太阳能热利用高温发电技术国家与地方联合工程实验室申请报告

太阳能热利用高温发电技术国家与地方联合工程实验室申请报告皇明洁能控股有限公司二零一一年八月目录第一章项目概述1一、项目名称1二、项目承办单位1三、法人概况1四、项目编制依据3五、项目建设理由3六、项目建设内容和方向4七、项目建设意义5第二章项目建设背景7一、国外太阳能热利用高温发电技术发展现状7二、中国太阳能热利用高温发电技术发展现状10第三章项目发展战略、建设内容和目标14一、工程实验室发展战略14二、工程实验室建设内容151、聚光技术研究152、自动跟踪控制技术研究203、集热技术研究234、传蓄热技术研究285、保温技术研究316、增压技术研究337、仿真技术应用348、新材料研发359、与建筑一体化应用研究35三、工程实验室研发的近期和中期目标361、近期目标及技术突破362、中期目标37第四章项目建设条件与优势38第五章建设方案401、建设规模402、建设措施403、建设周期424、建设地点42第六章组织结构、管理和运行机制44一、组织机构44二、技术带头人、管理人员及技术团队441技术带头人442、管理人员概况463、技术团队情况46三、管理和运行机制47第一章项目概述一、项目名称太阳能热利用高温发电技术国家与地方联合工程实验室二、项目承办单位单位名称皇明洁能控股有限公司地址山东省德州市经济开发区法定代表人黄鸣项目负责人曹林三、法人概况皇明洁能控股有限公司位于山东省德州经济开发区内，自1998年成立，注册资本5000万元，现有员工6700人，占地3000余亩，总资产276亿元，是一家集研发、制造和市场开拓于一体的高新技术企业，主营业务为太阳能热水系统、太阳能高温发电、太阳能光伏、温屏节能玻璃及美盾门窗、太阳能建筑、旅游、酒店等，是皇明太阳能股份有限公司的控股公司，下设皇明光电事业部、山东温屏节能玻璃有限公司、皇明置业（北京）有限公司、山东皇明太阳能房地产有限公司、太阳谷微排国际酒店、旅游服务事业部等。皇明洁能控股有限公司在太阳能热水器的研发、生产、产业化方面一直处于我国龙头地位；2002年开始自主研发太阳能热发电技术并于同年与中科院获得四项国家“863”计划，现已研制成功抛物面碟式双轴跟踪聚焦太阳能高温热发电系统，自主研发高性价比聚光器和跟踪器，配以STIRLING热机和发电机，发电效率可达1830，并成功用于太阳能与建筑一体化。皇明洁能控股有限公司发扬“科技带动文明”的企业精神，在太阳能综合利用技术处于国际先进水平。拥有6个博士从事着镀膜、光热、光电、太阳能供热制冷、模具等方面的研究，配套建成了四个专家实验室和省级技术研发中心、省级技术研究中心。使用“太阳能选择性吸收涂层”技术，将真空磁控溅射三靶技术在皇明洁能控股有限公司实现产业化，极大的带动了中国太阳能热水器制造行业在集热技术、制造技术和镀膜全自动化控制系统上实现跨越式提升。2009年10月，皇明集团荣获“蓝天排行榜”太阳能热利用产业第一名；同年10月，皇明太阳能凭借其对行业多项核心技术的掌控及自主工业体系，入选“中国科技名牌500强”；同时，皇明太阳能集团以“高效太阳能产业化示范”项目摘得山东省政府2006年度重大节能成果奖第一名。皇明人返璞归真，以客户满意作为工作目标和方向，以专注的态度和速度实现工作高效，艰苦奋斗，激情创新，实现了在品牌、技术、网络、科普、服务、市场等方面的世界领航，成为当之无愧的世界太阳能领航者。皇明洁能控股有限公司采用“以人为本、能、才、品为上”的用人机制，实施“管理科学化、生产有序化、销售网络化、发展集团化”四化方针，行政管理、营销管理、技术开发均符合现代企业制度的要求。面对世界经济一体化，公司积极研讨发展战略，更加注重科技开发投入和技术改造投入。皇明洁能控股有限公司在依托各科研院所的同时专设技术研发部，近年来研发、创新的成果都达到国内先进和国际领先水平，通过山东省的科技成果鉴定累计达126项。获得建设部成果重点项目办评为“建筑节能新产品、新技术”和“国家重点新产品证书”。公司拥有多项专利和科技成果，拥有自主知识产权，可不受制约地在工程研究实验室向产业化转化，工程实验室建成后其研发人员可直接成为实验室下一步课题开发的中坚力量。