材料成本直降42%!奥尔堡CSP研发新型非对称塔式吸热器
发布者:lzx | 来源:​CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 1293查看 | 2020-10-22 18:13:09    

CSPPLAZA光热发电网讯:据外媒消息,目前,来自丹麦奥尔堡CSP公司的工程师们正在积极开发、设计和优化一种非对称太阳能吸热器,这是欧洲PHOTON项目的一部分,可与西班牙Tewer Engineering公司开发的一种新型定日镜配套。


根据测算,一旦该技术成功应用于商业化光热电站,可大大降低吸热器的制造成本,尤其是管材成本(降幅最高可达42%左右),同时还将大幅降低光场成本,并最终有效提升系统整体效率和降低光热发电成本。


该项研究得到了欧洲之星计划的资金支持和丹麦创新基金的资助,旨在获得更具竞争力的设计配置,使带有外部熔盐吸热器的塔式光热系统的安装和调试工作更加简化和优化。


为什么要采用非对称设计?


目前常规采用熔盐作为传热流体的塔式光热电站的吸热器为圆柱体形状,往往由很多根约20米高的特殊管材排列组成,同时这些管材的高度都是一样的。


而非对称吸热器这个新概念与常规吸热器最大的不同就是不再是一个整体对称的圆柱体,组成吸热器的管材高度也不尽相同【详见下图】。


Aalborg-CSP-50-MWe-Asymmetric-Receiver.png


为何要这么设计?研究人员发现,无论在北半球还是南半球,总有更多的太阳能来自南北其中一侧,即:一个光场并不能将同样数量的太阳能辐射通量均匀的传送给吸热塔。


下面这张太阳能辐射通量图就清晰显示出位于南半球的一个50MWe塔式吸热器所接收到的太阳能辐射通量的不对称性。


Aalborg-CSP-Cuts-Tubing-Costs-up-to-42-with-an-Asymmetric-Receiver.png


奥尔堡CSP的研究人员发现,采用不对称设计的吸热器可有效减少产生相同电能所需要的的热量,从而减小光场的大小。为此,他们利用不同长度的管板组成一个非对称吸热器,以更好地匹配吸热塔周围射入的不均等的太阳能通量。


奥尔堡CSP的热能和工艺工程师Stephanie Sigvert Sørensen不久前在韩国举办的SolarPACES会议上详细分享了该技术,除了非对称吸热器设计,与之配合的定日镜也采用了由光伏板供能等新型设计(每个定日镜内置了一个笔记本电脑大小的光伏板和电池单元,以为定日镜工作提供动力)。


Sørensen表示,该项创新建立在如下理念的基础上:光场的辐射通量是不对称的,为什么不让吸热器也不对称?以更好地适应射入的太阳能量。


科研人员进一步研究发现,距离吸热塔很远和很近的定日镜具有较大的优化空间。Sørensen解释说,将用于反射阳光至吸热器顶部和底部的一些定日镜去掉,可以有效缩小传热系统,即主要利用中间部分的高太阳能通量密度区域,而切断通量密度较低的区域(低于100kW/㎡)。同时对于吸热器制造商来说,这样做意味着需要更少的材料。


总体目标:系统成本下降25%,年发电量增加5%


据悉,除了奥尔堡CSP和Tewer Engineering以外,还有其他三个合作伙伴也在参与该项目,旨在整体提升光热电站效率和降低成本,其中PROTECH负责无线通信部分,Metsolar负责传感器部分,Acciona则负责发电机组部分。


PHOTON_project_partners.png


奥尔堡CSP在该项目主要负责吸热器(正在申请“非对称太阳能接收器”专利,EP1938236)的开发、设计和优化,该吸热器旨在与TEWER定日镜配对。


同时,鉴于奥尔堡CSP在完整光热系统开发方面积累了丰富的商业化运营经验(该公司已成功开发了澳大利亚创新型Sundrop Farms海水温室项目),该公司还将协助Acciona开发蒸汽发电系统。


据了解,上述五个合作伙伴的总体研究目标是将光热系统成本降低25%,并将年发电量增加5%。


但与很多项目一样,目前PHOTON计划由于疫情大流行而被搁置,该项研究正在等待最后的定日镜测试。此前TEWER研发的定日镜原型(见下图)已经在马德里进行了初步测试,现在测试仍在进行中,研究人员计划在西班牙PSA平台重新开放后进行进一步测试。


TEWER-heliostat.jpg


而据奥尔堡CSP项目经理、机械工程师Jens jorgen Falsig介绍,吸热器的改造工作主要是将一些管道变得更短,而吸热器的实际制造技术并不会改变,因此没有必要进行测试。他对此解释道,我们只对管道长度进行了优化。改造后吸热器内的各个面板有不同的长度,并不是每个面板的管道都是20米,有些可能只有14米,所以制造起来并不困难。


此外奥尔堡CSP进一步分析了100MW和50MW两种塔式电站不对称吸热器的制造区别,它们的主要区别是管道高度会有所不同。100MW电站吸热器的部分管道约为14-16米,而非全部为20米;50MW电站吸热器的部分管道高度则将由原来的15米调整为6米或12米。


光场空间可缩小30%,管材成本最高可降42%


通过研究发现,上述所有合作伙伴的总体成本都将有所降低。据测算,采用该项设计EPC成本将降低14%以上,电站总体效率将提高约3%,同时LCOE将降低13%以上,这意味着生产同样数量的电力所需的太阳能将明显减少,而100MW塔式电站对于光场的空间需求将降低30%左右。


而与优化但对称的常规吸热器相比,优化的不对称熔盐吸热器的效率在两种规模下都将提升1%左右。


据了解,非对称吸热器成本下降最多的是在材料部分,钢支架、绝缘、跟踪等方面用料都将显著降低,而在较小的塔式系统中则更为明显,因为较小的光场具有更高的光学效率。如果是100MW的塔式电站,吸热器的总成本将可下降13%以上,如果是50MW塔式电站,该成本则将下降20%以上。


就直接材料(管材)成本而言,100MW电站采用非对称吸热器可节省高达29%的材料成本,而50MW电站则可节省高达42%。

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