光热发电核心装备:外置管式吸热器vs容积腔式吸热器的优劣势分析
发布者:xylona | 0评论 | 717查看 | 2022-11-24 16:02:14    

在风光热互补开发的大趋势下,目前中国光热发电行业迎来了又新一波发展热潮,CSPPLAZA据相关信息统计,我国“十四五”期间总装机超4000MW【详情可见:总装机超4GW!我国在建/拟开发光热发电项目汇总】。


同时,随着我国塔式光热电站实践记录的不断刷新,塔式技术也成为目前中国光热发电行业部署规模最大的光热发电技术路线,市场占比最大,期待值也最高。


作为光热电站的关键设备之一,吸热器在整个塔式光热电站的运行中承担着吸收太阳能的至关重要的作用。它的运行可靠性及性能优劣,以及与聚光系统和储热系统的耦合都直接影响整个电站的安全与经济性。


根据传热方式的不同,吸热器可分为外置管式吸热器和容积腔式吸热器,如下图所示。


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图:外置管式吸热器结构图


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图:容积腔式吸热器结构图


那么,两种吸热器各有何特点?市场应用现状如何?


如上文图片显示,在容积腔式吸热器中,管屏布置在空腔内,但腔体式吸热器的窗口朝向一侧,只能接收一定范围内的太阳辐射,定日镜场的布置受到一定限制。


在外置管式吸热器中其受热面呈环形布置,使管屏形成一圆筒体,可以接收来自塔四周360°范围内的定日镜所反射、聚集的太阳光,有利于镜场的布局设计。


腔式吸热器相对于外置式吸热器的主要结构差异在于前者的吸热面位于一个腔体内,因而腔式吸热器能减小位于高塔之上的吸热器与外界环境的对流散热损失,同时腔式吸热器能减小吸热器表面与环境的辐射换热损失。


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此外,管式吸热器中吸热工质的温度要比管壁温度低,吸热工质所能达到的最高温度受管壁材料的限制。容积式吸热器中,常用多孔介质材料,其具有较大的传热面积,所以吸热工质的温度往往能够达到多孔介质的温度,最高可达1200℃。在这方面,容积式吸热器有着压倒性的优势。


但由于当前塔式技术路线正朝着更大装机、更大规模的方向发展,腔式吸热器无法做到四面吸热,相对应的也就无法采用四面镜场的布置方案,即便采用多腔组合式的吸热器,仍然无法与外置式吸热器的吸热面积相比。


为了尽可能地让定日镜距离集热塔的距离近些,需要增加镜场布置的土地利用率,而外置管式吸热器在该方面具有不可比拟的优势。因此,基于上述因素、当前技术水平及现实需要等因素,外置管式吸热器在塔式技术路线中独占鳌头,目前已成为应用最广泛的吸热器形式。


这一发展趋势在国内国外市场都得到了实际项目验证。


相关资料显示西班牙于2007年建设了11MW的腔式吸热器项目PS10,南非于2015年建设了50MW的腔式吸热器项目Khi Solar One,但相较于外置管式吸热器,采用腔式吸热器的光热项目沧海一粟。


图:西班牙PS10塔式光热项目


我国除了早年间在延庆太阳能测试基地建设的腔式吸热器实验项目之外,青海中控德令哈熔盐塔式5万千万光热发电项目、首航敦煌熔盐塔式10万千瓦光热发电示范项目、中国电建共和熔盐塔式5万千瓦光热发电项目等已建成投运的多个商业化塔式电站均采用外置管式吸热器。


图:首航敦煌塔式光热项目


不论外置管式吸热器的布局优势还是容积腔式的高温优势,都可以提高光热电站光-热-电转换效率,缩短光热电站的投资回报周期。对于塔式光热电站来说,两者均具有极高的可利用价值,但就当前技术水平而言,只能“鱼与熊掌不可兼得”。


随着吸热介质材料如金属颗粒、陶瓷颗粒、液态金属等耐高温材料的逐步成熟,陶瓷泡沫、金属泡沫等新材料在吸热器结构优化领域的应用突破,高温吸热器已经成为支撑塔式太阳能热发电向高参数、高效率发展的重要技术支撑。


注:本文由CSPPLAZA综合相关资料整理而成。

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