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　　太陽能集熱管是槽式太陽能熱發(fā)電站中將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的關(guān)鍵部件，其耐久性直接影響了整個(gè)槽式熱發(fā)電系統(tǒng)效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明集熱管失效一直是槽式電站中存在的主要問題，其中SEGS電站集熱管年失效率超過4%，如圖1所示，而2006年后新建槽式電站據(jù)統(tǒng)計(jì)年失效率至少3.4%，失效主要包括玻璃損壞、真空損失和膜層老化。上述失效，一方面造成集熱管熱損急劇上升，顯著降低了系統(tǒng)的發(fā)電效率。另一方面，為了更換單個(gè)集熱管整個(gè)回路必須停止運(yùn)行，也降低了電站的經(jīng)濟(jì)性。

圖1 集熱管失效率統(tǒng)計(jì)

　　根據(jù)集熱管失效的特點(diǎn)分析，主要是集熱管部件耐久性問題和結(jié)構(gòu)可靠性兩個(gè)共性問題。其中耐久性問題主要為選擇性吸收膜層老化壽命問題。結(jié)構(gòu)可靠性問題主要包括金屬內(nèi)管彎曲問題、玻璃與金屬封接失效問題和波紋管熱-機(jī)械疲勞失效問題。

　　國際上，對(duì)于選擇性吸收膜層高溫老化壽命研究，國際上國際能源署在1994年曾針對(duì)平板集熱器膜層耐久性測(cè)試方法制定了標(biāo)準(zhǔn)初稿，并于2014年最終頒布了ISO22975-32014。該測(cè)試方法基于溫度引起的膜層光學(xué)性能衰減可以采用Arrhenius方程進(jìn)行描述定義，但該方法限定范圍為太陽能平板集熱器的膜層老化壽命評(píng)價(jià)，最高悶曬溫度280℃左右。針對(duì)于槽式太陽能集熱管中高溫選擇性吸收膜層的老化壽命評(píng)價(jià)目前尚無測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，一些大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都相繼開展了膜層高溫老化相關(guān)研究，特別是意大利ENEA研究機(jī)構(gòu)對(duì)5MW槽式熔鹽系統(tǒng)的集熱管膜層高溫老化和集熱管結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行了較多研究，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)問題。

　　對(duì)于集熱管可靠性評(píng)價(jià)方法，許多國際上光熱電站及研究單位也都開展了一些研究，如美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL和德國宇航中心DLR都進(jìn)行了較多的研究，提出了一些測(cè)試方法和減少集熱管現(xiàn)場(chǎng)失效率測(cè)試,但國際上同樣尚未有相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),也是當(dāng)前急需解決的共性問題。

　　以真空失效為例，國內(nèi)用戶對(duì)真空失效的標(biāo)準(zhǔn)尚存爭(zhēng)議。對(duì)此，肖特公司對(duì)集熱管調(diào)試運(yùn)行之前、之后分別提出了判斷依據(jù)：集熱管調(diào)試運(yùn)行之前發(fā)生真空泄露，真空指示斑就會(huì)和進(jìn)入的空氣（氧氣）反應(yīng)，顏色變白，如圖2所示。

圖2 肖特公司判定集熱管真空泄露的標(biāo)準(zhǔn)—真空指示斑變白

　　除此之外，肖特公司的集熱管產(chǎn)品手冊(cè)中也明確表示，在集熱管的使用過程中，真空指示斑除了通常的銀色鏡面外，還有很多的外觀，如彩虹狀或黑色，如圖3所示，這也代表真空良好。

圖3 真空良好的幾種真空指示斑的顏色

　　關(guān)于真空指示斑會(huì)出現(xiàn)黑色和彩虹色的原因，主要是由于蒸散型吸氣劑形成的鋇膜和吸附的雜質(zhì)氣體反應(yīng)之后生成的化合物呈現(xiàn)的顏色。

　　在集熱管生產(chǎn)過程中（排氣之后），真空指示環(huán)的材料被加熱，通常用感應(yīng)加熱的方式加熱并蒸發(fā)，沉積在玻璃管上形成涂層，而我們看到的就是銀色鏡面狀態(tài)的真空指示斑。

