槽式光熱電站如何實現最佳動態連接？來試試“旋轉接頭+金屬軟管”！

2017-09-21 10:54:10 CSPPLAZA 　點擊量：評論 (0)

據CSPPLAZA研究中心此前統計，到2016年底全球已投運的光熱電站總裝機量已超過5GW，其中約80%采用了槽式技術路線。在中國首批正在推進的光熱示范項目中，槽式光熱電站多采用導熱油傳熱，熔鹽儲熱的雙回路系統技術

據CSPPLAZA研究中心此前統計，到2016年底全球已投運的光熱電站總裝機量已超過5GW，其中約80%采用了槽式技術路線。在中國首批正在推進的光熱示范項目中，槽式光熱電站多采用導熱油傳熱，熔鹽儲熱的雙回路系統技術，該技術路線也是目前商業化驗證程度最高的光熱發電技術。

在槽式鏡場布置中，通常以回路為基本單位。以裝機50MW的中廣核德令哈槽式光熱電站為例，該項目共由190個回路并聯組成。一個回路通常由4個太陽能集熱器（SolarCollectorAssemblies，簡稱SCA）串聯（相鄰集熱器的集熱管通過動態連接組件進行聯通）構成，每個SCA則包括反射鏡、支架、真空集熱管和跟蹤器等組成部分。集熱器運行時，整體需要跟蹤太陽以收集更多能量，作為其中一部分的集熱管也要隨集熱器整體移動，而與其連接的傳熱介質輸送管道（又稱傳熱介質母管）則是固定的，兩者之間發生了相對位置動態變化，因此集熱管和輸送管道的結合處也需要用動態連接組件進行連接。

圖：槽式集熱器

光熱電站對動態連接組件性能要求極高

如上，在槽式光熱電站中，需要使用動態連接組件的主要有兩部分：相鄰SCA之間，以及固定管路之間（如回路出入口處的集熱管與傳熱介質母管之間），復雜的構成意味著槽式鏡場對連接組件的消耗量較大，這些連接組件需要滿足較好地吸收拉伸與旋轉位移能力的要求。

同時，光熱電站特殊的使用工況則對連接組件進一步提出了特殊要求。與其它領域相比，槽式光熱電站動態連接方案對所用的組件要求更為嚴苛。一般領域的連接組件基本要求是密閉性強，而由于光熱電站設計壽命通常在25年以上，傳熱介質運行溫度常在400℃左右（若選熔鹽做傳熱介質則更高）并可能帶有一定的腐蝕性，系統中壓強一般在2.5MPa左右（若選熔鹽做傳熱介質則低一些），故除了密閉性、靈活性之外，還對連接組件提出了耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、能適應一定液壓的要求。

對此，威茨曼金屬制品（江陰）有限公司銷售總監郭現強表示，光熱電站連接組件使用工況苛刻，高溫和腐蝕性工況（介質中有腐蝕性元素，如硫、氯等）兩者結合會造成嚴重的晶間腐蝕，這是也某些組件必須用316Ti材料的原因。還有由于焦耳加熱的原因，軟管等部件必須要符合電阻和導電率要求等等。

金屬軟管與旋轉接頭各有優劣勢

據CSPPLAZA記者了解，目前能滿足以上條件、被槽式光熱電站普遍采用的動態連接組件一般為金屬軟管與旋轉接頭。

圖：金屬軟管

圖：旋轉接頭

金屬軟管與旋轉接頭都具有優越的密封性能，能保證系統動態變化下的密封。兩者之間的區別在于，金屬軟管主要吸收軸向位移（拉伸），無法大面積吸收角向位移；旋轉接頭則與之相反，無法吸收軸向位移，但能吸收集熱管由于追日位移產生的大面積的角向旋轉。

而在槽式光熱電站中，不同的傳熱介質也導致金屬軟管與旋轉接頭運行工況的差異。由于高溫熔鹽運行溫度可達565℃，遠高于導熱油，容易和旋轉接頭密封填料產生化學反應，大大降低了密封持久性，故能適用于熔鹽槽式系統的旋轉接頭選擇并不多。相較之下，金屬軟管能較好地適應高溫工況。但由于目前絕大部分槽式系統都采用導熱油作為傳熱介質，金屬軟管與旋轉接頭在這方面的差異暫時不明顯。

“旋轉接頭+金屬軟管”組合或為槽式聚光器動態連接最佳方案

經過CSPPLAZA記者向相關供應商多方了解，業內普遍認為目前最優的動態連接組件方案是“旋轉接頭+金屬軟管”的組合使用。

江蘇昊峰管道設備有限公司總工程師蔣新鋒認為，金屬軟管必須和一只旋轉接頭配合使用，才能發揮其良好的功能，這種方法只有一個泄露點，結構相對簡單，由于構成所用彎頭少，介質流阻也相對較小。而若單一使用旋轉接頭，必須三個旋轉接頭組合使用，這也就意味著會有三個泄露點，彎頭用量多，結構組裝精度要求高，一旦誤差偏大就無法實現其使用功能，流阻也相對較大。

意大利阿基米德公司代表也表達了類似觀點，認為金屬軟管雖然補償了管線的伸縮，但如果同時以之補償集熱器的轉動，其使用壽命就會大打折扣。而由于旋轉接頭只是一個能讓管路相對一個固定點做旋轉運動的裝置，故而使用旋轉接頭時，必須要同時配合一條專用的金屬軟管，來補償活動部件（集熱器上的集熱管）的拉伸。針對槽式聚光回路，更細化的方案應該是金屬軟管作為相鄰集熱器之間的互聯，而把旋轉接頭系統應用在回路的過橋處、入口和出口處。此外，意大利阿基米德代表還表示，所謂“旋轉接頭系統”其實指的是旋轉接頭與金屬軟管的組合，旋轉接頭系統比單一的金屬軟管更昂貴，也更復雜，但工作范圍也更廣泛。

綜上，由于金屬軟管無法吸收大面積角向位移，而旋轉接頭無法吸收軸向位移，單獨使用兩者之一會導致組件壽命消耗過大、安裝精度要求過高，目前看來，雖然旋轉接頭與金屬軟管配合使用的方案成本略高于單一方案，但多數設計仍會采納該方案來實現槽式光熱電站鏡場的良好動態連接。

原標題:槽式光熱電站如何實現最佳動態連接？來試試“旋轉接頭+金屬軟管”的組合方案！