槽式光熱發(fā)電是當(dāng)前最成熟的太陽(yáng)能熱發(fā)電形式，全球已運(yùn)行的光熱電站項(xiàng)目一半以上都采用槽式技術(shù)。作為光熱的“元老”，從全球最早的商業(yè)化光熱電站SEGS系列到如今中東北非的DEWA，NOORo系列槽式電站，槽式技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展。

在這三十多年的發(fā)展當(dāng)中，槽式的關(guān)鍵系統(tǒng)經(jīng)歷了哪些優(yōu)化呢?

我們以關(guān)鍵的光熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)----“槽式集熱器”，來(lái)一窺其發(fā)展的方向。槽式集熱器是將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為熱能的關(guān)鍵系統(tǒng)，處于光熱電站的能量轉(zhuǎn)換的最前端。

一、早期階段：LS-1，LS-2和LS-3槽式集熱器

20世紀(jì)80年代，Luz公司在美國(guó)加州SEGS系列光熱電站上采用了自研的槽式集熱器。按研發(fā)投產(chǎn)時(shí)間，分為L(zhǎng)S-1，LS-2和LS-3三種類型。其中LS-2有1985/1988年兩個(gè)版本，基本參數(shù)相同，但提高了集熱管的吸收率使得后者光學(xué)效率有提高。這三種集熱器相關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表：

圖1.LS-2背部結(jié)構(gòu)（來(lái)源：阿本戈，2013）

圖1.LS-2背部結(jié)構(gòu)（來(lái)源：阿本戈，2013）

從Luz的三種槽式集熱器可以明顯看出，為了降低成本，提高光學(xué)效率，集熱器尺寸越來(lái)越大，開(kāi)口寬度、單集熱單元長(zhǎng)度幾乎翻了一倍，反射鏡背部的金屬支撐結(jié)構(gòu)也在不斷優(yōu)化。

二、現(xiàn)階段：多種集熱器百花齊放

Luz公司于1991年宣告破產(chǎn)，之后槽式集熱器進(jìn)入了百花齊放、群雄割據(jù)的局面。1998年，歐洲的一些公司聯(lián)合進(jìn)行歐槽(Eurotrough)項(xiàng)目的研發(fā)。之后，各個(gè)有實(shí)力的公司都在嘗試發(fā)展自己的槽式集熱器技術(shù)和專利，而其中大部分是基于歐槽改進(jìn)、優(yōu)化而來(lái)的。可參閱下表：

可以看到，在光學(xué)性能表現(xiàn)方面，由于大部分集熱器尺寸基本相同且搭配的集熱管運(yùn)行溫度上限在390°C，因此光學(xué)效率并沒(méi)有大的提高。更多的改動(dòng)在于：

1、反射鏡支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化——經(jīng)過(guò)優(yōu)化的扭矩管、扭矩盒或者空間桁架式支撐結(jié)構(gòu)，能夠加強(qiáng)對(duì)反射鏡的支撐強(qiáng)度，增加抗風(fēng)性，提高集熱器的耐受性。如歐槽和SKAL-ET150采用的扭矩盒加懸臂式支撐結(jié)構(gòu)，E-2采用了空間桁架式，SENERTrough則采用了扭矩管加魚(yú)骨式支撐結(jié)構(gòu)。

2、減少現(xiàn)場(chǎng)組裝工時(shí)——能夠降低集熱器在現(xiàn)場(chǎng)安裝的工時(shí)，縮短工期，提高效率。

3、模塊化、輕量化設(shè)計(jì)——模塊化、輕量化的設(shè)計(jì)能夠降低安裝難度，提高安裝速率，同時(shí)也方便各類部件的運(yùn)輸，降低成本。

圖3.PSA試驗(yàn)園區(qū)內(nèi)的原型歐槽（Eurotrough）集熱器（來(lái)源：Luepfert，DLR）

圖4.亞利桑那州Solana電站的E-2槽式集熱器（來(lái)源：阿本戈，2013）

圖5.SEGS電站中試驗(yàn)型SKAL-ET150集熱器（來(lái)源：NREL，2007）

圖6.SENERTrough（來(lái)源：Kearney，2007）

以上集熱器可廣泛見(jiàn)于當(dāng)前在運(yùn)行的槽式電站中：

三、未來(lái)發(fā)展：輕量化、更大尺寸的集熱器

在常規(guī)尺寸、常規(guī)開(kāi)口的集熱器大量應(yīng)用之后，如何進(jìn)一步提高光學(xué)效率，降低成本成為了下一代集熱器發(fā)展的方向。

目前來(lái)看，有幾種類型的集熱器已被運(yùn)用到最新型的槽式光熱電站當(dāng)中，如下表所示：

圖7.Skytrough集熱器（來(lái)源：Skyfuel公司）

圖8.HELIOTube集熱器（來(lái)源：Heliovis，2017）

圖9.NOOR2項(xiàng)目的SENERTrough2集熱器（來(lái)源：SENER，2018）

圖10.終極槽試驗(yàn)回路（來(lái)源：Flabeg）

圖11.SpaceTube試驗(yàn)型集熱器（來(lái)源：阿本戈，2013）

這些集熱器都運(yùn)用在當(dāng)下最新的槽式電站當(dāng)中，可見(jiàn)，下一階段的集熱器發(fā)展正朝向更大尺寸、更大開(kāi)口寬度的方向在發(fā)展。這可以從幾個(gè)方面來(lái)解釋：

1、槽式技術(shù)為了得到更高的熱電轉(zhuǎn)換效率，提高光場(chǎng)出口蒸汽溫度參數(shù)勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的聯(lián)苯-聯(lián)苯醚導(dǎo)熱油溫度區(qū)間和上限都不高，因此新型更高溫度傳熱介質(zhì)(如熔鹽槽式技術(shù))受到了越來(lái)越多的關(guān)注。更大尺寸、更大開(kāi)口寬度的集熱器能夠搭配更大管徑的真空集熱管，進(jìn)一步提高熱效率。

2、這種集熱器能夠縮小集熱器的組裝復(fù)雜程度，能夠大幅減少液壓驅(qū)動(dòng)、管道、閥門、連接、控制跟蹤等部件，減少回路數(shù)量，進(jìn)而減少土地使用面積，削減成本。

3、為了降低安裝難度，提高裝配效率，大尺寸集熱器必然朝向部件標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化、堅(jiān)固化來(lái)發(fā)展。例如，奧地利Heliovis公司采用的薄膜充氣式集熱器，避免了復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)支撐，輕量、安裝和運(yùn)輸簡(jiǎn)便;美國(guó)Skyfuel公司的Skytrough集熱器也采用高分子聚合物鍍膜來(lái)取代玻璃反射鏡，大大降低了安裝的成本。

圖12.歐槽、Heliotrough和終極槽的比較（來(lái)源：SBP，2016）

總而言之，集熱器作為槽式光熱技術(shù)關(guān)鍵的部件之一，在槽式光熱的發(fā)展歷程中也在不斷的優(yōu)化自身，在結(jié)構(gòu)、尺寸、安裝等方面不斷進(jìn)步，使得槽式技術(shù)始終在穩(wěn)步發(fā)展。槽式集熱器的這種自我蛻變和突破或許也能夠解釋，為何槽式光熱發(fā)電歷經(jīng)三十多年的驗(yàn)證而依舊穩(wěn)定，且愈發(fā)成熟。