蘇州大禹新能源科技有限公司開發(fā)的一種新型槽式太陽能集熱裝置——以集熱管為轉軸的槽式太陽能集熱裝置日前已研發(fā)成功，該系統(tǒng)將太陽能與燃機聯(lián)合循環(huán)機組緊密結合，蒸汽參數達到9E級燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組主蒸汽60bar/521℃的次高參數要求，進一步還可使主蒸汽參數達到普通火力發(fā)電機組亞臨界參數（170bar/540℃）的要求。
這些技術包括：集熱裝置朝向太陽傾斜安裝，一維自動跟蹤；采用以集熱管為轉軸的聚光鏡；真空集熱管采用雙套螺旋夾層型集熱芯管，適用于水、蒸汽以及汽水兩相流作為介質，介質溫度最高可達550℃，壓力不限，完全能滿足各種參數等級的常規(guī)汽輪發(fā)電機組主蒸汽參數要求。這種集熱裝置的集熱效率可達80%左右，次高參數汽輪發(fā)電機組的熱電轉換效率可達37%，總體光熱發(fā)電效率接近30%，遠遠超過現有光熱電站的發(fā)電效率，也遠遠超過光伏發(fā)電效率。企業(yè)對集熱裝置的開發(fā)設計和量產工藝已經形成一整套技術，也能為太陽能與常規(guī)火電機組實現聯(lián)合循環(huán)提供技術方案。
新型槽式集熱裝置與傳統(tǒng)槽式集熱裝置(當今世界上主流產品)各項性能特點對比如下表：
|
序
|
新型槽式集熱裝置
|
傳統(tǒng)槽式集熱裝置
|
|
1
|
在跟蹤太陽時，聚光鏡以集熱管為轉軸跟隨太陽轉動，維持集熱管固定不動，便于與外部介質管道作焊接連接，能夠承受高壓。跟蹤阻力小，功耗低。
|
跟蹤太陽時，由于集熱管（焦軸線）與轉軸不重合，集熱管會跟著聚光鏡一起轉動，與外部介質管道只能通過軟管或活節(jié)管連接，不能承受過高壓力，且對跟蹤運動也有牽連阻力。
|
|
2
|
聚光鏡和集熱管傾斜安裝，開口朝向太陽，一維跟蹤，實現正面照射，提高集熱效率。
|
聚光鏡和集熱管水平安裝，太陽斜射，一維跟蹤，集熱效率較低。
|
|
3
|
集熱管采用雙套螺旋夾層型芯管，使介質在夾層中作螺旋形運動，增強吸熱效果和傳熱均勻性，適合水和蒸汽及汽水兩相流作介質。
|
集熱芯管為直通光管，主要適用于導熱油或熔鹽作介質，用水及蒸汽作介質時傳熱效果較差，不適合汽水兩相流，集熱管的下部（聚光面）和上部（直射面）溫差較大。
|
|
4
|
聚光鏡及其支架用普通鋼材制作，鏡面用高反射率的貼膜，聚光效果好，且大大減輕了重量。鏡面貼膜和基板容易更換，確保長壽命，更換代價相對較小。
|
聚光鏡采用玻璃反射鏡，易碎；鏡架采用鋼架結構，對剛性要求高，重量重，聚光效果略差。玻璃反射鏡也可更換，但代價高昂。
|
|
5
|
用水作介質，可直接產生高溫高壓過熱蒸汽，與普通火電機組的主蒸汽參數相匹配。本產品過熱蒸汽設計溫度521℃，設計壓力6MPa。
|
用導熱油或熔鹽作介質，可使介質溫度達到450℃，壓力1MPa，輸至儲存容器，再通過二次換熱器加熱給水，壓力可提升至中壓，但由于傳熱溫差的存在，其過熱蒸汽溫度一般不超過400℃。
|
|
6
|
