光熱發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備和組件的創(chuàng)新方向

:近幾年來，在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的大背景下，作為多國重點(diǎn)支持發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，光熱發(fā)電在全球范圍內(nèi)迎來了又一波發(fā)展熱潮，中國、南非、中東北非等新興市場為光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

為盡快降低光熱發(fā)電成本，產(chǎn)業(yè)界正在加大光熱發(fā)電領(lǐng)域的科研投入，旨在通過光熱發(fā)電的技術(shù)革新和升級(jí)來提高光熱系統(tǒng)效率并降低光熱發(fā)電成本。從關(guān)鍵裝備角度來看，全球范圍內(nèi)的制造商們也在積極探索光熱發(fā)電裝備的創(chuàng)新和升級(jí)。下文統(tǒng)計(jì)了反射鏡，集熱管，槽式集熱器，塔式定日鏡等光熱電站關(guān)鍵設(shè)備和組件的一些創(chuàng)新方向和部分創(chuàng)新案例。

一、反射鏡篇

目前光熱發(fā)電站采用的主流反射鏡產(chǎn)品一般為六層結(jié)構(gòu)，分別為超白玻璃基層、鍍銀層、鍍銅層、底漆涂層、中漆涂層和白色面漆涂層。超白低鐵玻璃是一種高透光率玻璃產(chǎn)品，透光率≥91%，鍍銀層為反射層，鍍銅層為保護(hù)層，底漆涂層、中漆涂層和白色面漆涂層為防腐保護(hù)層。

創(chuàng)新方向1：反射膜

反射膜技術(shù)是在鋁質(zhì)或不銹鋼等材料制成的基板上覆上一層高性能聚合物薄膜以獲得輕質(zhì)反射鏡。此舉可顯著降低反射鏡系統(tǒng)的整體重量，降低支架等系統(tǒng)的投資，從而降低光場系統(tǒng)整體投資。

當(dāng)前在太陽能反射膜技術(shù)上研發(fā)較多的有兩家公司，分別是3M和Skyfuel旗下的ReflecTech。3M以反射膜及其附屬產(chǎn)品如膜邊緣用的密封膠、清潔劑等的研發(fā)和銷售為主，但并不提供整體反射鏡系統(tǒng)方案，而Skyfuel則提供整體的SkyTrough反射膜反射鏡系統(tǒng)方案。

ReflecTech的反射膜是一種鍍銀高分子聚合物薄膜，已經(jīng)通過NERL能效測(cè)試。該技術(shù)在2011年9月份就開始在加州SEGS1&2槽式電站上進(jìn)行示范運(yùn)行，整體運(yùn)行狀況較為穩(wěn)定。

圖：ReflecTech反射膜

反射膜技術(shù)目前面臨的問題主要有四個(gè)。一是還沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)其反射率進(jìn)行檢測(cè)認(rèn)證；二是使用壽命，目前還不能完全確定反射膜在運(yùn)行幾年后是否會(huì)發(fā)霉、變質(zhì)，反射率是否會(huì)有較大的衰減等；三是其聚光精度較難控制，反射膜需要搭配金屬基板，其聚光精度由金屬基板如鋁板決定，如何保障鋁板的弧面精度是一個(gè)問題，即便鋁板的精度可以保證，把反射膜貼上去這一過程也很可能會(huì)影響弧面的精度。四是經(jīng)濟(jì)上來看，由于缺乏實(shí)際的大型商業(yè)化項(xiàng)目的驗(yàn)證，目前并沒有實(shí)際數(shù)據(jù)支撐其成本比玻璃反射鏡較低的論斷。

創(chuàng)新方向2：更薄厚度

反射鏡常用的厚度標(biāo)準(zhǔn)是4mm,但事實(shí)上，玻璃越厚，太陽光到達(dá)反射鏡反射層的光損越多，反射率則越低。當(dāng)前主流反射鏡產(chǎn)品的反射率在93%~94%之間，為進(jìn)一步提高反射率，其中一個(gè)可行的解決方案即設(shè)法降低玻璃的厚度，從而降低反射鏡系統(tǒng)的重量，并最終降低集熱場的整體投資。

目前的解決方案是在強(qiáng)度更好的基板如蜂窩鋁板、合成樹脂等上面粘貼超薄反射鏡。如意大利ENEA研發(fā)的一種超薄反射鏡就是將蜂窩鋁板先成形為拋物弧，再把0.8mm的超薄反射鏡貼上去。天津?yàn)I海光熱投資有限公司采用的方案則為在合成樹脂制作的基板上面粘貼1mm厚的反射鏡，反射率可提升至96%以上。

