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　　東西軸向陽(yáng)傾斜布置的HLIACS集熱系統(tǒng)由于僅在早晚較短的低DNI值的時(shí)段，由于太陽(yáng)光線入射角度稍大，而余弦損失較大；但其余時(shí)間段的高DNI值下的太陽(yáng)光線余弦損失很小，所以全年得熱量較高、各月的得熱量相對(duì)更加均衡，并且設(shè)計(jì)的配套儲(chǔ)熱換熱系統(tǒng)容量更為科學(xué)、有效，運(yùn)行時(shí)緩沖較為平滑，能夠滿足全年不同季節(jié)的電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度要求。

　　實(shí)現(xiàn)高聚光倍率，保效率降成本

　　中國(guó)的太陽(yáng)資源在全球范圍相比只能算較為豐富資源，適合光熱發(fā)電建設(shè)的區(qū)域平均有效的DNI值整體不高，基本在1400-1950kWh/㎡/a范圍，再加上緯度較高、冬季酷寒、風(fēng)沙較大等不利因素，對(duì)聚光集熱效率帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

圖7：集熱溫度-系統(tǒng)效率曲線

　　從光熱研究領(lǐng)域廣泛使用的上圖可以大致推論，集熱器輸出溫度450～480℃時(shí)，聚光比大約在140倍左右時(shí)具有最佳的系統(tǒng)效率，但如果進(jìn)一步考慮到中國(guó)光熱電站建設(shè)區(qū)域的太陽(yáng)能資源平均低于美國(guó)30%~35%，且環(huán)境平均溫度更低等等具體條件差異導(dǎo)致聚光集熱效率偏低，實(shí)際最佳聚光倍率與上圖應(yīng)有所區(qū)別，聚光倍率需要有較大幅度的提高才能夠達(dá)到系統(tǒng)效率最優(yōu)點(diǎn)，因此，HLIACS集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用160-200倍左右的聚光倍率，使其能夠更加適合我國(guó)光熱電站開(kāi)發(fā)區(qū)域的環(huán)境資源條件（具體詳細(xì)計(jì)算過(guò)程略）。

圖8：HLIACS聚光集熱系統(tǒng)示意圖

　　那么，如何實(shí)現(xiàn)高倍聚光呢？HLIACS系統(tǒng)利用了兆陽(yáng)光熱的專利技術(shù)：小角度入射時(shí)二次反射鏡的高倍聚光特性實(shí)現(xiàn)鏡場(chǎng)組合高倍聚光效果。例如將200倍的綜合聚光倍率分配為25倍*8倍的組合，其中一次反射鏡面總寬度與吸熱器CPC開(kāi)口寬度比達(dá)到25倍，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)及特殊工藝加工的二次反射鏡（CPC）由于入射光線夾角范圍較小，能夠?qū)崿F(xiàn)8倍甚至更高的二次反射聚光效果，將小夾角匯聚而來(lái)的鏡場(chǎng)反射光進(jìn)一步相對(duì)均勻地反射匯聚至集熱管的整個(gè)圓周表面；而向陽(yáng)傾斜鏡場(chǎng)布局、微弧曲面鏡、高度角跟蹤方式能夠?qū)⑷肷涮?yáng)光線用較小的匯聚夾角和較高的25倍聚光射入CPC入口，在跟蹤較小的高度角變化范圍時(shí)，始終保持很好的聚光效果，從而有效保證了較少的軸數(shù)、高倍聚光時(shí)仍有較大的光學(xué)容差角度。

