较高市场前景。该所控股子公司——北京桑达太阳能技术有限公司设在距北京40公里的河北三河市建有年产50万支金属真空管的生产能力的加工基地，占地27000平方米，其中厂房面积为8000平方米，是世界上最大的金属吸热体真空管生产基地。国内市场由北京太阳能研究所有限公司的负责销售；国外市场，在德国设有分公司，并在美国、澳大利亚、日本、韩国等30国家设有代理、销售商。北京市太阳能研究所有限公司是科技部太阳能光热联盟的核心成员，中高温直通式真空集热管是北太所研发的新产品，该产品包含多项创新技术，比如玻璃金属封接技术、高温高性能太阳能选择性涂层技术、玻璃减反射技术、吸氢技术等关键技术，拥有多项自主知识产权，目前已实现中高温直通式真空管中试生产，产品应用于国内多项太阳能中高温研究项目。目前国内槽式太阳能中高温项目中使用集热管90%以上来自本公司，是国内目前唯一可批量生产槽式真空集热管的公司。图1中高温集热管示意图图2北太所生产的槽式聚光集热管实物图图3四米高温真空集热管中高温直通管目前已批量供应市场，其中中温直通管已用于国内太阳能空调系统，高温直通管已提供给清华大学、北京工业大学、西安交通大学、东南大学和科学院工程热物理所用于科研项目，并且参与中国华电集团重点项目《槽式太阳能电站关键技术研究》和中航空港通用设备有限公司《槽式太阳能热发电工程化示范装置》项目，直通管性能得到检测和验证。图4采用北太所中温管的太阳能空调系统（湖南）图5采用北太所中温管的德州太阳能空调系统图6采用北太所高温管的华电槽式太阳能发电集热示范系统图7采用北太所高温管的中航太阳能集热系统图8采用北太所高温管的韩国太阳能集热系统北太所中高温集热管规格和性能参数管子型号SEIDO6-ⅠSEIDO6-ⅡSEIDO6-Ⅲ管子总长度(mm)200020004060吸热钢管外径（mm）3863.570玻璃管外径(mm)102102115吸收涂层吸收率≥0.94≥0.94≥0.94吸收涂层发射率≤0.06（80℃≤0.15（300℃≤0.06（80℃≤0.15（350℃≤0.06（80℃≤0.15（400℃玻璃管透过率≥0.92≥0.92≥0.93最高工作温度(℃)300350400耐压(0.1MPa)153030管子自重(Kg)6.51012.6近几年槽式太阳能热电站每年以几百万规模建设，每建设一个100MW的槽式电站，需要4米的直通型真空管5万支，因此现有的集热管生产企业SCHOTT和SOLEL公司生产订单已排到几年以后。为了满足太阳能热发电迅速发展需要，SOLEL公司在2007年投资2500万美元建设新厂把产能扩大三倍，SCHOTT公司在美国加州投资建设一个生产厂，以满足美国市场需求。由于存在较高技术壁垒，其它生产