四、项目编制依据1、国家发展改革委办公厅关于组织申报2011年国家地方联合工程实验室通知（发该办高技2011246号）2、国家十二五科学和技术发展规划3、国家中长期科学与技术发展规划纲要（20062020年）五、项目建设理由随着全球能源紧张、环境恶化、可持续发展战略的提出，太阳能作为一种清洁、可持续能源被国内外积极推行。太阳能能源的根本利用是用太阳能发电，目前太阳能的发电方式有两种一是利用光伏发电，目前我国太阳能光伏利用经过几十年的发展，技术产业比较成熟，但核心技术主要掌握在国外手中，中国只是光伏产业的制造中心，利润低，发展潜力有限；二是太阳能光热发电，太阳能光热的中低温利用在国内外发展比较迅速，如太阳能热水器等，市场已比较成熟，但太阳能高温发电技术由于技术水平要求高，发展还未形成商业化。为了更好地缓解常规能源对经济发展的制约压力，皇明公司早在2000年即投资与中国科学院电工所、工程热物理所进行研发。目前已掌握了太阳能热利用的核心技术，在世界上处于领先水平，为更好地利用太阳能进行高温发电并降低成本并使之成为新能源的重要方式，急需建设太阳能热利用高温发电技术国家级工程实验室。六、项目建设内容和方向在利用常规能源环境污染日益严重、能源日益紧张的未来，太阳能作为一种清洁、可持续发展的能源将得到迅速的发展，太阳能高温发电的能源将成为未来的主流能源。太阳能高温发电就是将太阳能聚集起来，加热工质，驱动汽轮发电机发电。太阳能高温发电一般包括四大系统聚光集热系统、传热蓄热系统、发电系统、辅助能源系统。按照聚热系统部分可分为三种类型的高温发电系统槽式发电系统、塔式发电系统和碟式发电系统。皇明洁能控股有限公司拟在山东省德州市经济开发区太阳谷内建设太阳能热利用高温发电技术国家与地方联合工程实验室，重点对太阳能高温热发电系统的九方面技术进行研究集热技术主要是太阳能中高温（300以上）的聚光集热技术蓄热技术主要为中高温蓄热技术，与中山大学联合开发熔融盐（500）蓄热，自行研发导热油蓄热和蓄热球技术（200400）传热技术主要是中高温传热技术，与中科院共同研究工质（空气、水、油）技术。保温技术主要为隔热保温技术增压技术与华电集团合作，研发循环增压、动力增压等自动控制技术主要是温控流量技术、传感技术等仿真技术主要包括系统优化、模拟仿真技术，目前已与中科院建设风动实验室、盐雾试验等新材料主要是蓄热材料、耐高温高反射材料和高集热膜层材料研究等。与建筑结合应用主要是利用太阳能高温发电多余的能量与建筑制冷、供暖等结合应用。近期研发重点是定日镜耐高温高反射镜面材料的进一步研究；支架抗风力抗腐蚀保持灵活性的结构设计；跟踪控制系统精确度进一步提高；选择性吸收涂层材料的研究；耐高温高蓄热材料的进一步研究；塔式熔融盐抗腐蚀、保温性的进一步探索；高温发电富余能量二次利用的研究。七、项目建设意义随着能源的紧张，环境污染的加剧，作为清洁能源的太阳能高温发电是未来的发展的必然方向，目前国外太阳能高温发电技术比较成熟，已开始进行商业化运作，进行并网发电。中国的太阳能高温发电目前还处于实验室阶段，技术已处于领先地位，但还没有进行商业化应用。皇明公司通过建立太阳能热利用高温技术国家和地方联合工程实验室，与知名的高校、研究所、企业联合，共同解决目前太阳能高温发电技术难题，引领太阳能高温发电行业的发展。实验室设置9大技术研究平台，包含了太阳能高温发电的各个环节，从聚光集热、传热蓄热到最后的发电环节都进行深入的研究，并把实验成果通过中试积极转化为商业产品电能，并网到现有的供电系统中，缓解现有能源压力，并逐步替代传统能源，减少污染，保护环境，并通过广泛的商业化应用降低电价，推动经济的发展。第二章项目建设背景胡锦涛总书记指出“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。”随着能源环境形势的严峻，迫切需要开发新的可持续利用的绿色代能源。太阳能的利用和开发，为破解能源和环境问题，推动经济社会可持续发展，提供了现实的可能和光明的前景。