槽式太陽能中溫吸熱管突破創(chuàng)新降低成本的路徑探討

:隨著太陽能的熱水應(yīng)用逐步向熱能應(yīng)用的中高溫轉(zhuǎn)變，采用拋物線聚光原理的槽式太陽能應(yīng)用技術(shù)逐漸在國內(nèi)諸多清潔工業(yè)生產(chǎn)、居民供熱采暖項(xiàng)目上嶄露頭角。

為了能夠讓核心部件——吸熱管在技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮更加突出的作用，如何突破創(chuàng)新降低成本是未來規(guī)?；l(fā)展應(yīng)用的必要基礎(chǔ)。

（來源：微信公眾號(hào)“CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺(tái)”）

首先介紹一下槽式集熱器技術(shù)。槽式太陽能集熱技術(shù)是利用槽式聚光鏡將太陽光聚在拋物面焦點(diǎn)形成的一條直線上，在這條線上安裝有管狀真空吸熱管，用來吸收太陽能，并對傳熱工質(zhì)進(jìn)行加熱傳導(dǎo)，再通過循環(huán)泵將熱流體輸送到儲(chǔ)熱系統(tǒng)，或者直接輸送到換熱器進(jìn)行熱交換，根據(jù)不同的應(yīng)用場景提供合適的用熱溫度或產(chǎn)生蒸汽。

集熱回路由集熱器陣列組成，集熱器的組件主要包括：反射鏡、吸熱管、金屬支架、跟蹤系統(tǒng)（包括驅(qū)動(dòng)、控制和傳感器）等，集熱器組合是主要的功能組件。各集熱回路采用并聯(lián)方式連接，形成太陽能集熱場。

每個(gè)集熱組合均由若干個(gè)集熱單元組成，每個(gè)集熱組合配置驅(qū)動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)單軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)集熱組合跟蹤太陽。

目前規(guī)?；瘧?yīng)用最早的中高溫槽式光熱項(xiàng)目是用來進(jìn)行發(fā)電的美國莫哈維沙漠SEGSI項(xiàng)目，該項(xiàng)目建于1984年，規(guī)模為13.8MW，太陽能集熱場面積82,960m2；集熱單元長度6300mm，采用長度為3000mm，直徑40mm的不銹鋼鍍膜真空吸熱管，導(dǎo)熱油回路運(yùn)行出口溫度307℃。項(xiàng)目運(yùn)行至2017年4月份，成功運(yùn)行32年之久。

以35年前的13.8MW項(xiàng)目大小為例，當(dāng)初采用長度3000mm的吸熱管大約用了11100支，如果采用今天國內(nèi)吸熱管長度2000mm的產(chǎn)品需要的數(shù)量將會(huì)是16500支，不僅僅吸熱管數(shù)量增加的問題，同樣吸熱管支撐臂、安裝焊接焊口數(shù)量同樣也會(huì)增加5400個(gè)數(shù)量級(jí)，試問我們的吸熱管技術(shù)怎么能夠降低成本，才能趕上35年前的國外技術(shù)。

作為槽式集熱系統(tǒng)核心部件的吸熱管在未來的發(fā)展應(yīng)用，對于太陽能中高溫的市場開發(fā)利用將起到?jīng)Q定性的作用，特此呼吁行業(yè)內(nèi)企業(yè)突破創(chuàng)新，在吸熱管的外形尺寸上面，能夠改變從固有的長度2000mm盡快發(fā)展到長度3000mm尺寸，為實(shí)施降低集熱系統(tǒng)成本走出重要的一步。

針對長度6000mm的集熱器，每個(gè)集熱單元如果由2000mm換成3000mm的吸熱管，就直接減少了1支集熱管的使用。

當(dāng)然了，是否可以考慮不僅僅在長度上面優(yōu)化，也應(yīng)該能夠盡快在管徑上面做些發(fā)展，從原來的直徑40mm能否提高到直徑50mm左右，通過變徑后的設(shè)計(jì)能夠減少吸熱管在變長后的變形問題，希望能夠透過技術(shù)升級(jí)為太陽能中高溫?zé)崂脦硇碌陌l(fā)展機(jī)遇。

表1：中溫吸熱管35年前后尺寸對比

下面針對中溫（非光熱發(fā)電）吸熱管的參考結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，方便行業(yè)專家討論分析，提出優(yōu)化降低成本的建議方案，提高性價(jià)比加速促進(jìn)太陽能中溫領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)化適應(yīng)性改進(jìn)建議：

圖2：吸熱管結(jié)構(gòu)參考圖

1）波紋管連接段——焊接在金屬內(nèi)管上，利用其密閉性及可伸縮性，來保持吸熱管夾層的真空及抵消部分由于熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力；針對中溫?zé)崂貌糠质欠窨梢钥紤]簡化，也就是設(shè)計(jì)為一頭固定的方案，考慮在每個(gè)集熱器單元的兩側(cè)兩支吸熱管兩端采用波紋管設(shè)計(jì)的方案，如此以來實(shí)現(xiàn)降低成本的目標(biāo)，考慮設(shè)計(jì)130℃以下專用。

