太阳能热发电主要关键部件设备、生产企业和应用业绩汇总

时间:2018-06-04 17:30来源:国家光热联盟

  太阳能热发电是通过收集太阳辐射能,将其转化为热能,再用动力机械转换为机械能驱动发电机发电的技术。根据收集太阳辐射能方式的不同,太阳能热发电系统主要分为塔式、槽式、碟式和线性菲涅耳式等。太阳能热发电系统主要包括集热场、蓄热系统、发电系统。

  在国家和各业主单位积极推进第一批太阳能热发电示范项目建设的同时,一些企业也在为后续项目的申报进行筹备。以下就对太阳能热发电系统中主要的关键部件和设备,以及主要代表性生产企业和其应用情况进行梳理,以供参考。欢迎更多生产企业进行补充。

  1、主要原材料

  超白玻璃原片。太阳能热发电站用反射镜玻璃多选用超白低铁玻璃,主要代表企业为AGC集团旭硝子特种玻璃(大连)有限公司。全球超过5GW的太阳能热发电装机容量中,使用AGC集团的太阳能超白玻璃的反射镜约占60%以上;其中AGC大连公司在目前已建、在建和已接的国内外光热项目中订单总量已经超过890MW。

  高硼硅玻璃管德州曜晖是目前世界上唯一采用独特生产工艺生产特大口径太阳能热发电用特种玻璃管的公司,太阳能用高硼硅玻璃管,直径范围8mm至300mm,长度最大可达到8米,是汇银、皇明等企业的供应商。

  熔融盐。熔融盐是太阳能热发电站中常用的高温传储热介质。江西金利达钾业生产的高纯度硝酸钾,主含量可达99.9%以上,氯离子(Cl-)含量低于40ppm,硫酸根低于20ppm,达到世界领先技术水平,硝酸钾产品热销全球50多个国家和地区;目前硝酸钾实际产能达22万吨,正在规划建设硝酸钠生产线。青海联大化工中标了中国电建集团青海共和50MW塔式光热发电项目熔盐采购,公司设计产能为硝酸钾和硝酸钠各20万吨/年,同时计划于2018年投产二期生产线以进一步扩大产能。新疆硝石钾肥2016年与中广核签订21000吨熔盐级硝酸钠供货合同;2016年11月为首航节能敦煌10MW熔盐塔式太阳能热发电项目完成了3480吨熔盐级硝酸钠的供货,建有硝酸钠7万吨/年和硝酸钾1万吨/年的生产装置。爱能森2018年初确定向玉门鑫能50MW熔盐塔式光热发电项目提供集热系统1#模块及实验模块所需的熔盐及化盐服务,其年产30万吨的熔融盐生产线也于2017年在青海德令哈工业园区投产。

  导热油中能科技、首诺导热油、 陶氏化学都是主要代表企业。中能科技生产的SCHULTZ®S740联苯/联苯醚导热油,纯度最高达到99.99%,已在西班牙等商业化槽式电站中有所应用,性能良好;并获得了北京鉴衡认证中心颁发的认证证书。首诺Therminol®VP-1产品目前斩获了光热发电行业大半市场。20世纪30年代,陶氏化学(DOW)在全球首次生产出联苯-联苯醚导热油,目前以Dowtherm A和首诺Therminol VP-1为代表的联苯-联苯醚导热油依然是槽式光热发电系统中最常用的传热介质。

  2、反射镜

  太阳能热发电反射镜有平面镜和曲面镜两种类型。成都禅德、山西国利天能、武汉圣普等都是主要代表性企业。

  其中,成都禅德已建成一条可生产槽式RP1 至RP4 全系列产品的柔性太阳能聚光热发电反射镜生产线,可年产300万平方米聚光镜;在美国莫哈维SEGS I电站、西班牙Andasol 1号50MW槽式电站、北京延庆1MW槽式电站等项目上进行了应用;也将在中海阳玉门东镇50MW导热油槽式示范项目上进行应用。山西国利天能可生产槽式RP3和RP4系列槽式热发电用反射镜,产能可满足200MW槽式电站装机容量。武汉圣普太阳能生产的菲涅尔用二次反射镜已实现向华强兆阳15MW菲涅尔光热电站项目批量供货,每年可批量供应塔式/菲涅尔光热电站用平面镜400MW,最大规格3660×2440mm;槽式电站用曲面反射镜供应能力300MW,开口尺寸500-7512mm;成功开发了开口7512mm的终极槽用RP5型钢化玻璃反射镜;成功中标中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司哈密塔式熔盐50MW光热发电项目反射镜招标采购。

