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龍騰太陽能:技術(shù)創(chuàng)新助光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)升級
來源:科技日報 | 0評論 | 7655查看 | 2014-03-11 08:33:00    
  2013年10月11日,北京海淀區(qū)釣魚臺大酒店,由國家發(fā)改委能源局組織的名為“槽式太陽能集熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及示范”的國家級能源科學(xué)技術(shù)成果鑒定會,正在緊張而熱烈的進行著。鑒定會專家組以徐建中院士為組長,包括周遠院士、金紅光院士、863計劃光熱發(fā)電首席專家王志峰研究員及國內(nèi)主要電力集團高級工程師共九人,陣容堪稱權(quán)威豪華。材料審查、技術(shù)成果介紹、現(xiàn)場測試匯報、專家質(zhì)疑與企業(yè)答辯,經(jīng)過反復(fù)的討論和嚴苛的評審,最終,鑒定組的全體專家們在結(jié)論書上鄭重落筆:該“槽式太陽能集熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及示范”科技成果總體上達到了國際先進水平,建議加快該技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化及工程示范與應(yīng)用,推動光熱發(fā)電項目的建設(shè)。

槽式熱發(fā)電集熱系統(tǒng)內(nèi)蒙示范工程


  2013年9月,在內(nèi)蒙古巴音淖爾市烏拉特中旗一片遼闊而荒蕪的草原上,兩條共長600米的標準槽式光熱發(fā)電集熱回路,在耀眼的陽光下熠熠閃動著魔幻般的藍光。笨拙的重達124噸的集熱系統(tǒng)裝置在四組液壓驅(qū)動的作用下,以誤差不超過2mard的精度敏銳和精確地追隨著太陽光線的變動,3500平方米面積的陽光被準確地聚焦在寬度125毫米、長度600米真空集熱管上。導(dǎo)熱油循環(huán)啟動,在真空集熱管中流過,溫度被加熱到393℃并最終送至冷卻裝置,空冷系統(tǒng)的風(fēng)扇急切地吹動,熱浪在空氣里一浪一浪地向四周彌漫。兩位來自德國宇航中心(DLR)的專家在緊張有序地忙碌著,檢查、測試、計量、記錄、統(tǒng)計、分析。一周的時間后,德國宇航中心(DLR)給出了測試結(jié)論:該槽式集熱場在功率和效率測試中表現(xiàn)優(yōu)異,相當于在以合成導(dǎo)熱油為傳熱流體,在商業(yè)電站的典型運行工況下,光熱轉(zhuǎn)換效率達67.1%,此結(jié)果與Euro-Trough聚光集熱系統(tǒng)在西班牙PSA測試結(jié)果一致,該回路總的性能達到了世界上大規(guī)模CSP項目中使用類似聚光器設(shè)計的聚光集熱系統(tǒng)性能水平。

4060×125 mm高溫真空集熱管


  所有這些成果,來自于江蘇的一家民營控股公司——常州龍騰太陽能熱電設(shè)備公司(下稱龍騰公司)的成功轉(zhuǎn)型。五年前,從事紡織生產(chǎn)的龍騰公司以獨有的洞察力與商業(yè)邏輯,在面臨產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型時選擇聚光太陽能熱發(fā)電(英文簡稱“CSP”——Concentrating Solar Power)產(chǎn)業(yè)。

集熱管磁控濺射鍍膜連續(xù)生產(chǎn)線


  CSP產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景好。根據(jù)相關(guān)研究機構(gòu)預(yù)測,到2020年歐洲CSP裝機容量將達30GW,2030年為60GW,這分別占了歐盟27國電力容量的2.4%和4.3%。而國際能源署CSP路線圖預(yù)測更為樂觀,全球CSP市場裝機容量2020年增加到147GW,其中北美50GW,中東和北非23GW。到2030年,全球CSP裝機容量增加為337GW,到2050年增加到1089GW。

  相較于傳統(tǒng)火力發(fā)電技術(shù),太陽能光熱發(fā)電利用太陽能光熱代替化石燃料燃燒釋放的熱,減少空氣污染。同時,它還避免了類似光伏發(fā)電過程中多晶硅產(chǎn)生的二次污染,真正意義上做到了零排放、零污染。以2013年底建成投運的美國solana槽式太陽能電站為例,其裝機容量280MWe,年發(fā)電9.4億度,可滿足當?shù)丶s70000戶居民用電需求,相較于傳統(tǒng)燃氣電站,年減排475000噸二氧化碳。

  彼時,在國際上CSP也剛剛興起,產(chǎn)業(yè)處于啟動期,技術(shù)進步空間大,競爭程度低,市場格局可塑性強。由于其技術(shù)難度高,生產(chǎn)工藝復(fù)雜,工程專業(yè)跨度大,資金門檻高,故而形成了國際寡頭市場格局。德國的SCHOTT公司、SIEMENS公司控制著核心部件的制造和供應(yīng),西班牙ABENGOA公司壟斷著太陽能光熱發(fā)電工程市場。在國內(nèi),CSP尚未引起企業(yè)或產(chǎn)業(yè)資本的重視,技術(shù)研發(fā)和商業(yè)應(yīng)用更是一片空白。

  既然選定了方向,面對挑戰(zhàn),龍騰公司義無反顧地踏上了新的征程。聚光太陽能熱發(fā)電(CSP)分為槽式、塔式、碟式、菲涅爾式,其中槽式最為成熟,應(yīng)用最為廣泛。一開始,龍騰公司就把目光瞄準了槽式熱發(fā)電最核心部件——高溫真空集熱管研發(fā)上。

  高溫集熱管的研發(fā),首先涉及到“磁控濺射鍍膜技術(shù)、玻璃表面高溫增透膜技術(shù)、玻璃與可伐合金的過渡封接技術(shù)……”等多個世界級技術(shù)難題的突破。在全球上,只有極少數(shù)公司真正具有高溫集熱管的產(chǎn)業(yè)化制造能力。