　　在電站設(shè)計(jì)總發(fā)電量或鏡場(chǎng)總面積確定后，高倍率的HLIACS聚光鏡場(chǎng)能夠使回路數(shù)量比通常的80-100倍聚光鏡場(chǎng)的回路數(shù)量減少一半以上，因此所需的管道、閥門、儀器儀表以及真空集熱管的使用數(shù)量大幅度減少，大幅降低了采購(gòu)建設(shè)成本；另外，HLIACS的高聚光倍率的集熱管外表面積的單位熱流密度超過(guò)槽式單位熱流密度兩倍多，二者使用相同介質(zhì)且輸出相同參數(shù)時(shí)，前者的熱損失/得熱量的比例較后者要低得多。相同工況下單位長(zhǎng)度集熱管散熱損失功率相同，由于較低DNI地區(qū)或較低倍率的聚光系統(tǒng)中單位長(zhǎng)度集熱管得熱功率較低，故相應(yīng)的集熱效率也就較低，同時(shí)對(duì)低DNI時(shí)段的光資源也難以利用；于是，槽式鏡面開(kāi)口變大倍率變高成為趨勢(shì)，但實(shí)際上，綜合評(píng)估電廠所在地的大風(fēng)等自然條件、光學(xué)跟蹤精度及容差角度等因素，不難看出槽式開(kāi)口變大不僅要考慮技術(shù)和工程細(xì)節(jié)問(wèn)題，更要考慮成本實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較困難，目前一般很難超過(guò)100倍；而HLIACS鏡場(chǎng)系統(tǒng)能夠在保持較好的光學(xué)容差角度情況下，很容易實(shí)現(xiàn)低成本高聚光比（200倍左右），在降低一半的聚光集熱損失的同時(shí)，還可有效收集利用DNI強(qiáng)度250W/㎡以下的較低光照資源，并可減少溢出能量損失，提高系統(tǒng)集熱效率，節(jié)流開(kāi)源降低成本的效果顯著。

　　需要特別說(shuō)明的一點(diǎn)是，經(jīng)過(guò)近一年的測(cè)試運(yùn)行、改進(jìn)完善和考驗(yàn)驗(yàn)證，在發(fā)現(xiàn)并解決了常規(guī)真空集熱管的設(shè)計(jì)不周問(wèn)題后，現(xiàn)在可以證明在HLIACS聚光系統(tǒng)的200倍光強(qiáng)環(huán)境下，多家國(guó)產(chǎn)真空集熱管產(chǎn)品均可初步滿足使用要求，已經(jīng)批量安裝并經(jīng)過(guò)四個(gè)月連續(xù)運(yùn)行使用，目前真空集熱管無(wú)爆管現(xiàn)象，質(zhì)量表現(xiàn)穩(wěn)定，真空集熱管彎曲程度、失真空比例等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一些槽式電站案例的披露信息。

　　實(shí)現(xiàn)低建造成本，保證投資回報(bào)

　　?支架用鋼量大幅下降

　　HLIACS聚光系統(tǒng)的支架體系采用架空式金屬支撐結(jié)構(gòu)，在陣列周邊進(jìn)行增強(qiáng)處理后，可起到類似于擋風(fēng)墻的作用，聚光系統(tǒng)內(nèi)部的風(fēng)速大幅減小，因此對(duì)聚光系統(tǒng)內(nèi)部支架的抗風(fēng)載能力要求明顯降低，在可抵御10級(jí)風(fēng)的情況下，鏡場(chǎng)支架體系的總用鋼量依然可以大幅度下降。以上設(shè)計(jì)已經(jīng)成功通過(guò)流體力學(xué)有限元分析、模型風(fēng)洞試驗(yàn)及實(shí)際安裝現(xiàn)場(chǎng)10級(jí)大風(fēng)條件下的考驗(yàn)驗(yàn)證。

圖9：HLIACS聚光系統(tǒng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)

圖10：HLIACS聚光系統(tǒng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)（含農(nóng)業(yè)大棚和擋風(fēng)墻）

　　?驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠

　　兆陽(yáng)光熱開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用純機(jī)械電機(jī)（減速機(jī)加連桿結(jié)構(gòu)）的跟蹤驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)光線追蹤角度的控制更加精確，整套驅(qū)動(dòng)的減速比可以達(dá)到約30萬(wàn)，大減速比驅(qū)動(dòng)對(duì)長(zhǎng)距離回路驅(qū)動(dòng)精度更高。由于未采用液壓裝置，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耐寒、抗風(fēng)沙，即使布置在多風(fēng)沙的嚴(yán)寒地區(qū)，也能有非常好的適應(yīng)性，同時(shí)檢查維護(hù)直觀簡(jiǎn)單，工作量小。