  3、太阳能聚光器(含高精度支架)

  聚光器是太阳能热发电站中用于接收并反射阳光的关键部件,包括槽式聚光器、塔式定日镜、线性菲涅尔和碟式聚光器。聚光器由反射镜拼接而成,通过固定件将反射镜和背部支撑结构连接,通过驱动装置实现太阳跟踪。

  龙腾光热、中海阳能源、成都博昱、首航节能等企业都有槽式聚光器的试验、示范,具备一定的供货能力。例如,龙腾光热公司建设了内蒙古乌拉特中旗600米标准槽式集热回路、中科院电工所北京延庆1MW槽式示范项目中600米槽式集热器回路,其产品将在内蒙古乌拉特中旗100MW导热油槽式示范项目以及玉门龙腾50MW导热油槽式示范项目上进行应用。成都博昱2015年在青海德令哈建设600米试验回路,在江西、深圳有小示范,产品样机出口意大利,具有年产100MW以上槽式集热器和50MW以上塔式定日镜的能力。中海阳能源公司建设了中科院电工所北京延庆1MW槽式示范项目中600米槽式集热器回路,天津大学200kW有机朗肯试验项目,中科院工程热物理所廊坊科技谷热化学发电实验项目等,也计划在中海阳玉门东镇50MW导热油槽式示范项目上进行应用。首航节能光热是中广核德令哈50MW导热油槽式光热电站太阳岛的系统集成分包商。

  在高性能低成本定日镜方面,成都博昱、首航节能、中控太阳能等都具有一定的产品应用和相应的供货能力。例如,成都博昱2016年在宿迁光电中心建成3,886平方米定日镜场。首航节能2017年与玉门市签署光热发电及100兆瓦全自动化定日镜生产线项目,其投资建设的10MW和100MW熔盐塔式电站均采用了自主研发的定日镜,首航节能也是目前国内唯一同时掌握塔式和槽式太阳岛核心技术并具备成套装备供应能力的企业。中控太阳能在其德令哈10MW和50MW塔式电站上都采用了自主研发的产品,并且中标青海共和50MW塔式示范电站聚光集热系统设备和安装采购项目。此外,中能装备也积极部署定日镜研发,其下属的扬州电力设备修造研发的定日镜于2017年通过江苏经信委鉴定。

  兰州大成、兆阳光热等是目前线性菲涅尔聚光器的供应企业。例如,兰州大成的线性菲涅尔集热器用CPC热弯成型及复合曲面制镜已经应用超过2.5万平方米,搭建了高倍熔盐聚光器及熔盐聚光器试验平台,已推广10万平方米线性菲涅尔集热器用微弯成型一次反射镜及组件产品。兆阳光热的菲涅尔式太阳能聚光器、吸热器、跟踪传动装置、镜场控制系统在宣化基地成功通过试验验证,并对多条回路进行了改进完善;在华强兆阳张家口一号15MW级电站中进行了实际运行测试。

  碟式聚光器方面,东方宏海在张家港、张家口都建有示范样机;成功应用于通辽供热项目等。皇明太阳能加工的碟式聚光器也在太阳能制氢、太阳能高温热实验方面进行了应用。

  4、槽式真空集热管

  真空集热管是槽式发电系统中光热转换的核心部件,整个电站的热性能很大程度上取决于集热管的性能。目前国内主要的生产企业包括龙腾光热、天瑞星光热、兰州大成、山东汇银新能源等。龙腾光热目前集热管产能为32万支/年,计划2020年产能达到50万支/年;兰州大成已建成一条大口径熔盐集热管生产线,年产能5万支/年;山东汇银新能源已验证产能为20万支/年,且还在建设新生产线,计划2020年扩产至年产能50万支;天瑞星光热2016年对柔性智能化生产线成功改造,年产量达10万支。

