太阳能热发电技术突破,雷东强 Dongqiang Lei 皇明太阳能股份有限公司 Himin Solar Co.,Ltd 2010年9月17日,Technology Breakthrough of Solar Thermal Power,Contents,1,,塔式太阳能技术研发 Solar Power Tower Development,1,,槽式太阳能技术研发 Parabolic Trough Solar Power Development,2,,菲涅尔太阳能技术研发 Fresnel solar Power Development,3,,碟式太阳能技术研发 Solar Power Dish Development,4,两条技术路线,,,做大,做小,,100平米,,<20平米,,ATS， SENER,,Bright source, esolar,148平米 ATS,100平米 皇明,7平米 Bright source,1平米 esolar,1 塔式太阳能热发电技术研发 1 Solar Power Tower Development,第一代定日镜First Generation Heliostat,2000年开始研制定日镜，目标：低成本，高精度，结构可靠,第一代定日镜，结构可靠 优点：单元镜尺寸大，加工方便Advantages: The size of one unit mirror is large, which makes it easy for handling.缺点：1.桶状结构，聚光效果稍差2.重量重，安装、调试、维修困难 Disadvantages: 1.Tubby structure and two dimension spotlight make it a little bit poor in focusing sunlight. 2. Its weight is much heavy, which makes it hard to install, modify and repair.,定日镜风洞试验研究,湖南大学HD2大气边界层风洞 模型缩比1/10,Wind Tunnel Test for Heliostat,HD-2 Boundary Layer Wind Tunnel in Hunan University Scale:1/10,第二代定日镜（2007年）：高精度,Second Generation Heliostat ( 2007): High Accuracy,特点：通过定日镜面型设计，提高精度1.六边形结构和方形结构，钢化夹胶玻璃反射镜，强度高，缺点：.平面结构，聚光效果稍差 2.形状特殊，浪费材料 Advantages: Hexagon，tempered and laminated glass, high hardness. Disadvantages: Flat structure makes its sunlight-focus much poor. Material waste,定日镜风荷载现场实测,测试对象：100m2 定日镜 测试参量：风速风向、风压、应变,测试工况：将定日镜调到迎风状态，使高度角变换姿态依次为0、15、30、45、60、75、90,Wind Load Test on the Heliostat in Natural Wind Field,定日镜风荷载现场实测Wind Load Test on the Heliostat in Natural Wind Field,实验结果与有限元分析结果的对比,轮胎面定日镜 Toroidal heliostat,中科院-皇明联合实验室研制的新型定日镜：16m2 轮胎面定日镜 每面小镜子在两个方向都存在弧度，提高聚光效果 A Novel Heliostat developed by IEECAS & Himin Toroidal heliostat with 16m2 reflective area,西安交通大学,第三代定日镜（2009年）：高精度+低成本,Third Generation Heliostat ( 2009): High Accuracy & Low Cost,100m2,塔式热发电关键部件定日镜,通过国家“863”项目验收，为延庆1MW电站提供1万平米定日镜 10000m2 heliostat for 1MW Solar tower plant in Yanqing ；,2 槽式太阳能热发电研发Parabolic trough,突破4m高温真空集热管关键制作技术： 4m solar vacuum tube 国际通用槽式太阳能聚光器 parabolic trough collector,13,HEC,,,,,槽式太阳能集热管HCE,,Matched glass-to-metal seals Automatic sealing 3 intermediate glass,Design with reduced bellow length,active length 96%,New designed getter assembly, can absorb Hydrogen. Increased getter quantity mounted in cool place, maintained 20 years . Pressure < 10-2 Par assemby,high temperature solar-selective absorber coating Emittance 95 % Highest temperature：550 at vacuum，380 at air,Low profile radiation shield.,15,集热管的封接方式,端面平封；热压封技术，依靠玻璃管端面与金属片端面相封接的结构形式； 平封具有较大的封接应力 使用温度低300以内，封接处暴露于环境中,双面立封：将金属环封入到玻璃管的管壁里，金属环封接处两面均被玻璃包围； 目前高温真空集热管中均是采用该种封接结构。
