开发线聚焦太阳能真空集热管的若干体会.pdf

开发线聚焦太阳能真空集热管的认识与实践 2007 年4 月16 日 随着太阳能等可再生能源利用在全世界的蓬勃发展，太阳能热发电、太 阳能制冷空调、太阳能海水淡化等太阳能工业热利用技术逐步为人们所认识， 要实现太阳能中高温集热，达到工业用热要求，就不能离开槽式抛物面线聚 焦装置，特别是槽式太阳能热发电，主要利用槽式抛物面聚光器聚光 ，通过 线聚焦太阳能真空集热管集热，获取近 400℃左右的热量，然后借助高温导 热油导热，通过常规换热技术获得蒸汽，或直接获取饱和蒸汽推动汽轮发电 机组发电。由于该电站所要求的集热器工况温度和压力相对较低，可以利用 较为成熟的换热设备和发电技术，单位投资成本低，因此被认为是最具有商 业化前景的一项太阳能热发电技术。 线聚焦太阳能真空集热管是实现和建立中高温太阳能热利用装置的关键 技术，代表着太阳能真空集热管和太阳能热利用的发展方向。我国在七五、 八五期间曾由国家组织过技术攻关，但未能取得成功。在九十年代中，我国 曾有南北两家企业投资开发，但以失败告终，还有一些太阳能企业也进行过 类似的尝试，但未见有成功的报道。目前，线聚焦太阳能真空集热管的生产 制造技术还只有以色列、西班牙、德国、美国以及英国等少数国家掌握 ，据 了解，我国所有参与过研制和开发的科研单位和企业，至今还没有一支可以 参照的国外样管，也没有听到哪个国家允许转让该技术，因此，发展我国的 槽式抛物面聚光技术，只能走自主研发的道路，并在研制和生产过程中逐步 提高。作者在北京太阳能研究所有限公司及其所属桑达太阳能技术有限公司 的大力支持下，利用其掌握的玻璃金属压封接技术，先后开发出适合中温工 况的，具有自卸载、外卸载和内卸载装置的线聚焦太阳能真空集热管，该集 热管的研制成功，标志着我国在太阳能中高温热利用领域实现了重大技术突 破，其中，具有外卸载装置的线聚焦太阳能真空集热管已应用于远大太阳能 空调，是目前国内唯一应用在工业装置上的线聚焦太阳能真空集热管。 线聚焦太阳能真空集热管是涉及多学科的高科技产品，受到国内技术发 展水平和现状的制约，因此，真正实现线聚焦太阳能集热管的工程化和产业 1 化，还需要不断探索。作者希望通过本文，和致力于发展中高温太阳能热利 用技术的企业和技术人员进行交流，以加快线聚焦太阳能真空集热管和槽式 抛物面聚光技术的开发步伐，也希望有关科技主管部门给予关注，为我国在 该领域赶超国际先进水平提供政策支持和帮助。 一、线聚焦太阳能真空集热管应具备的性能要求 线聚焦太阳能真空集热管由于应用对象不同，因此和太阳能热水器应用 的全玻璃集热管和热管式集热管在结构设计、材料选择、加工工艺等方面有 着明显的不同，为了少走弯路，尽早实现工程化和产业化，在开发线聚焦太 阳能真空集热管过程中作者遵循了以下原则： 1、尽可能使用国内现有成熟技术，特别是全玻璃集热管和热管式集热管 生产制造的成熟技术和设备； 2、尽可能参照国内标准和技术标准选择用材； 3、坚持逐步提高的原则，从开发中温集热管开始，逐步向适合高温工况 的集热管过渡。 线聚焦太阳能真空集热管由于工作环境和功能的改变，对性能提出了新 的要求。 1、线聚焦太阳能真空集热管必须能够在中高温工况下工作。 一般工业用热设备大多需要200 度左右的用热温度，如果选择太阳能集 热装置为一般工业装置提供辅助热源，就必须要求线聚焦装置能够提供相同 的工质温度，满足工业用热设备的热功需求。 2、线聚焦太阳能真空集热管必须能够承受一定的工作压力。 中高温集热系统无论采用什么传热工质获取热能，都将面临内压力升高 的现实，这必然要求线聚焦太阳能真空集热管能够承载一定的工作压力。 3、线聚焦太阳能真空集热管的结构设计必须和聚光装置匹配。 抛物槽线聚焦装置的聚光比是决定能否获得中高温热能的关键，因此抛 物槽线聚焦装置反射到集热管的镜像焦斑宽度，决定着线聚焦太阳能真空集 热管内径的选择，或者反过来，线聚焦太阳能真空集热管金属内管的直径决 定着抛物槽线聚焦装置和聚光焦斑的选择。 2 4 、线聚焦太阳能真空集热管应具有耐高温的选择性热吸收涂层，在高温 工况下不降低热吸收率和反射率。 为线聚焦太阳能真空集热管制备的热吸收涂层必