  例如,天瑞星自2011年起已为几十余家国内外客户提供了近千支集热管,并获得了用户的认可,其中包括中科院电工所北京延庆1MW槽式示范项目;2014年,建成年产200MW的航天神舟光热产业园;已在西班牙商业化槽式电站La Dehesa、北京兆阳光热项目上进行应用。龙腾光热2013年144根真空集热管用于内蒙古乌拉特中旗600米槽式集热回路,该系统获得“国家级重大能源科技成果鉴定证书”;2013年,40根真空集热管应用在西班牙PE1菲涅尔熔盐电站中;2014年,72根真空集热管应用于中科院电工所北京延庆1MW槽式示范项目;2015年,研制成功5400mm长的大尺寸真空集热管,并首次向海外供应2000支集热管,实现了海外商业化项目的零突破;产品还用在新疆新华能电气股份有限公司1.5MWt光热发电系统以及印度NTPC光热-燃煤混合发电项目等。兰州大成已建成年产5万支熔盐真空集热管的生产线,其90级大口径真空集热管已广泛应用于甘肃、青海、新疆、西藏等地的多个光热发电或热利用项目;在敦煌50MW熔盐线性菲涅尔系统4.2MW先行先试集热系统中已安装使用90mm熔盐真空集热管500支,整个示范项目预计使用90mm熔盐集热管共约25000支。山东汇银新能源生产的导热油集热管在中广核德令哈槽式示范项目中使用;熔盐集热管在天津滨海阿克塞示范项目上进行了测试;目前适用于导热油槽式电站的集热管产品已实现批量出口,总国外供货容量超过300MW。

  北京奥普科星则是提供中高温集热管全自动化生产线的企业。自2012年推出全国第一家真空集热管总成焊接自动化装配线,可提供年产3万支/ 5万支/ 10万支/ 20万支的真空管生产线;生成线兼容Ф125、Ф145、Ф150,2米/4米等目前市场所有规格的集热管;实现了2,030mm-4,800mm长度全覆盖,管径从钢管50-90mm、玻璃管100-150mm全覆盖。应用于北京天瑞星沧州集热管基地、北京有色金属研究总院河北燕郊精工园、陕西宝光真空、内蒙古旭宸能源包头青山中温供暖项目、北京嘉寓股份河北邢台集热管基地等。

  此外,北京有色院康达新能源也都开展了对槽式集热管产品的研发工作。北京有色院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℃;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。

  5、跟踪装置

  为使收集的太阳光都反射到只有很小开口面积的塔式吸热器内或槽式集热管上,聚光器需要通过一维或二维跟踪装置对太阳位置进行实时跟踪。在定日镜跟踪传动装置方面,主要代表企业包括恒丰泰精密、浙江台玖等。

  例如,恒丰泰生产的齿轮箱式传动装置(跟踪减速器)在国内近40余家单位进行试验应用;在首航节能、中控太阳能、华能、鑫晨光热、东方锅炉等单位的光热发电项目进行了小规模推广应用。恒丰泰还开发了槽式太阳能减速机驱动装置,在广东五星太阳能、皇明、中科院电工所小型试验系统上有应用。浙江台玖生产的回转减速机(高精度蜗轮蜗杆),主要运用在15-30平方米的定日镜,已通过多家EPC承建方测试验证,是美国亮源公司第一供应商,现已进入批量供货阶段。

