槽式太阳能集热系统:解决工业企业蒸汽成本上升难题

槽式太阳能集热系统或为解决工业企业蒸汽成本上升难题之良策？

随着“煤改气”、“煤改电”双替代改造的实行，众多工业企业面临能源蒸汽成本迅速上涨、燃料价的不断攀升的现实问题，市场亟需提供抑制能源成本增加的有效解决方案。

作为一种可再生能源技术，槽式太阳能集热系统的高效利用方式开始受到越来越多的关注，并逐步走向实施落地。槽式太阳能工业蒸汽系统，拥有更佳的适应性、经济性和稳定性，同时解决太阳能系统的持续性、匹配性、安全性等诸多挑战，达到不同企业工厂用蒸汽模式所要求的最佳耦合运行方案。

    目前，成都禅德太阳电力有限公司（简称“成都禅德”）正积极推广和实践槽式太阳能集热系统。考虑到目前的工业企业“煤改气、电”为主要的锅炉形式，成都禅德优先开展燃气锅炉、电锅炉用户的太阳能再节约替代方向，该集热系统对于生物质、醇基燃料、清洁煤等其他形式保留下来的锅炉，同样可行有效。同时，该公司根据用户的资源条件设计优化合理的多能互补模式。

在设计阶段，其摈弃了目前光热发电槽式集热的相对高成本设计思想，利用更匹配应用温度区间采取降低集热温度（集热场出口温度由393℃下降至235℃左右）、从繁到简（采用4片反射镜组成的抛物线减少到2片组成）、从大到小（开口宽度从5770mm降低到3000mm，焦距从1710mm降低到950mm）、从长到短（集热器组合从150m减少到50m）的思路。这样使工程所需材料、导热介质及全系统的配置成本大幅下降，温度和压力的降低则使集热系统也降低了安全风险，反射镜采用两片的设计也极大的降低了施工安装成本。

成都禅德利用当前市场常规的中高温槽式集热的技术，采取了提高增强的设计思维，在现有中高温集热器开口2550mm的基础上提高了14%的宽度比例，从而达到了2片反射镜产品设计的接近合理极限宽度，同时其焦距设计也在此基础上提高了10%，相应地，采光面积也提高了14%，加之对金属结构部分的优化设计，既可以保证性能，还可以降低成本。

通过合理降级加上优化升级双重系统设计后，导热介质不仅仅是在最高温度的设计上控制在315°以下，更使导热油的冷凝点从14℃下降到-18℃，从而降低导热、传热系统的防凝成本。通过合理的优化设计，为打造更专业利用光热发电技术的累积经验，充分汲取中高温集热系统的应用特点，为槽式太阳能工业用蒸汽市场缔造出最理想的槽式集热系统设计最佳方案，以适用于工业企业蒸汽领域的广泛市场。

表：集热器单元（SCE）参数

成都禅德自主开发的槽式太阳能工业蒸汽市场专用集热器，设计开口宽度为3000mm、焦距950mm，聚光比70倍左右，集热管可选用管径在40mm-60mm范围大小，适用更大范围的核心部件选择，有利于降低成本增加竞争力，能够满足温度在120℃～300℃范围内的工业蒸汽应用领域的需要。采取标准化模块单元每个SCE集热器单元(SCE=6000mm)的长度可以适用于6000mm，或者8000mm以及12000mm的不同场地空间需要灵活合理搭配，整个集热系统的标准回路按照200m设计，由4个标准的SCA集热器组合（SCA=50m）组成，整个系统的设计严格按照光热发电的光学效率控制每项核心部件的严格设计、精细制造、光学检测、过程控制、组装集成、系统优化。

表：集热器组合（SCA）整体参数

考虑到集热系统不能影响建工业厂房高度的因素，采用槽式抛物线短焦距的技术形式，可以有效避免光污染问题；考虑到工业有效空间的最大利用，采取单轴跟踪技术能够提高光学接收效率（相比非跟踪技术），为建筑屋顶设计更轻便标准模块化的半抛物面型结构方式；集热系统采用导热油吸热传热换热，能够降低系统压力，提高系统安全稳定性，通过利用导热油缓冲罐的配置能够稳定输出给蒸汽发生器，经过蒸汽发生器内的换热器加热水，从而给客户提供稳定的蒸汽，避免云的遮挡给系统带来的不稳定影响；通过合理的设计储能方案，为用户提供更长时间的太阳能蒸汽利用小时数，目前针对储能的技术在可考虑配置低成本固体储热、导热油、低熔点盐、相变材料等多种模式，为不同用户的需要设计最佳的储热方案，以满足用户的蒸汽稳定需要。

槽式太阳能工业蒸汽系统可以和现有燃气锅炉、电锅炉耦合匹配使用，也可以根据项目情况配置有机朗肯、螺杆机等发电系统达到更高利用的模式。槽式集热器采用多倍聚光的方式，提高集热温度及热能品质，突破太阳能只能提供低于80℃热水的局限，专注于解决工业领域的蒸汽需求。

   透过合理优化提供稳定运行可靠的槽式太阳能工业蒸汽技术，如何能给客户带来好处，是每个企业最为关心的问题，基于槽式光热技术的特性，是直接的光热转换利用，缩短了能量的转换模式。

如今，槽式太阳能集热工业蒸汽技术价值已经突显，以张家口张北地区光资源DNI1700kwh/m2/y为例，不考虑企业场地的成本，仅仅利用槽式太阳能工业蒸汽的技术产生的蒸汽价格低于175元/吨（准确数据需要根据场地规模大小进行核算）；就目前的天然气价格参考3.75元/m3来测算，产生的蒸汽成本320元/吨左右，此价格没有考虑供暖季天然气价格上涨的风险，对于天然气未来价格会逐步上涨的风险，工业企业本身的利润率会被能源成本增加逐年抵消，在可预见的未来会让企业难以承受，相比5年前的蒸汽成本，其价格几乎接近翻番的窘境。

在“煤改气”、“煤改电”之后的新时代，最佳的低成本槽式太阳能工业蒸汽匹配耦合技术，必将会给企业带来低成本可再生能源多能互补利用时代。

在未来，提高槽式太阳能工业蒸汽系统优化，为广大工业企业节约能源成本，需要诸多相关企业携手设计制造、优化技术、精良装备、共赢市场，开展槽式太阳能工业蒸汽系统的产业化、模块化、规模化、优化集成、合理利用的工业绿色动能发展之路。

作者：成都禅德太阳能电力有限公司

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