太阳能热发电技术突破

太阳能热发电技术突破雷东强DongqiangLei皇明太阳能股份有限公司HiminSolarCo.,Ltd2010年9月17日TechnologyBreakthroughofSolarThermalPowerContents1塔式太阳能技术研发SolarPowerTowerDevelopment1槽式太阳能技术研发ParabolicTroughSolarPowerDevelopment2菲涅尔太阳能技术研发FresnelsolarPowerDevelopment

3碟式太阳能技术研发SolarPowerDishDevelopment4两条技术路线做大做小>100平米<20平米ATS，SENERBrightsource,esolar148平米ATS100平米皇明7平米Brightsource1平米esolar1塔式太阳能热发电技术研发

1SolarPowerTowerDevelopment第一代定日镜

FirstGenerationHeliostat2000年开始研制定日镜，目标：低成本，高精度，结构可靠第一代定日镜，结构可靠优点：单元镜尺寸大，加工方便

Advantages:Thesizeofoneunitmirrorislarge,whichmakesiteasyforhandling.

缺点：

1.桶状结构，聚光效果稍差

2.重量重，安装、调试、维修困难Disadvantages:1.Tubbystructureandtwodimensionspotlightmakeitalittlebitpoorinfocusingsunlight.2.Itsweightismuchheavy,whichmakesithardtoinstall,modifyandrepair.

定日镜风洞试验研究湖南大学HD－2大气边界层风洞模型缩比1/10WindTunnelTestforHeliostatHD-2BoundaryLayerWindTunnelinHunanUniversityScale:1/10第二代定日镜（2007年）：高精度SecondGenerationHeliostat(2007):HighAccuracy特点：通过定日镜面型设计，提高精度

1.六边形结构和方形结构，钢化夹胶玻璃反射镜，强度高，

缺点：

.平面结构，聚光效果稍差2.形状特殊，浪费材料Advantages:Hexagon，temperedandlaminatedglass,highhardness.Disadvantages:Flatstructuremakesitssunlight-focusmuchpoor.Materialwaste定日镜风荷载现场实测测试对象：100m2定日镜测试参量：风速风向、风压、应变测试工况：将定日镜调到迎风状态，使高度角变换姿态依次为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°WindLoadTestontheHeliostatinNaturalWindField定日镜风荷载现场实测

WindLoadTestontheHeliostatinNaturalWindField

实验结果与有限元分析结果的对比轮胎面定日镜

Toroidalheliostat中科院-皇明联合实验室研制的新型定日镜：16m2轮胎面定日镜每面小镜子在两个方向都存在弧度，提高聚光效果ANovelHeliostatdevelopedbyIEECAS&HiminToroidalheliostatwith16m2reflectivearea西安交通大学第三代定日镜（2009年）：高精度+低成本ThirdGenerationHeliostat(2009):HighAccuracy&LowCost100m2塔式热发电关键部件——定日镜通过国家“863”项目验收，为延庆1MW电站提供1万平米定日镜10000m2heliostatfor1MW

SolartowerplantinYanqing；2槽式太阳能热发电研发

Parabolictrough突破4m高温真空集热管关键制作技术：4msolarvacuumtube国际通用槽式太阳能聚光器parabolictroughcollector13HEC开始研制样品研制成功中试生产PTR

批量生产PTR2004200820092010相关研究耐高温选择性吸收涂层；玻璃与金属封接技术成果2米长镀膜钢管匹配封接样品500mm长样管成果确定生产工艺，集热管制作专利获得授权中试生产线建设4米长集热管试验测试建设年产2万支管生产线工艺优化实际运行测试槽式太阳能集热管

HCEMatchedglass-to-metalseals

Automaticsealing3intermediateglassDesignwithreducedbellowlength,activelength>96%Newdesignedgetterassembly,

canabsorbHydrogen.Increasedgetterquantitymountedincoolplace,maintained20years.Pressure<10-2Parassembyhightemperaturesolar-selectiveabsorbercoatingEmittanceε<14%at400℃Absorptance

>

95%Highesttemperature：550℃atvacuum，380℃atairLowprofileradiationshield.15集热管的封接方式端面平封；热压封技术，依靠玻璃管端面与金属片端面相封接的结构形式；平封具有较大的封接应力使用温度低300℃以内，封接处暴露于环境中双面立封：将金属环封入到玻璃管的管壁里，金属环封接处两面均被玻璃包围；目前高温真空集热管中均是采用该种封接结构。16匹配封接特点：采用膨胀系数相接近的玻璃和金属；封接处不需加工成刀口形状；膨胀系数匹配的玻璃与金属材料较少非匹配封接方法特点：Housekeeper理论；该结构主要用来封接膨胀系数差比较大的玻璃与金属；为降低封接应力，金属环封接端成刀口形状，金属壁较薄，<0.03mm