  龍騰公司轉(zhuǎn)型于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),從事高新技術(shù)創(chuàng)業(yè),必須“揚長避短”。龍騰公司必須有自己獨特的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化策略,充分發(fā)揮團隊在產(chǎn)業(yè)化組織能力方面的優(yōu)勢和長處。在技術(shù)研發(fā)過程中,龍騰堅持科技為本,自主創(chuàng)新,實施技術(shù)引進、吸收、領(lǐng)先策略。

  太陽能熱發(fā)電的核心部件技術(shù)能夠掌握這些技術(shù)全球僅有德國SCHOTT和SIEMENS公司。龍騰公司成立伊始,無人才、無技術(shù),同時還受到國外技術(shù)封鎖。公司在組建人才團隊時,以穩(wěn)定現(xiàn)有人才、用好關(guān)鍵人才、引進急需人才、廣招專業(yè)人才、培養(yǎng)儲備人才、打造頂尖人才為原則,深化國內(nèi)外資深院校、研究機構(gòu)的合作。同中科院寧波材料研究所進建太陽能先進鍍膜研發(fā)中心,同常州大學(xué)、常州工業(yè)大學(xué)共建產(chǎn)學(xué)研基地。實施“走出去、引進來”戰(zhàn)略。在技術(shù)研發(fā)方向與路線上,龍騰公司不是閉門造車,而是走出去,以放眼全球的視野,從一開始就瞄準國際最先進技術(shù),確立了以國際產(chǎn)業(yè)巨頭為標桿的高起點的研發(fā)策略。以歐債危機造成的歐洲經(jīng)濟衰退為契機,引進外智,與歐洲頂級的科研院所建立合作關(guān)系,聘請國際權(quán)威技術(shù)專家。目前龍騰公司擁有的專利實現(xiàn)了槽式聚光太陽能熱發(fā)電核心部件制造技術(shù)全覆蓋,打破了國外的封鎖和壟斷。

  技術(shù)突破后,新的挑戰(zhàn)隨之而生。如何通過生產(chǎn)裝備將技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化、商業(yè)化的產(chǎn)品?引進國外成熟裝備,但全球僅德國Von Ardenne、FHR公司具備制造能力,并且價格高、供貨周期長、維護難,更為嚴重的是會造成公司核心技術(shù)與生產(chǎn)工藝的擴散。

  企業(yè)投入巨資搞研發(fā),“開弓沒有回頭箭”,認準的路必須持之以恒堅持下來。面對艱難的產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn),龍騰公司的決策層及時調(diào)整了推進戰(zhàn)略:通過與國際研究機構(gòu)聯(lián)合設(shè)計,以江蘇地區(qū)發(fā)達的裝備制造能力為配套,再從國外采購核心部件,依靠龍騰公司自己的研發(fā)人員和能工巧匠,以大膽放大、科學(xué)推測、試錯摸索的方式,自行裝配制造工業(yè)化級的集熱管生產(chǎn)線。

  經(jīng)過一年多的努力,龍騰公司建設(shè)的國內(nèi)唯一的、綜合性能國際先進水平的磁控濺射鍍膜連續(xù)生產(chǎn)線順利投產(chǎn),標志著龍騰公司擺脫了核心裝備受制于人局面,使公司具備了根據(jù)市場需求迅速放大產(chǎn)能的能力。

  瞄準國際技術(shù)水平,到國際市場去弄潮,一直是龍騰公司研發(fā)及市場策略。龍騰公司進行了一系統(tǒng)的產(chǎn)品國際檢測。2013年3月,龍騰公司生產(chǎn)的真空集熱管的太陽吸收率和熱發(fā)散率由德國Fraunhofer太陽能應(yīng)用研究所進行了測試認證,結(jié)果顯示綜合性能達到了國際先進水平。同年9月,由德國宇航中心(DLR)聚光式太陽能發(fā)電技術(shù)測試資格中心(QUARZ)進行了模擬太陽光條件下的拋物面槽式集熱管熱損失功率及光學(xué)效率的測量,結(jié)果顯示性能全面超越對比標準管,達到了國際先進水平。取得了國際權(quán)威檢測標志著龍騰公司取得了到國際市場競技的入場券。

  要想實現(xiàn)推動中國CSP產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展,僅僅擁有核心部件的制造能力是不夠的,CSP電站的系統(tǒng)集成能力起著舉足輕重的作用,也是制約中國CSP產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心因素。集熱系統(tǒng)是槽式CSP電站最為核心的組件,其建設(shè)成本約占整個熱發(fā)電站的建設(shè)成本的50%,是熱電站能量的來源和熱效率的基礎(chǔ),它的光熱轉(zhuǎn)換效率并終決定了整個電站的發(fā)電效率。

  成立伊始,龍騰公司就把自己定位于具備核心部件制造能力的槽式CSP電站集熱系統(tǒng)供應(yīng)商。因此,龍騰公司在研發(fā)集熱管制造技術(shù)與集成設(shè)備的同時,槽式CSP集熱系統(tǒng)的集成技術(shù)的研究與開發(fā)也同步進行著。通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計,結(jié)合中國西部地區(qū)特殊自然環(huán)境,龍騰公司開發(fā)出適合在我國中西部地區(qū)使用的Royal Trough 150系列支架產(chǎn)品。在支架的驅(qū)動方式上,龍騰公司采取自主設(shè)計的是雙缸液壓系統(tǒng)驅(qū)動,該系統(tǒng)擁有比電機驅(qū)動更大的扭矩,因而可以驅(qū)動更大面積的陣列和具備更強的抗風(fēng)
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