成都禅德在《槽塔耦合技术在光热电站中的应用优势》（上）中，阐述了太阳能热发电技术中镜场光热效率直接影响电站的运行收益，镜场优化具有的重要意义。本文通过以槽塔耦合方案为核心进行太阳能光热电站方案设计，论述槽塔耦合技术在光热电站中的应用优势。

槽塔耦合技术，是将槽式和塔式聚光集热系统通过一定方式相互结合，发挥槽式、塔式光热发电各自技术路线特长，兼顾塔式和槽式优势；设计方案通过槽式镜场替换塔式镜场中距离吸热器较远、光热效率偏低的定日镜，根据塔式定日镜点聚焦技术和槽式集热器线聚焦技术合理分配工质温升区间，进行阶梯式加热，提升整体效率和性能，提高土地利用率，节省初投资【1】。

一、槽塔耦合发电原则性系统简介

槽塔耦合系统分为熔盐侧混温槽塔耦合方案和汽水侧混温槽塔耦合方案。

1.1熔盐侧混温槽塔耦合方案

熔盐侧混温槽塔耦合方案（简称：熔盐侧耦合）是指基于塔式和槽式镜场能量分配比例，利用槽式和塔式工作温度区间进行阶梯式加热，槽式和塔式聚光集热系统相互独立，储能系统设置中温缓冲罐，通过两级温差，保持塔式与槽式集热系统、储能系统既相互联系、又彼此独立。

1.2汽水侧混温槽塔耦合方案

汽水侧混温槽塔耦合方案（简称：汽水侧耦合）是指槽式和塔式聚光集热系统、储热系统（相比熔盐侧耦合成本偏高）各自独立，在汽水侧基于塔式和槽式镜场各自温度区间和吸热量分配，通过蒸汽发生器实现梯级换热（相比熔盐侧耦合SGS复杂）。

1.3槽塔耦合系统方案说明

二、槽塔耦合系统方案设计

成都禅德采用熔盐侧耦合方案对槽塔耦合200MW光热电站项目进行了方案设计，与相同年发电量的传统塔式进行了技术和经济性比较（镜场集热面积、整体年均光热效率、初投资等）。

项目基础参数如表2-1所示。

2.1传统槽式和传统塔式光热效率计算

2.1.1传统塔式镜场光热效率计算

根据项目地位置、装机规模、设计年发电量等相关条件计算，按塔式布置，镜场年均光热效率约为36.40%。

2.1.2传统槽式镜场光热效率计算

根据项目地位置、装机规模、设计年发电量等相关条件，按槽式布置，利用SAM软件模拟计算，槽式镜场年均光热效率约为39.2%。

2.2槽塔耦合方案镜场分配

按照能量守恒，对于相同的发电功率，传统塔式和槽塔耦合的热功率相同：

传统塔式镜场热功率=槽塔耦合塔式镜场热功率+槽塔耦合槽式镜场热功率

传统塔C*M*ΔT=槽塔耦合塔C*M*ΔT+槽塔耦合槽C*M*ΔT

式中：C--平均比热容、M--质量流量、ΔT--温升

根据塔式的点聚焦技术和槽式的线聚焦技术，基于塔式和槽式光热镜场能量比例【2】，合理分配工质温升区间，利用各部分加热能力进行阶梯式加热【1】。

根据表2.2-1中折算塔式和槽式年发电量，分别计算槽塔耦合方案中塔式和槽式的镜场面积与效率。张春琳、周志伟等利用SolarPILOT软件进行镜场布局与优化，得出槽塔耦合塔式镜场光热效率比传统塔式镜场光热效率提高约4%【2】，槽塔耦合方案设计将方案中塔式镜场的光热效率将由原来的36.40%调整为37.86%。

2.3槽塔耦合方案总平布置

塔式镜场采用常规的环形围绕方式布置，吸热器为外置管式吸热器，暂采用单台30㎡规格定日镜，按分配计算面积，选取32822台定日镜，集热面积984660m2，镜场占地面积约6500亩。

槽式镜场暂采用南北向布置，集热器采用ET150（RP3，开口尺寸5.77米），按分配计算面积选取164个集热回路，每个回路配备4个SCA，每个SCA包含12个SCE，每个回路长度600米，集热面积536280m2，镜场占地约2800亩。

槽塔耦合方案的总平面布置见图2.3-1。

2.4技术性能分析

成都禅德通过以上项目的具体方案设计，和传统塔式光热发电系统相比，槽塔耦合方案在镜场光热效率、土地利用率上具有一定优势：

2.4.1相比较传统塔式方案，槽塔耦合方案中塔式镜场光热效率可提高4%【2】，光热效率由36.4%提高到37.86%，槽塔耦合方案镜场加权平均光热效率达38.33%，比传统塔式提高5.3%。

2.4.2镜场加权平均光热效率提高5.3%，相应减少镜场集热面积，由原来传统塔式的1600020㎡降低到槽塔耦合方案的1520940㎡，集热面积减少79080㎡，相比传统塔式减少约4.94%。

2.5槽塔耦合方案和传统塔式投资对比

2.5.1成都禅德对槽塔耦合方案、传统塔式方案初投资差异部分进行了计算：

2.5.1.1槽塔耦合方案相较于传统塔式方案，减少镜场面积79080㎡，降低初投资约13597.07万元。

2.5.1.2槽塔耦合方案相较于传统塔式增加了一个中温缓冲罐、一套油盐换热系统和3600吨导热油，

储热换热系统单元增加初投资约2094.47万元。

2.5.1.3槽塔耦合方案相较于传统塔式，减少占地面积960亩，减少项目初投资约240万元。

2.5.2综上所述，在200MW装机规模和年发电量4.854亿kWh条件下，槽塔耦合方案相较于传统塔式方案，可节约项目初投资约11742.6万元。

三、结论

采用槽塔耦合光热发电技术方案，更有利于实现光热发电项目规模化配置要求。

效率更高：槽塔耦合技术方案充分利用塔式和槽式技术路线优点，提高镜场整体光热效率约5.3%。

初投资更省：在年发电量不变的情况下，相较传统塔式减少项目占地（约960亩）和镜场面积（79080㎡），降低初投资约11742.6万元。

参考文献

【1】闫晓宇、马迪、布仁等，新型塔槽耦合太阳能热发电系统研究，内蒙古电力技术；2018年3月

【2】张春琳、周志伟等，塔槽耦合光热系统镜场效率研究，热力发电；2022年5月