2）玻璃－金屬過渡段——與金屬波紋管和玻璃管封接在一起，由多段過渡玻璃及可伐合金組成。主要作用是實(shí)現(xiàn)玻璃和金屬的匹配焊接過渡，并保證吸熱管的密閉性，此種過渡方式可加大金屬－玻璃的結(jié)合強(qiáng)度，大大提高該吸熱管的使用壽命和安全性。有沒有可能采用壓封的方案，能夠降低多少成本，影響多少產(chǎn)品使用壽命？

3）長效吸氣劑——固定在金屬管上，主要用來吸收管內(nèi)部的氣體，保持其真空度，減小集熱管真空夾層內(nèi)的空氣密度，降低對流熱損。

4）金屬管——是一個(gè)吸熱和導(dǎo)熱管，兩端留有連接法蘭，金屬管采用耐腐蝕、高熱導(dǎo)性及高壽命的材料制造，管內(nèi)流動(dòng)著吸熱介質(zhì)。

5）玻璃管——與兩端玻璃－金屬過渡管封接，太陽光透過玻璃管照射到金屬管上。

6）抽氣口——位于玻璃管上，用于抽走集熱管內(nèi)部的氣體，抽氣結(jié)束后，要把該抽氣口密封。

7）耐高溫選擇性吸收涂層——涂鍍在金屬管上，涂層的最高工作溫度在300℃～500℃，可以使吸熱介質(zhì)產(chǎn)生更合適的溫度，是否有可以鍍膜金屬管來代替吸熱真空管的分析研究，或者考慮墻體吸熱器的降低成本方案可行性。

8）增透膜涂層——涂鍍在玻璃管內(nèi)外表面上，以減小玻璃管對太陽光的反射率，增加透光率，以獲得更大的太陽光利用率。

根據(jù)吸熱管的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，以適用性優(yōu)化降低成本，避免統(tǒng)一按照高溫光熱發(fā)電產(chǎn)品的同一標(biāo)準(zhǔn)來做過度設(shè)計(jì)，基于中溫?zé)崂玫臏囟燃性?00-300℃范圍。

考慮到清潔供熱采暖領(lǐng)域，可以參考130℃以下的優(yōu)化減配模式；如果針對工業(yè)蒸汽領(lǐng)域，考慮到吸熱介質(zhì)溫度在130-285℃范圍，再根據(jù)這個(gè)溫度區(qū)間搭配合理方案，以達(dá)到優(yōu)化合理技術(shù)滿足應(yīng)用要求。

吸熱管自身的優(yōu)化設(shè)計(jì)是各大制造商重點(diǎn)開發(fā)研究的內(nèi)容，除了以上工廠內(nèi)的優(yōu)化降低成本方案，是否還會(huì)有其他的想象空間呢？

首先想到的是吸熱管的支撐結(jié)構(gòu)，既要保證滿足支撐吸熱管的功能，又要滿足設(shè)計(jì)冷熱吸熱管不同工況下的熱脹冷縮膨脹量的合理釋放。目前市場上面相對較多還是以增加彈簧板的方式來實(shí)現(xiàn)膨脹變形難題。

當(dāng)然對于吸熱管的創(chuàng)新降本方案，除了從產(chǎn)品優(yōu)化、支撐臂設(shè)計(jì)優(yōu)化外，還可以從現(xiàn)場焊接安裝施工等環(huán)節(jié)考慮降低成本方案，如何快速實(shí)現(xiàn)吸熱管的安裝保證現(xiàn)場焊接工作的高效質(zhì)量保證等都至關(guān)重要。

也呼吁眾多吸熱管制造商從單純的產(chǎn)品供貨，向后延伸到能夠提供產(chǎn)品安裝施工等服務(wù)增項(xiàng)，做到吸熱管產(chǎn)供裝一條龍服務(wù)，為槽式中溫太陽能熱利用的快速發(fā)展向下走一步，讓專業(yè)的吸熱管產(chǎn)品最佳匹配到優(yōu)化集熱系統(tǒng)里面，發(fā)揮穩(wěn)定的堅(jiān)強(qiáng)功能。

目前，我國已成長為中溫吸熱管最大的制造國，也呼吁最大的吸熱管制造國能夠向最強(qiáng)的制造國轉(zhuǎn)變，首先從外形尺寸開始，行動(dòng)起來，為了太陽能中溫的更大規(guī)模利用，給吸熱管注入陽光創(chuàng)新的靈魂。

希望國內(nèi)各大制造商能夠加速自主創(chuàng)新，盡快推出適應(yīng)未來不同溫度區(qū)間的優(yōu)質(zhì)高效低成本的吸熱管產(chǎn)品和服務(wù)。