关键技术：玻璃与金属封接Keytechnology：glass-to-metalseal17利用过渡玻璃实现金属与高硼硅玻璃管封接。工艺掌握成熟，已完成测试，抗拉、气密和耐热冲击性能良好。目前玻璃管表面涂有纳米自洁膜层，实现批量生产。2.1Keytechnology：glass-to-metalseal18采用不锈钢与高硼硅玻璃非匹配封接StainlesssteeltoPyrexglassseal，特点：不锈钢薄壁机械加工成本较高。封接件在温差150℃耐热冲击20次未发生封接失效或漏气；集热管经460℃的长时间高温真空排气，封接处气密性良好；目前进行批量制作，并进行性能。Keytechnology：glass-to-metalseal19选择性吸收膜层Solarselectivecoating

采用新型金属陶瓷选择性吸收膜层（patentedbyHimin）属内管：长4060mm，外径70mm，壁厚3mm,最高试验压力为16MPa。允许最高使用温度和压力：450℃/6MPa最高耐温：550℃atvacuum，380℃atair；德国FraunhoferISC膜层检测Acceleratedagingtest20Outgassingcharacterization

材料放气气体成分和总量随时间变化情况材料放气公式：Q(t)=q0t1-a/(1-a)+C

根据真空老化理论分析，确定20年寿命中需要吸气剂的数量。

21整管检漏，leakingrate<1×10-11Pam3/s优化了高温真空排气工艺集热管封离真空度可达3×10-4Pa,长期真空度监测，真空度高于10-2Pa。关键技术：真空排气和真空维持技术Keytechnology：vacuumoutgassingandmaintenance22槽式聚光器焦距：1710mm开口宽度：5760mm集热器模块长度：12m较低的用钢量：用钢量为18.5kg/m2。峰值光学效率≧78%工作温度：-40℃～+50℃较强的抗风能力23轻量化支撑结构设计Designoflightsupportstructure支撑结构由3个相同的三角形截面；钢管加工而成，有利于轻量化，刚度好；便于制造、运输、安装。a)变形分布b)mises应力分布24弯制的抛物面反射镜

highaccurateparabolicreflector复合式反射镜单层抛物面反射镜：采用4±0.2mm超白浮法玻璃制造，在反射层上再沉积一层铜保护层，再喷涂三层漆层进行防腐。25低成本的控制与驱动系统lowcostoftrackingsystem驱动系统⑴传动精度高：液压系统，可实现低速大扭矩传动，无爬行；

⑵使用寿命长：元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小⑶多种规格：油缸直径为125和160的液压缸两种控制系统由PLC控制器进行闭环控制，达到跟踪精度±0.1º。延庆24m长槽式集热系统安装现场

24mParabolicTroughcollector目前镀膜钢管的核心技术获得了国家发明专利，此产品的膜层在空气中耐高温可达400℃，其吸收率α>95%，发射率ε<15%（400℃）；其各项

性能稳定可靠。镀膜钢管的产品已经销往：澳大利亚、西班牙、美国等3菲涅尔太阳能技术研发3Fresnelsolar镀膜钢管产品测定的吸收比为95%（AM1.5）；发射比为7%～8%（300℃）

Atthebeginningof2008,theGermanyFraunhoferISCtestedourcoating’sabsorptanceis95%（AM1.5）.德国FraunhoferISC的测试数据皇明镀膜钢管在PE1热发电站实际应用PE1Fresnelsolarstation由德国的NBS公司设计，建造于西班牙；功率为1.4MW；2008年运行至今已近两年，运行稳定，性能未衰减。产品用户反馈Feedbackformourcustomer澳大利亚SHP公司系统上应用TheapplicationofourproductinSHP菲涅尔太阳能热发电示范Demonstration

ofFresnelsolarpower地点：德州工厂房顶集热面积：3.3万平方米装机容量：2.5Mw布局：6组聚光*480mSite:DezhouRoofoftheindustry

Aperturearea:33,000m2Installedcapacity:2.5MWDistribution:6setsheliostat*480m2003年，研究完成了5米多碟式点聚焦高温集热系统，在中科院电工所通县实验基地的斯特林发电系统截光口当量直径：Φ5m焦距：3250mm焦斑直径：≦200mm聚焦比：625镜面反射率：≧93%可承载吸热器重量：