圖11：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　?鏡場(chǎng)緊湊占地較少

　　HLIACS聚光系統(tǒng)，相較普通菲涅耳、槽式和塔式光熱電站而言，相同發(fā)電量情況下，鏡場(chǎng)占地面積最少（見(jiàn)下表），并且土地綜合利用率非常高，除了鏡面陣列下方架空高度能夠滿足各類養(yǎng)殖種植生產(chǎn)需要外，還可以對(duì)回路間20米左右間隔的露天區(qū)域進(jìn)行正常利用，幾乎全部鏡場(chǎng)土地均能實(shí)現(xiàn)有效綜合開(kāi)發(fā)，因此折算到光熱發(fā)電的土地成本很低。

表1：幾種光熱技術(shù)路線的反射鏡面積與鏡場(chǎng)占地面積的比值

　　再者，兆陽(yáng)光熱具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)（目前已取得13個(gè)國(guó)家或地區(qū)專利授權(quán)）的微曲面反射鏡制造技術(shù)，利用雙平板玻璃冷彎成型，面形精度可控，反射率高達(dá)94.5%。該曲面反射鏡的復(fù)合結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了反射鏡耐沖擊強(qiáng)度，即使特殊情況下發(fā)生破裂也僅對(duì)聚光效果產(chǎn)生微弱影響，聚光鏡可長(zhǎng)期繼續(xù)工作。

　　該反射鏡前后均為玻璃結(jié)構(gòu)，保證了反射鏡耐腐蝕及磨損，耐惡劣氣候，已經(jīng)通過(guò)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)（國(guó)家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心）的全面測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到和超過(guò)國(guó)際水平，能夠真正適應(yīng)多風(fēng)沙、寒冷的環(huán)境，預(yù)期使用壽命達(dá)到50年以上。微曲面反射鏡的使用，使聚光系統(tǒng)匯聚后的光線更加集中，溢出損失更少，更能夠滿足系統(tǒng)容差的要求，對(duì)聚光系統(tǒng)跟蹤精度的要求相應(yīng)降低。特別是該微曲面反射鏡采用平面鍍銀、鍍鋁鏡片為原料，自動(dòng)化高效生產(chǎn)，精度高、反射率更高，且無(wú)需復(fù)雜的熱彎鋼化、曲面鍍銀、太陽(yáng)能級(jí)高檔背漆等復(fù)雜工序，成本遠(yuǎn)低于常規(guī)太陽(yáng)能彎鋼化曲面鏡，有力確保了HLIACS聚光集熱系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

　　除此以外，兆陽(yáng)光熱還開(kāi)發(fā)出了與HLIACS聚光系統(tǒng)相配套的低成本高頻次干式清掃車，能夠使聚光系統(tǒng)鏡面常年保持在93%以上的反射率，確保聚光系統(tǒng)高效運(yùn)行（將另文介紹），提高聚光集熱效率。

　　HLIACS聚光集熱系統(tǒng)通過(guò)對(duì)國(guó)際成熟可靠的線性聚光集熱技術(shù)體系進(jìn)行深入分析和消化吸收，為充分適應(yīng)中國(guó)特殊的資源環(huán)境條件而進(jìn)行了徹底的再創(chuàng)新，具有完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可全部采用國(guó)產(chǎn)原材料及零部件，能夠有效克服較低DNI資源、高緯度、風(fēng)沙大、冬季嚴(yán)寒、土地資源短缺等等不利因素，實(shí)現(xiàn)全年均衡穩(wěn)定可靠運(yùn)行，清潔安全，聚光集熱效率高，制造安裝成本低，經(jīng)測(cè)算，在同一地點(diǎn)相同年發(fā)電量情況下可比常規(guī)線性聚光集熱體系的建設(shè)成本降低1/3以上，具有顯著的可靠性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，適合大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)。

　　注：兆陽(yáng)光熱代表將出席1月19日在北京召開(kāi)的中國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)回顧與展望領(lǐng)導(dǎo)者峰會(huì)暨CSPPLAZA2018新年匯，欲進(jìn)一步了解該技術(shù)詳情，請(qǐng)會(huì)上交流。