  6、塔式吸热器

  在塔式太阳能热发电系统中,用于吸收太阳辐射能并将其转换为传热流体热能的装置被称为塔式吸热器。和槽式集热管不同,目前多为定制化生产。

  东方锅炉在2010年中标国家首个兆瓦级塔式太阳能热发电项目水/水蒸汽吸热器采购;2017年,自主开发酒泉光热项目,含1MW镜场(含控制系统、传动装置)以及5MW的熔盐吸热器;同时中标中电工程西北院哈密50MW熔盐塔式示范项目集热系统采购,供货范围含整个镜场及控制、熔盐吸热器等。杭州锅炉是中控太阳能德令哈10MW和50MW塔式电站熔盐吸热系统供应商。中控太阳能也成功中标中电建西北院青海共和50MW塔式示范电站的聚光集热系统设备和安装采购,提供包括镜场和熔盐吸热器两部分的设备和安装服务。

  安徽延达自主研发了低成本、高效、精准的定日追踪系统。

  7、全厂自动化控制系统(DCS)

DCS是太阳能热发电站中重要的环节。北京国电智深科技有限公司曾为北京延庆1MW槽式试验电站提供DCS,完成导热油系统、镜场联动实现太阳能产蒸汽;也为北京延庆1MW塔式试验电站提供全流程控制接入,完成吸热器、储换热、发电单元、镜场联动实现太阳能产蒸汽、发电。

  8、储热装置

  太阳能热发电系统中的储热方式主要包括显热储热、相变储热及化学反应储热。储热系统主要包括储热材料、换热器以及相应配套设备等。百吉瑞、联储能源、上海电气、兆阳光热等企业都已经在此方面进行了试验或示范。
  百吉瑞2017年中标天津中德职业技术学院机关光热储能发电实验中心项目,另外为国内某塔式光热发电示范项目进行熔盐储罐罐体设计的工作已经全面展开。联储能源2013年建成全球最大、国内最早的20MWh熔盐储热中试平台,储热温度在565℃已经运行至今,积累了大量原始运营数据;中标国家电网全球能源互联网研究院1MWh储热示范项目。上海电气高温双罐熔盐储热系统研制于2017年取得重大突破。兆阳光热成功研制了混凝土水工质蓄热体,在华强兆阳张家口一号15MW类菲涅尔电站完成720MWh容量的储热系统建设,目前已经通过24小时连续发电测试。

  9、斯特林机

  斯特林机是采用斯特林热力循环发电的装置。在太阳能热发电技术中,斯特林机由热头、斯特林热机和发电机组成。东方宏海的碟式斯特林已经在美国迈阿密、四川凉山等项目上有所应用;并计划于近期与美国TWR集团开展首期16MW斯特林分布式发电项目可研。

  10、熔盐泵

  中国能建集团装备有限公司通过与相关企业合作,已经完成大容量太阳能发电熔盐泵的开发、设计、试制;太阳能热发电小容量冷、热熔盐泵在多个实验/试验项目进行了试验验证;中能装备北京设备公司成功签约中电工程哈密塔式50MW光热发电项目熔盐调温泵产品采购。常州索拉尔熔盐泵阀科技有限公司在高温高扬程大流量长轴熔盐泵、大口径高温熔盐阀等方面也积累了丰富的经验。

  11、蒸汽发生器
  在首批太阳能热发电示范项目中,各业主均采用招投标形式确定蒸汽发生器设备的供应商。目前,上海锅炉厂中标中电建西北院青海共和50MW熔盐塔式示范项目蒸汽发生器采购;东锅中标兰州大成敦煌50MW线性菲涅耳示范项目、中电工程哈密50MW塔式太阳能热发电示范项目、玉门鑫能50MW熔盐塔式示范项目的蒸汽发生器采购;哈汽是中广核德令哈50MW槽式太阳能热发电示范项目蒸汽发生器的供应商。

  12、汽轮机

  汽轮机是郎肯循环太阳能热发电站主要发电设备之一,太阳能热发电站用蒸汽轮机基本和常规火电站用机组类似。杭州汽轮机公司是国内第一座MW级塔式示范项目的汽轮机组供货商。上海电气、东汽、哈汽等都在首批太阳能热发电示范项目招标中有中标业绩。例如,上海电气中标玉门鑫能熔盐塔式50MW光热发电项目汽轮机以及空冷设备采购。

 

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