产业发展，槽式集热管的性能和耐久性测试至关重要

　　近年来，太阳能热发电技术在国际上得到了快速发展。其中，槽式太阳能热发电技术是目前商业化装机容量最多、商业化运行最久的技术路线。据最新统计，已经投入运行的槽式太阳能热发电站约3.5GW。集热管是整个槽式太阳能热发电站中光热转化的关键部件，用量比较大。以欧洲第一座商业化槽式导热油太阳能热发电站——Andasol 1号为例，电站装机容量50MW，总储热容量1010MWh(可以满足汽轮机满负荷运行7.5小时)，集热管安装数量达22464支。据北京有色金属研究总院工程师杜淼介绍，我国首批太阳能热发电示范项目中，槽式和菲涅尔式两种技术路线的总装机容量664MW。粗略计算，2017年我国集热管市场容量在30万支左右（其中102/150、90/140等规格的集热管数量将在8万支左右）；2018年~2020年集热管市场容量在112万支左右，且集热管采购及安装主要集中在2018年和2019年。因此，在如此大量使用的情况下，集热管的性能和寿命直接影响了整个槽式热发电系统效率和运行经济性。近期，国家太阳能光热联盟组织召开了“槽式集热管共性技术研讨会”，会上参会企业代表对集热管的相关技术问题进行了交流讨论。

　　集热管性能

　　集热管的性能是影响电站效率的关键指标。总体来说，对高温集热管的性能要求主要包括：1）具有较好的吸收率、发射率；2）涂层能耐高温，在高强度聚光且局部高温情况下，真空集热管吸热涂层应具有耐高温、长寿命的性能；3）更高的光热转化效率和更低的热量损失性能；4）极寒天气下，真空集热管应具有耐冷热冲击性能，且能保持较高的真空度；5）抗严重风沙磨损能力。根据真空集热管在国内外的实际工作环境的经验表明，风沙会是导致集热管的玻璃外管透过率衰减的最重要的一个因素；6）波纹管抗热疲劳性能。真空集热管正常工作条件下使用25年，相当于波纹管热疲劳测试1万次循环。

　　在研讨会上，北京天瑞星光热技术公司副总经理崔孟龙指出，我国太阳能热发电站主要建在青海、内蒙、新疆、甘肃、宁夏、河北等地，在中国独特的地理环境条件下，高温集热管，除了要保证吸收率、发射率等指标以外，还要在吸热涂层的稳定性、真空保持的长期可靠性以及增透涂层的耐候性取得突破，才有可能为中国的太阳能热发电站服务更长时间，同时降低使用成本。据介绍，目前天瑞星公司生产的真空集热管有70、90、100三大系列，其性能指标下表所示。

表：天瑞星的真空集热管性能

　　在研讨会上，北京有色院和康达新能源代表也都分别对其产品进行了介绍。据悉，北京有色院目前集热管产品规格主要有：70/125-4060、90/145-4060、102/150-4025，通过对吸热涂层全面优化，其集热管目前吸收率≧96%、发射率≦10%（400℃），真空400℃下3万小时老化光学性能无衰减；透过率≧96%，具有良好的耐候性，同时外玻管表面可自清洁；其研发的集热管用吸氢元件可使吸气容量提高10倍、速率提高100倍、长期工作温度在550℃。此外，有色院还对集热管结构进行了优化：波纹管补偿量增加了10%，波纹管补偿寿命﹥20万次，增加2%集热管有效吸热面积。康达新能源设备股份有限公司副总经理周福云介绍到，康达公司主要聚焦于高温熔融盐集热管的研发，采取独特的射频溅射方法来制备高温选择性收涂层，膜层长期工作温度达到550℃，在真空中能承受800℃高温短时间冲击。目前其集热管吸收率≧95%、发射率≦11%（400℃），260℃至550℃温度下真空热震循环3000次和真空550℃下2万小时老化光学性能都基本无衰减。

　　集热管寿命

　　集热管的寿命是影响电站经济性的另一重要指标。目前太阳能热发电站的服役期一般为25年，因此要求集热管这样的关键部件也能保证使用寿命在25年以上。现有数据表明集热管失效一直是槽式热发电电站中存在的主要问题。上个世纪80年代投入商业化运行的美国SEGS电站，其吸热管年失效率在3.4%-5.5%之间。

　　分析发现，集热管失效主要体现在玻璃管损坏、真空损失和膜层老化。根据吸热管失效的特点分析，主要集中在吸热管部件耐久性和结构可靠性两方面。其中耐久性问题包括：选择性吸收膜层老化寿命问题、吸热管真空失效及寿命预测问题、增透膜耐久性问题及集热管冷热冲击问题；结构可靠性问题主要包括金属内管弯曲问题、玻璃与金属封接失效问题和波纹管热-机械疲劳失效问题。

　　集热管测试

　　据中国科学院电工所雷东强博士介绍，集热管测试是检测产品性能的主要手段，主要包括光热性能和耐久性测试。其中，光热性能测试包括光学效率、热损系数及光热效率的指标测试。耐久性测试包括集热管机械疲劳性能、膜层高温老化性能、集热管热循环（热冲击）性能及真空性能与寿命预测等4项测试技术。

　　目前，国内一些集热管生产厂家将产品送检至德国DLR或西班牙Ciemat进行检测。例如，北京天瑞星在德国DLR最新的检测结果如下：

表：天瑞星集热管热损和光学效率检测结果

　　然而，需要注意的是国外的测试环境和国内实际的气候条件还是有很大区别，国际上尚无上述问题的统一测试方法或标准。鉴于今年国内11个包括槽式和菲涅尔式热发电的线聚光项目将相距启动，因此这些关键指标和性能的测试不仅是国内集热管生产厂家急需解决的关键问题，也是电站业主单位、电站设计单位及EPC单位等需要明确的关键技术指标。

　　据悉，中国科学院电工研究所自2010年开始开展进行集热管相关性能测试技术研究，并于2015年建立了太阳能热发电设备检测中心，已经建立光学效率测试平台、热损系数测试平台、双轴跟踪光热效率测试平台、膜层老化测试平台、集热管整管机械疲劳测试平台、集热管热循环测试平台及真空性能测试平台，并为国内典型的5个集热管生产厂家进行了相关性能测试。其中，3家厂商的集热管在国家太阳能光热联盟的支持下，被送至美国国家可再生能源实验室（NREL）进行了循环测试，通过对比，NREL测试结果与中科院电工所的测试结果相差甚小，一定程度上也证明了该测试平台具有较高的测试精度。该测试中心已于2016年被国家太阳能光热产业联盟纳入为首个联盟公共技术服务平台，并成为鉴衡认证中心的签约授权实验室。

　　服务于产业，为行业发展保驾护航是国家太阳能光热联盟的职责之一。因此通过组织太阳能热发电关键技术研讨会的形式，旨在加强沟通交流，希望能够通过生产厂家和研究院校合作的方式，共同研究出相应测试方法，群策群力，避免厂家各自重复、无效研究，解决国内集热管产品存在的共性问题，形成统一的、共同认可的集热管技术和相关测试方法，保证集热管的产品质量和性能。