16,关键技术：玻璃与金属封接 Key technology ：glass-to-metal seal,17,利用过渡玻璃实现金属与高硼硅玻璃管封接 工艺掌握成熟，已完成测试，抗拉、气密和耐热冲击性能良好 目前玻璃管表面涂有纳米自洁膜层，实现批量生产2.1 Key technology ：glass-to-metal seal,18,采用不锈钢与高硼硅玻璃非匹配封接 Stainless steel to Pyrex glass seal，特点：不锈钢薄壁机械加工成本较高 封接件在温差150耐热冲击20次未发生封接失效或漏气； 集热管经460的长时间高温真空排气，封接处气密性良好； 目前进行批量制作，并进行性能Key technology ：glass-to-metal seal,19,选择性吸收膜层 Solar selective coating,采用新型金属陶瓷选择性吸收膜层 （patented by Himin） 属内管：长4060mm，外径70mm，壁厚3mm, 最高试验压力为16MPa 允许最高使用温度和压力：450/6MPa 最高耐温：550 at vacuum，380 at air；,德国Fraunhofer ISC膜层检测,Accelerated aging test,20,Outgassing characterization 材料放气气体成分和总量随时间变化情况,材料放气公式：Q(t)=q0t1-a/(1-a)+C根据真空老化理论分析，确定20年寿命中需要吸气剂的数量。
21,整管检漏，leaking rate <110-11Pa m3/s 优化了高温真空排气工艺 集热管封离真空度可达310-4 Pa, 长期真空度监测，真空度高于10-2 Pa 关键技术：真空排气和真空维持技术 Key technology：vacuum outgassing and maintenance,,22,槽式聚光器,焦距：1710mm 开口宽度：5760mm 集热器模块长度：12m 较低的用钢量：用钢量为18.5kg/m2 峰值光学效率78% 工作温度：-40 +50 较强的抗风能力,23,轻量化支撑结构设计 Design of light support structure 支撑结构由3个相同的三角形截面； 钢管加工而成，有利于轻量化，刚度好；便于制造、运输、安装a)变形分布,b)mises应力分布,24,弯制的抛物面反射镜high accurate parabolic reflector,复合式反射镜 单层抛物面反射镜：采用40.2mm超白浮法玻璃制造，在反射层上再沉积一层铜保护层，再喷涂三层漆层进行防腐25,低成本的控制与驱动系统 low cost of tracking system,驱动系统 传动精度高：液压系统，可实现低速大扭矩传动，无爬行； 使用寿命长：元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小 多种规格：油缸直径为125和160的液压缸两种,控制系统由PLC控制器进行闭环控制，达到跟踪精度0.1。
延庆24m长槽式集热系统安装现场24m Parabolic Trough collector,目前镀膜钢管的核心技术获得了国家发明专利，此产品的膜层在空气中 耐高温可达400，其吸收率95%，发射率<15%（400）；其各项 性能稳定可靠 镀膜钢管的产品已经销往：澳大利亚、西班牙、美国等,3 菲涅尔太阳能技术研发 3 Fresnel solar,镀膜钢管产品测定的吸收比为95%（AM1.5）；发射比为7%8%（300） At the beginning of 2008, the Germany Fraunhofer ISC tested our coatings absorptance is 95%（AM1.5）.,德国Fraunhofer ISC的测试数据,皇明镀膜钢管在PE1热发电站实际应用,PE1 Fresnel solar station由德国的NBS公司设计，建造于西班牙；功率为1.4MW；2008年运行至今已近两年，运行稳定，性能未衰减产品用户反馈 Feedback form our customer,澳大利亚SHP公司系统上应用 The application of our product in SHP,菲涅尔太阳能热发电示范 Demonstration of Fresnel solar power,地点：德州工厂房顶 集热面积：3.3万平方米 装机容量：2.5Mw 布局：6组聚光*480m Site:Dezhou Roof of the industry Aperture area: 33,000 m2 Installed capacity:2.5MW Distribution: 6 sets heliostat * 480m,2003年，研究完成了5米多碟式点聚焦高温集热系统，在中科院电工所通县实验基地的斯特林发电系统 截光口当量直径：5m 焦距：3250mm 焦斑直径：200mm 聚焦比：625 镜面反射率： 93% 可承载吸热器重量：100kg 跟踪精度：2mrad 峰值热功率：10kw 全天候跟踪 大风情况下可实现自我保护,4 碟式太阳能技术研发 4 Solar Dish,中科院电工所-导轨式碟式聚光器IEE CAS solar dish,斯特林发电实验,能流密度测试,,系统优化,提高聚光精度， 截光面开口当量直径：5000mm 焦距为：3250mm,哈尔滨工业大学,西安交通大学---太阳能制氢,Thanks for your attention！,。