　　真空指示環(huán)的原材料的主要成分是金屬鋇（Ba），蒸發(fā)之后在玻璃管內(nèi)壁形成一層鋇膜，從外表面看就是銀色鏡面。但在集熱管的運(yùn)行過程中，因?yàn)殚L期處于高溫狀態(tài)下，玻璃管以及金屬管會(huì)釋放出吸附H、CO、CO2等碳的化合物氣體，高溫下，鋇膜吸氣劑與CO、CO2、H2等雜質(zhì)氣體反應(yīng)，形成碳化鋇，碳酸鋇，氫化鋇等，其中碳化鋇是黑色，其他化合物顏色多樣，也即是彩虹斑的成因，而這個(gè)過程中真空指示斑參與了反應(yīng)，其面積也會(huì)逐漸減小。

　　如果集熱管出現(xiàn)破損或外部泄露，空氣中的氧氣將大量進(jìn)入，鋇膜便與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成氧化鋇，呈現(xiàn)完全的白色，因此只有真空指示斑呈現(xiàn)白色時(shí)，才可以初步判定集熱管的真空失效。

　　肖特公司也指出，一旦系統(tǒng)開始運(yùn)行之后，此類依據(jù)就不夠準(zhǔn)確了。其運(yùn)行后的真空失效的判斷公式如下：

　　Tthr=Tamb+50+(Toil–300)/3

　　其中Tamb為大氣溫度[oC],Toil為導(dǎo)熱油的溫度[oC]

　　肖特公司關(guān)于集熱管運(yùn)行后的真空失效公式，行業(yè)尚存些許爭(zhēng)議，國內(nèi)對(duì)此也沒有公認(rèn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，天瑞星公司將與電工所及相關(guān)單位合作，在共性問題的研究基礎(chǔ)上，推動(dòng)此項(xiàng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的確立。

　　天瑞星公司中國航天科技集團(tuán)公司下屬中國空間技術(shù)研究院所屬專業(yè)從事太陽能光熱技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)、核心產(chǎn)品制造、技術(shù)服務(wù)的產(chǎn)業(yè)化公司。2000年7月18日，天瑞星公司籌建成立，是集研發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)、市場(chǎng)營銷于一體的高新技術(shù)企業(yè)。依托于卓越的航天技術(shù)，天瑞星公司研制出擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫太陽能集熱管，并通過德國宇航中心DLR和歐洲太陽能試驗(yàn)中心PSA的測(cè)試，通過一系列工程示范和商業(yè)應(yīng)用，公司掌握了槽式系統(tǒng)集成的核心技術(shù)，具備在全球大規(guī)模部署槽式聚光集熱系統(tǒng)的能力。2014年，天瑞星建成年產(chǎn)200MW的航天神舟光熱產(chǎn)業(yè)園。自2011年起，公司已為幾十余家國內(nèi)外客戶提供了近千支集熱管，并獲得了用戶的認(rèn)可，其中包括延慶863項(xiàng)目和西班牙的商業(yè)化槽式電站LaDehesa,而且也獲得了用戶Samca公司的使用推薦信。

　　鑒于今年國內(nèi)11個(gè)線聚焦的槽式和菲涅爾式熱發(fā)電項(xiàng)目將相繼啟動(dòng)，集熱管的壽命以及真空失效評(píng)價(jià)問題不僅是國內(nèi)眾多集熱管生產(chǎn)廠家急需解決的關(guān)鍵問題，也是電站業(yè)主單位、電站設(shè)計(jì)單位及EPC單位等最為關(guān)心的關(guān)鍵問題，天瑞星將與電工所和相關(guān)單位合作，共同研究出相應(yīng)測(cè)試評(píng)價(jià)手段，群策群力，減少廠家各自重復(fù)、無效研究，探索國內(nèi)集熱管產(chǎn)品存在的共性問題的測(cè)試評(píng)價(jià)方法及解決措施，提升吸熱管的產(chǎn)品質(zhì)量和性能，為保證國內(nèi)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。