CSPPLAZA光热发电网讯：6月12日，2023中国国际光热大会暨CSPPLAZA第十届年会在浙江杭州盛大召开，北京兆阳光热技术有限公司经理王芳出席会议并带来主题报告《水工质类菲涅尔式聚光集热技术特点及综合性能分析》。

图：王芳

聚光集热太阳能产业现状

王芳介绍，2021年我国清洁能源消费量占能源消费总量的25.5%，较上年增长了1.2个百分点，比2012年提高了11个百分点，说明我国能源消费结构正加快向清洁低碳转变。

图：2022年以来清洁供热相关政策（部分）

▋太阳能聚光集热主要应用领域及特点

（一）光热发电

用能特点：全年基本无季节性差异，每日高峰时间段为早晚两次用电高峰；

高温高压用热，一般为380℃以上的过热蒸汽；

需要配置6-8小时以上的储热装置；

单体规模较大，发电功率一般大于100MW。

（二）工业用热

用能特点：全年用热，一般冬季用能较多，每日用能时长8-24小时；

中高温用热较多，饱和蒸汽或热水；

需要配置储热装置，或与常规能源供热装置互为补充；

总体市场规模非常大，分布不均衡，主要对标天然气供热成本。

（三）居民用热

用能特点：24小时供暖及生活热水用能，全年用热时长约4-6个月不等，设备利用率低，回收期较长；

用热形式为热水；

需要配置储热装置，跨季节储热方式更佳；

需要常规能源供热装置做备份补充。

图：太阳能聚光集热产业发展面临的主要问题

兆阳水工质类菲涅尔式聚光集热技术介绍

图：我国太阳能光热产业的基本要求

针对上述基本要求，兆阳提出了针对性解决方案，开发出兆阳水工质菲涅尔式聚光集热技术，王芳将其总结为以下六个方面：

（一）东西轴倾斜向阳阵列布置

兆阳光热的东西轴菲涅耳聚光集热系统，镜面倾斜布置于接收器北侧正后方，截光效率非常高。

每日跟踪太阳光高度角，虽然存在一天内早晚时段的截光余弦损失，但全年时段基本没有季节差异性，四季得热量均衡。镜场面积与储热容量设计不会出现冬季得热量严重不足或夏季弃热量大的情况。

同时，土地利用率高，单位平米镜面占地约2.1-2.3㎡左右，明显低于塔式聚光集热镜场的占地比例。

以我国40°N的项目地为例，假设不考虑阴雨天，对南北轴槽式、南北轴菲涅尔式以及兆阳菲涅尔式集热场单位镜面全年及冬季累计截光得热量分别进行了计算，兆阳菲涅尔式的均衡性优势显著（如下图）：

不同技术路线集热场单位镜面全年累计集热管得热量的分布图

由图表可知，兆阳菲涅尔全年得热量与槽式基本相当，超出传统南北轴菲涅尔式10%以上；整个冬季得热量超出传统方式40%，12月、1月超出一倍。

兆阳东西轴倾斜向阳类菲涅尔镜场第三代产品整体尺寸适中，抗风性能进一步增加，单位平米镜面的用钢量显著下降，有效降低了镜场成本。

此外，类菲涅尔式聚光集热镜场具有全机械跟踪驱动系统，可靠性高，直观易维护，尤其适合高海拔恶劣气候环境；一套驱动装置可控制3000-10000㎡镜面，综合成本低。

（二）双玻冷弯曲面反射镜

据王芳介绍，目前，兆阳双玻冷弯曲面反射镜技术已经取得了18个国家或者地区的专利授权。王芳表示，双玻冷弯曲面反射镜具有以下优势：低能耗、高效率，适合自动化大规模生产，经济性优势明显；面型精度高，无热弯钢化“风斑应力斑”现象，薄玻璃吸收较少，镜面反射率高达93.5%±0.5%，反射层及有机材料封装在两层玻璃内部，具备超高耐候性和抗冲击的性能，使用寿命可以高达50年，即使镜片遭受到外力的撞击破损后，也不会直接掉落，安全可靠。