然而，厚度降低會(huì)大幅提高超白玻璃的生產(chǎn)成本，1mm超白玻璃的價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4mm超白玻璃的價(jià)格（同一廠商），同時(shí)也增加了反射鏡生產(chǎn)工藝的難度，1mm的非鋼化鏡在生產(chǎn)過程中較易破損。另外，目前采用的附屬基板方案種類較多，缺乏成熟的經(jīng)過商業(yè)化項(xiàng)目驗(yàn)證的案例，在強(qiáng)度和耐候性方面仍存在不確定性。超薄反射鏡相對(duì)通用的4mm鏡在成本上要高出不少，其帶來的聚光效率的提升是否足以抵消并超出其成本增加尚缺乏實(shí)際案例的證實(shí)。

圖：濱海光熱阿克塞800米熔鹽槽項(xiàng)目采用超薄反射鏡

反射鏡領(lǐng)先制造商Rioglass于2013年推出了一種創(chuàng)新型的“三明治”結(jié)構(gòu)反射鏡，其沒有大幅度縮減厚度，而是采取了較為“中和”的技術(shù)路線。它將玻璃厚度從4mm降至2mm，前層為2mm厚的鍍銀層和銅層的薄玻璃反射鏡，中層為高密度聚氨酯泡沫，背板為鍍鋅鋼板，總厚度為40mm，反射率提升至96%左右。這種反射鏡的安裝更為簡便安全，降低了安裝成本，強(qiáng)度更高，也降低了破損率。于2016年投運(yùn)的南非KhiSolarOne50MW塔式光熱電站就采用了這種超薄反射鏡。

圖：Rioglass的“三明治”結(jié)構(gòu)反射鏡

創(chuàng)新方向3：減少防護(hù)漆

反射鏡一般要鍍上三層防護(hù)漆，常見的第一層保護(hù)漆是丙烯酸樹脂層，第二層是醇酸樹脂層，第三層是聚氨酯樹脂層。如若能減少防護(hù)漆的層數(shù)同時(shí)不影響對(duì)反射鏡的防護(hù)，可相對(duì)降低反射鏡的成本。但目前尚無廠商公開發(fā)布在此領(lǐng)域的相關(guān)研發(fā)成果。

創(chuàng)新方向4：微弧平面鏡

在實(shí)際應(yīng)用中，為獲得較好的聚光效果，平面鏡也經(jīng)常通過支架固定等方式形成一定的微弧。除了機(jī)械方式外，部分廠商已生產(chǎn)或正在開發(fā)“天然”的微弧反射鏡，即生產(chǎn)出的成品即為微弧鏡，而非后期安裝時(shí)通過機(jī)械作用力產(chǎn)生。

“天然”微弧鏡的生產(chǎn)技術(shù)和工藝難度并不太高，也可以減少鏡場安裝時(shí)的工作量。但其產(chǎn)品生產(chǎn)流程較為復(fù)雜，成本一般要遠(yuǎn)高于普通平面鏡。如果可以生產(chǎn)出低成本的微弧平面鏡，將大大降低鏡場的安裝成本，提升聚焦精度。

世界領(lǐng)先的玻璃生產(chǎn)商Guardian公司聲稱擁有微弧平面鏡的生產(chǎn)技術(shù)和能力，但該公司內(nèi)部人士也承認(rèn)這種鏡子的造價(jià)要高出一般的平面鏡，具體價(jià)格可能要根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的具體要求來測(cè)算。

國內(nèi)廠商浙江大明玻璃有限公司也能夠生產(chǎn)這種微弧鏡，并在CSPPLAZA年會(huì)上多次展出該款反射鏡。其宣稱該款反射鏡實(shí)際反射率可達(dá)95.5%以上，同時(shí)，復(fù)合式設(shè)計(jì)大大減輕了反射鏡自重，相較傳統(tǒng)反射鏡自重減輕50%以上。

圖：大明玻璃推出的超薄微弧平面反射鏡

創(chuàng)新方向5：減反射膜層

減反射膜，又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學(xué)表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統(tǒng)的雜散光。因此，在玻璃反射鏡前表面鍍減反射膜層，則可降低前表面的反射率，增加透光率，使更多光到達(dá)反射層，從而增加反射率。

這種技術(shù)面臨的主要障礙仍是成本，增加膜層不應(yīng)過多增加反射鏡的成本，否則則不具推廣價(jià)值。

創(chuàng)新方向6：自潔凈

光熱電站開發(fā)的自然環(huán)境一般較為惡劣，特別是在中國西部沙塵較大的地區(qū)，反射鏡極易附著大量灰塵從而降低其反射率。但由于對(duì)鏡面的的清洗耗時(shí)耗資，開發(fā)擁有自潔凈功能的反射鏡成為一大發(fā)展方向。Rioglass表示其一直在開展減輕鏡面染污率的研究，Rioglass方面介紹稱其開發(fā)的一種新的玻璃反射鏡的抗污涂層（自清潔）已經(jīng)被成功的集成在玻璃熱彎鋼化工藝中，即將推向市場。