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初步形成产业链 太阳能光热发电设备难题待解

发布时间:2012-08-29

我国太阳能光热发电初步形成产业链,但仍有诸多技术瓶颈有待突破,从实验室到商业化道路漫长。

8月13日,中航工业西航兆瓦级碟式斯特林太阳能热发电站示范工程方案被列入陕西省科技统筹创新工程计划重大科技专项。这标志着位于陕西富平以58台斯特林发动机组成的兆瓦级太阳能热发电站示范工程即将进入实施阶段。

此前的8月9日,位于北京延庆八达岭的中科院太阳能热发电实验电站全系统贯通,首次太阳能发电实验获得成功。此次实验成功意味着我国成为继美国、德国、西班牙之后,世界上第四个掌握集成大型太阳能热发电站有关技术的国家。

在光伏发电处于低谷之时,光热发电市场却被寄予厚望。业内普遍认为,光热市场要真正启动,必须设备先行。而据记者了解,目前国内多家企业都在积极从事光热发电设备的国产化研制工作。

碟式斯特林发动机取得突破

据了解,中航工业西航是国家高技术研究发展计划(863计划)分布式太阳能热发电技术项目牵头单位,研制的新能源科研项目斯特林发动机是国防科工局批准立项的军转民重大科技专项项目。

斯特林发动机是将太阳能、天然气、沼气、煤田气等转换成机械能的动力装置,也是碟式太阳能热发电站的核心设备之一,可广泛应用于航天、石油、化工等领域,具有广阔的市场前景。

中航工业西航研制新能源科研项目斯特林发动机始于2005年,2010年11月3日,首台斯特林发动机在北京航空航天大学进行性能试验取得成功,发电功率达到17.37—19.70千瓦,发动机效率超过30%,达到了预期目标;2011年12月,斯特林发动机重大科技专项,通过国家国防科工局评审专家组评审验收。在攻坚克难突破斯特林发动机关键工艺技术的同时,他们及时将科研成果商业化应用,适时启动了兆瓦级碟式斯特林太阳能热发电站示范工程。

光热发电设备研制掀热潮

此前,浙江华仪康迪斯太阳能科技有限公司自主研发了我国首台10kw 碟式太阳能聚光发电系统样机,并在宁夏石嘴山市进行了测试及试运行,填补了我国在碟式太阳能聚光发电技术方面的空白。

而早在2007年6月,国内首座70千瓦的太阳能塔式光热发电系统在南京通过鉴定验收。

不过,在太阳能光热发电领域,槽式聚光热发电系统是迄今为止世界上唯一经过20年商业化运行的成熟光热技术,而且它的储能系统或者燃烧系统可以实现24小时运行。

记者从中航空港通用设备有限公司了解到, 2010年初,他们与中科院工程热物理研究所、华北电力大学合作,在槽式太阳能热发电系统成套设备核心技术研发上取得成功,实现了曲面聚光镜从技术到生产的完全国产化,采用了成本低廉的太阳能对日跟踪驱动系统,实现了具有强化换热功能的线聚焦强化集热管系统的重大突破,大大降低了槽式太阳能热发电的成本。使我国继美国、德国和以色列之后成为世界上第四个自主研发槽式太阳能热发电的国家。

据中国科学院太阳能热利用与光伏系统重点实验室主任王志峰透露,早在“十五”期间,中国科学院电工研究所、工程热物理所等科研机构和一些太阳能企业,已开始了光热发电技术的项目研究。目前,我国科学家已经对碟式发电系统、塔式发电系统以及槽式聚光单元进行了研究,掌握了一批太阳能光热发电的核心技术,如高反射率高精度反射镜、高精密度双轴跟踪控制系统、高热流密度下的传热、太阳能热电转换等。

产业链初步形成 技术瓶颈待解

据专家介绍,就几种形式的太阳能热发电系统相比较而言,槽式热发电系统是最成熟的技术,塔式热发电系统的成熟度目前不如抛物面槽式热发电系统,而配以斯特林发动机的抛物面碟式热发电系统,虽然有比较优良的性能指标,但目前主要还是用于边远地区的小型独立供电,大规模应用成熟度尚不足。

此外,槽式技术虽然较为成熟,但发电过程需要大量用水;塔式技术也需要大量用水;只有碟式技术发1千瓦时电只需1.4升水,能适应日照时间长的沙漠和戈壁地区,在三种光热发电技术中转化率最高。

据了解,目前,我国光热发电产业商业化示范项目刚刚起步,打造我国太阳能光热产业链需要解决的问题有很多,比如,要掌握关键零部件技术,并经过商业实践的考核;国内大型发电系统建设和调试缺乏经验,需要与国外企业和专家合作;需要国家出台强有力的扶持政策调动企业的积极性,但业内人士普遍认为,最迫切的重中之重,就是核心设备和关键零部件的国产化研制问题,只有打破这一瓶颈,才能有望从根本上降低太阳能热发电产业的成本,推动太阳能热发电在我国的商业化应用。

据介绍,在国外,太阳能热发电已有几十年的历史。上世纪80年代,人们对建成的太阳能光热发电站进行技术总结后认为,虽然技术上可行,但投资过大,且降低造价十分困难,致使各国发展太阳能光热发电站的计划搁浅。过去,我国在太阳能光热发电领域受经费和技术条件的限制,开展的工作较少。近年来,随着太阳能光热发电站在全球的重新兴起,我国在太阳能聚光方法及设备、高温传热储热、电站设计、集成以及控制方面,也取得了一些实质性突破。建设太阳能光热发电站所需的主要设备和零部件, 已初步形成了产业链。
不过,该产业仍存在诸多需要突破的技术瓶颈。“比如,目前最为成熟的槽式热发电技术,其真空玻璃的集热管损坏率高,其使用的导热油一吨动辄三四万元,价格昂贵。”有业内人士告诉记者。

槽式光热发电设备竞争最激烈

近年来随着世界光热发电市场的爆发式增长,槽式光热发电从系统集成到关键部件制造各个环节,西门子、阿尔斯通、ABB等诸多巨头纷纷涌入,使得槽式光热电站的整体系统以及聚光系统、传热系统、储热系统等各子系统的设计、工程建设、运行维护水平都得到了巨大的提升,聚光组件(SCA)、集热管(HCE)、抛物面反射镜等关键部件形成了相应的行业规范。

从国内情况来看,槽式光热发电所需的集热管、聚光镜和塔式要用的镜场跟踪系统、集热器等核心设备,都有企业在进行研发,并实现了相关的技术突破,但目前的关键问题是,要从实验室突破到实现商业化量产还有很长一段路要走,诸多问题还需解决。

中国科学院电工研究所研究员马胜红认为,虽然光热发电系统对国内企业来说技术门槛并不高,但在热油循环、储能以及热交换等技术环节,国内企业仍有待进一步攻关,关键是在大系统的技术和经验上,还应向发达国家学习。

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