完全自主知識產權，結構設計獨特新穎，造價低廉。
|
依賴歐美技術，造價較貴。
|
以集熱管為轉軸的槽式太陽能集熱裝置單元模塊（垂直光照面積72平方米）每臺售價在10—12萬元之間；用于高溫過熱器的集熱器，由于其集熱管采用了耐熱合金鋼，價格稍貴點，約11—12萬元/臺（使用數量僅占20%），其它則相對較便宜，約10—11萬元/臺。
圖：以集熱管為轉軸的槽式太陽能集熱裝置在調試中
按照已有技術不重復研究而直接使用的原則，我們重點開發(fā)了“以集熱管為轉軸的聚光鏡”技術和“雙套螺旋夾層型集熱芯管”技術。分別介紹如下：
以集熱管為轉軸的聚光鏡是一種拋物面反射聚光鏡，主要由左、右反射鏡、中間桁架以及始、末端板梁等五大部件所組成。左、右反射鏡各由拋物筋、連接拋物筋的側桁架、拋物面基板和反射鏡面所組成，左、右反射鏡之間通過拋物筋端部法蘭片相固定，左、右反射鏡通過兩端部的拋物筋分別與始、末端板梁相固定。中間桁架上帶有軸承座底板，用以固定中間軸承座來支撐集熱管（接頭部位），從而將集熱管定位于焦軸線上。聚光鏡整體上可根據區(qū)域緯度角傾斜安裝或水平安裝。對于左、右反射鏡，拋物筋是關鍵元件，拋物筋所具有的拋物線形狀決定了拋物面基板的形狀。拋物面基板一般采用剛性不是很強的材料（如：塑鋼/PVC）制作，通過馬鞍件固定在拋物筋上，隨其定形。而反射膜或反射鏡緊貼在拋物面基板表面形成反射鏡面，其反射率決定了聚光鏡的反射聚光效率。
始、末端板梁于中間位置處開有讓端部軸承座的空心軸穿過的中心孔，并通過端部軸承座分別與集熱裝置的始、末端支架相連接。始端板梁帶有連接銷孔，便于太陽跟蹤裝置的連接。如果傾斜安裝（按照光場所在地的緯度角安裝），始端板梁與低位支架、末端板梁與高位支架各自通過端部軸承座相連接，使得聚光鏡開口朝向太陽。聚光鏡不僅要承受向下的重力，還要承受軸向（沿焦軸線方向）推力，整個聚光鏡的重量和軸向推力由始、末端板梁分別通過端部軸承座傳遞至始、末端支架。
聚光鏡的五大組件全部在工廠制造（尺寸滿足運輸要求），運至現場安裝。
圖：以集熱管為轉軸的聚光鏡結構
雙套螺旋夾層型集熱芯管，主要由內、外套管和螺旋筋所構成。外套管套裝在內套管的外面，螺旋筋固定在外套管與內套管所構成的夾層中，形成螺旋形介質通道。螺旋筋可以是單頭螺旋，也可以是多頭螺旋，可獨立制作，也可附著于內套管或外套管一體制作。外套管的外表面有吸熱涂層，以吸收太陽能。內套管的兩端部有流線型封頭，在介質流過時起封堵作用并減小流動阻力。
圖：雙套螺旋夾層型真空集熱管
當介質沿著螺旋形通道流動時，不僅作軸向運動，同時也作周向運動，形成二維流動。當某介質點流過集熱芯管截面上部腔室時，接受的是直射光，光照強度較弱，吸收的熱量較少，獲得的溫度也較低；此介質點繼續(xù)流動，到達集熱芯管下部腔室時，接受的是聚集光，光照強度很強，吸收的熱量很多，可獲得高溫；這樣，每個介質點都要經過集熱芯管截面的上部和下部腔室（實際上是全周）若干次，吸熱強弱互補，使得吸收熱量非常均勻。介質的二維流動同時也增強了換熱系數，在汽水兩相流動時也不會發(fā)生汽、水分層?？梢?，此結構特點非常適合水和蒸汽以及汽、水兩相流。