（三）DSG直接蒸汽发生（水工质）

王芳指出，兆阳整套东西轴菲涅尔式集热系统采用水工质，与传统的熔盐和导热油工质不同，有一定的特殊性。下为兆阳DSG技术体系特点：

1、接收器位置固定，轴向伸缩补偿简单可靠；

2、CPC二次聚光设计能够改善能流分布的均匀性；

3、能稳定直接产生过热蒸汽：预热蒸发段后设置汽水分离装置，过热段增强换热及均温设计；

4、大规模混凝土固态储热系统，进一步平滑稳定蒸汽参数；

5、系列实用化专利设计，全方位保证系统稳定高效运行，轻松适应各种复杂恶劣天气状况。

上图为张家口一号光热电站镜场，红色框选部分为汽水分离器，可维持较多的预热蒸发段循环水量，保证蒸发换热状态稳定及吸热管壁温稳定，能有效的避免振动水锤以及材料疲劳破坏的现象，简单用安全可靠。

（四）高频次无水自动清扫车

自动清扫机器人与镜场支撑结构一体化设计，紧贴镜面沿东西方向自动行走，双向设置限位自动换向；行走的同时旋转毛刷清扫镜面；设备紧凑自带光伏电源，无需专人操控，清扫频率可达到每日一次；设备及运行成本低，能够保证镜面清洁率99%以上，是达成高效率聚光集热的基本保障。

（五）可选装多种吸热器组件

兆阳聚光系统东西轴倾斜向阳跟踪，截光量高，跟踪角度变化范围较小散光轻微，聚光光带窄。聚光焦距变化范围较小，能流分布可调可控，适应低、中、高不同的聚光倍率的要求；结合二次聚光，聚光倍率可高达200倍。实际应用时可以选装低、中、高倍多种类型吸热器，输出不同参数的热水和蒸汽。

此外，吸热器位置固定，不随镜面跟踪而转动，稳定可靠，易自动清扫轴向长度伸缩补偿简单可靠，有效吸热区域占比大；400℃以内可不使用真空集热管实现高效率集热，进一步降低了成本。

（六）常规低成本运维体系

▋应用实例

例一：光热电站

图：兆阳张家口15MW光热发电项目-38万㎡镜面面积

例二：建筑供暖

图：张家口尚义小蒜沟小区冬季供暖

例三：工业热水

图：青海盐湖碳酸锂项目太阳能供热工程

图：工程建设运行实例

已达成的技术经济指标分析

▋应用场景

场景一：光热电站

光热电站（100MW 1300h）

光热电站（100MW 4000h配长时储能）

场景二：工业园区用饱和蒸汽

场景三：工业园区用热水

某园区5MW热水项目

场景四：北方地区冬季供暖

供暖季：10月15日-4月15日（按照每平米日均耗能1kWh保守测算）。

▋兆阳光热技术体系特点总结

1、经济性优势明显

全系列自主知识产权的关键技术创新，从设计、制造、建设、运维各环节综合设计控制成本：在工业及民用热利用领域已可以明显低于天然气供热（热水、蒸汽）成本；在西部多数地区可以达到清洁燃煤的供热成本；与国内外常规光热发电体系相比，聚光集热加储热系统的单位得热量成本下降1/3左右，优势明显。

2、清洁安全可靠性高

传统成熟的水工质传热和固态显热储热技术体系，具备天然的清洁性和安全性，从根本上避免了燃烧、爆炸、冻堵、泄露等消防环保类风险隐患。

3、标准体系完整、全国产化、运维费用低

热力系统基本等同于中低参数火电厂，全系统国产化，产业链完整，设计、建设及运行标准成熟，能够全面准确进行审查评价；常规火电站运行人员简单培训即可满足需求，备品备件供应充足，运维成本低。

关于北京兆阳光热技术有限公司

北京兆阳光热技术有限公司及其关联公司，致力于太阳能光热利用技术的开发及推广。核心团队由数名清华学子组成，秉持行胜于言的理念，经过近20年的研发历程，形成了一套原创光热技术体系，具备全产业链完整自主知识产权。

类菲涅尔聚光集热技术和大规模储热技术，除了整体应用于太阳能热发电外，其组成部分及其衍生产品还可被单独应用于工业热水/蒸汽、火电站灵活性改造、城镇供热、海水淡化、农业畜牧业供热等领域，具有清洁、经济、安全的特点。

图：资质及荣誉

北京兆阳的全资子公司四川苏能电力工程设计有限公司具备电力行业新能源发电、变电工程、送电工程、火力发电（含核电站常规岛设计）和建筑行业（建筑工程）等工程设计资质，以及工程勘察、工程测量、电力工程施工总承包、建筑工程施工总承包等系列资质，可从事资质证书许可范围内相应的建设工程总承包业务。

公司对外提供全套太阳能光热技术服务，承接聚光集热系统及储热系统的研发、制造、销售；并提供技术咨询、方案解决、光热电站EPC服务及升级改造、调试运维等服务。