2.3 HLIACS太阳能聚光集热装置结构

图：兆阳HLIACS聚光集热系统示意图

　　聚光反射镜结构由底层玻璃镜片、中间胶层，超白玻璃高反镜片三层结构构成，具有以下显著的优点：双平板玻璃冷弯成型，面形精度高，各处法线方向偏差＜3mrad；使用超白薄玻璃镀膜，镜面反射率高达94.5%；复合结构增强了反射镜耐冲击强度，即使破裂仅对聚光效果只有微弱影响，聚光反射镜可长期稳定工作；聚光反射镜外表面玻璃结构保证反射镜耐腐蚀及磨损，耐恶劣气候。该聚光反射镜已经通过国家权威检测机构（国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检测中心）的全面测试，各项指标均达到和超过国际水平，能够真正适应风沙侵蚀环境，预期使用寿命可达50年以上。

　　支架采用架空式金属支撑结构，维护简单。由于HLIACS聚光集热装置南低北高布置，集热场有一定的高度，因此在结构设计时进行集热场四周边缘区域的架空金属支撑结构增强设计，可有效起到围护挡风作用，使得集热场内部区域风速显著降低，从而大幅度减少内部镜场支撑结构的用钢量，显著降低建设成本。同时对于降低地面风速、保湿降尘、雨水收集、恢复植被及实现土地综合利用方面效果明显。

图：兆阳聚光集热装置全景

图：架空式金属支撑结构（左）、聚光中的集热场（右）

　　聚光集热装置采用纯机械电机（减速机加连杆结构）的跟踪驱动方式，对光线追踪角度的控制更加精确，整套驱动的减速比可以达到约30万，大减速比驱动对长距离回路驱动精度更高。由于未采用液压装置，该驱动系统耐寒、抗风沙，即使布置在多风沙的严寒地区，也能有非常好的适应性，同时检查维护直观简单，工作量小。

　　全自动清扫装置，可实现自动每日干式旋压吹扫，无人操作，能耗低，无需耗费水资源，清洗频率为隔日清洗，经过折算30年的清洗寿命测试，镜面无损伤，可实现镜面反射率平均下降值不超过1%。

　　▶2.3.2吸热器

　　采用二次反射（CPC）-真空集热管吸收方案，主体结构包含真空集热管、CPC反光镜、金属框架等，其中CPC反光镜负责接收聚光器反射过来的太阳光并再次反射使光线向吸热管中心的真空集热管聚集；真空集热管具有优良的选择性吸收膜层，使聚集到内管表面的光能尽量多地被管道吸收，并利用真空夹层维持较小的热损率；金属框架为CPC反光镜和真空集热管提供了必要的定位支撑，同时承受外界风、雪、冰雹等荷载的冲击。

　　3.兆阳光热HLIACS的稠油清洁热采技术方案简单实用

图：兆阳光热HLIACS太阳能聚光集热装置产生饱和蒸汽系统

　　如上图所示，兆阳光热HLIACS聚光集热系统用于稠油热采行业时，由于直接使用水工质产生饱和蒸汽，相比导热油、熔盐工质取消了换热环节，工艺流程非常简单实用，清洁安全，运行可靠。

　　4.兆阳光热HLIACS聚光集热装置实际测试效率高

　　北京兆阳光热技术有限公司已经完成首座15MW线性菲涅耳式太阳能光热电站（使用HLIACS太阳能聚光集热技术）的设计，该项目总投资约7亿元人民币（含14h储热及部分配套展示设施），装机容量15MW，聚光反射镜面积约40万平米，设计年发电量7500万度。目前该项目的一期集热装置效率性能测试已完成，结果表明各项指标均已经达到设计值。

表：单条回路测试时段效率测试数据

　　测试结果表明，单条回路（10822㎡聚光反射镜）测试时段理论输出能量与实际输出能量偏差率小于10%。2017年8月25日单条回路效率测试，测试时段理论输出能量与实际输出能量分别为11669.0676kWh及11085.2448kWh，负偏差小于5%；2017年8月29日单条回路效率测试，测试时段理论输出能量与实际输出能量分别为10685.62kWh及11189.47kWh，正偏差约为5%；2017年10月15日单条回路效率测试的测试时段理论输出能量与实际输出能量分别为11851.36KWh及12165.28KWh，正偏差约为3%。

　　经过实测运行验证可知，兆阳光热HLIACS系统具有较高的实际聚光集热效率，特别是在较低太阳直辐照（DNI）（250W/㎡左右）时，本项目的HLIACS聚光集热装置仍可输出合格的高温高压过热蒸汽，能够最大程度的充分采集利用太阳光照资源。

　　5.兆阳HLIACS聚光集热系统用于稠油热采项目具备显著经济性优势

　　根据某油田所需热采的高温高压蒸汽参数要求，以HLIACS吸热器出口蒸汽48MW为计算依据而设计如下集热装置。按照张家口张北县太阳直辐射强度（1750KWh/㎡/a）为例进行测算（实际项目地点光照条件不同时，镜场面积会有相应调整相应），HLIACS方案的集热装置需要聚光反射镜面积约15万㎡，最大输出功率为67MW，满足该油田开采所需热功率和参数要求。

　　考虑土地集约和尽量不挡光，该集热装置占地面积约为32万㎡；参考北京兆阳光热技术有限公司已建项目情况测算，本项目预计建设工期5个月，总投资1.125亿元，折合到每平米集热场面积的系统造价约为750元，使用寿命在25年以上。

　　根据初步测算，该集热装置年制蒸汽量约15万吨（吸热器出口蒸汽参数15MPa，350℃左右）。以替代天然气为参考（取吨蒸汽耗天然气70m³为例），可节约天然气约1050万m³，相当于年节省天然气费用约2625万元（假设天然气价格为2.5元/m³）。另外，二氧化碳减排量为2.04万吨/年。本项目总投资以节省天然气为计算参考对象，项目投资有望在4.3年左右回收，进一步考虑气源及燃气锅炉等设备投资及运维费用，投资回收期将进一步大幅缩短，具有很好的投资经济性。随着天然气价格的不断上升，假设替代天然气价格上升，其经济性情况如下表所示。

表：不同天然气价格对应的投资回收年限（未考虑气源及燃气锅炉等设备投资及运维费用）

　　从上述分析可以看出，兆阳HLIACS太阳能聚光集热技术是一项成熟可靠且经济可行的稠油清洁热采节能减排新技术，投资回收快，效益高，既符合国家对能耗行业的节能减排要求，也能促进油田的绿色和可持续发展。随着太阳能聚光集热技术的不断成熟，其可靠性将不断提升、成本还有较大的下降空间，因此该技术在稠油热采集输加热领域具有十分广阔的前景，值得关注。

　　通过此技术经济分析可以看出，兆阳HLIACS聚光集热系统在产生工业级高温高压饱和蒸汽方面，具有工质清洁环保、运行简单可靠的实用优势，在光照资源较好的地区已经具备很好的投资经济性（初步测算能够低于150元/吨的水平），实现蒸汽成本较大幅度低于天然气锅炉的生产方式，甚至可能接近燃煤蒸汽锅炉的成本水平，能够在大部分光照资源不太差的地区及广泛的应用领域进行大规模推广，为产业升级和节能减排做出显著贡献，产生巨大的经济、环境和社会效益。