自从1615年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机开始，全球掀起了一场太阳能利用的热潮，出现了太阳能光伏光热利用，目前太阳能光伏利用、光热低温应用以比较成熟，太阳能高温热利用尤其是高温发电刚刚起步，对缓解能源危机，实现能源替代将起到重要作用，是未来太阳能热利用的必然发展方向。目前太阳能热利用高温发电技术在国内外得到一定发展，为未来发展奠定了基础。一、国外太阳能热利用高温发电技术发展现状1950年，原苏联设计了世界上第一座太阳能塔式热发电站的试验电站，对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。据不完全统计，从19811991年的10年间，全世界建造了装机容量500KW以上的各种不同形式的太阳能热发电实验站20余座，其中主要是塔式电站。自20世纪70年代初，美国休斯顿大学ALVINHILDEBRANDT和LORINVANTHULL首次提出塔式太阳能热发电原理以来，美国一直积极的发展这项技术，并在20世纪80年代由美国能源部（DOE）的SUNLAB与BOEING公司和NEXANT公司合作建成了10MWE塔式电站SOLARONE和SOLARTWO。SOLARONE塔式太阳能热发电试验电站是1982建成的。额定输出10MWE。该电站经过两年的试验和评估后进入了发电阶段。定日镜的可利用度极佳，第一年年平均全反射率为95，第二年为963，第三年达到989。SOLARONE的成功对太阳热发电具有里程碑的意义。SOLARTWO为促进塔式/熔盐太阳能热发电技术的发展，在SOLARONE的基础上加以改进，采用了熔盐为传热工质。电站于1996年开始并网发电。SOLARTWO验证了熔盐技术的应用可以降低建站技术和经济风险，而且可以极大的推进塔式太阳能热发电站的商业化进程。此后，西班牙，德国，瑞士，法国，意大利，前苏联和日本等也已经开展这项技术的研究工作。欧洲，法国、德国和意大利等9个国家联合，于1981年在意大利西西里岛建造了额定功率为1MWE的世界首座并网运行的塔式太阳能热电站。从1994年开始，欧洲框架IV，V，VI计划连续支持了塔式聚光技术的研究，如SOLGAS计划,COLNSOLAR计划等。EURELIOS塔式太阳能电站额定输出1MWE，于1981年并网发电。它的吸热器是具下倾的锥形腔构造，是一种单一的直流式加热到过热温的锅炉。CESA1电站位于西班牙，1983年到1984年间建成。吸热器带回热循环，采用了混合盐作工质，额定输出1MWE。SSPS小型太阳能发电系统在西班牙，额定输出05MWE。项目于1982年开始运行，用液态钠作为吸热器和储热器传热工质。THEMIS电站在法国，额定输出25MWE。它用熔盐作为吸热器和储热器的介质。该电站于1983年到1986年成功运行为未来的电站的建设提供了大量的资料。建在西班牙的SEVILLE的PS10发电厂于2007年3月发电，电功率11MWE。该项目初期论证过采用空气吸热器加燃气轮机的BRAYTON循环技术，最后由于成本高和技术风险大，转而采用直接产生蒸汽的方式（DSG）。PS10塔高90M，有981面121M2的定日镜，PS10电站将每年向电网提供192GWH的电力，年平均发电效率可以到105，投资2800EURO/KWE。SOLGAS,COLNSOLAR发电试验装置建立在西班牙的ERTISAHUELVA，有450面66M2的定日镜，吸热器功率20MWT，目的是试验太阳能燃气联合循环（ISCC）方式。对联合循环经济性评价也是项目的重要内容。2003年10月在美国举行的IEASOLARPACES执行委员会上，IEA提出了世界太阳能热发电的近期目标是太阳能聚光发电的装机容量达到5000MWE。欧洲白皮书“ENERGYFORTHEFUTURERENEWABLESOURCESOFENERGYFORACOMMUNITYSTRATEGYANDACTIONPLAN”中制定的最低目标是到2010年，欧洲的太阳能热发电装机容量达到1000MWE，其中西班牙在2006年达到500MWE，比2004年增加15倍。IEASOLARPACES热发电计划分三部分1集中式发电系统，包括研究大规模槽式技术和塔式技术。2分布式发电系统，包括研究碟式/斯特林装置。3CSP市场化的经济、环境和法律法规评价。二、中国太阳能热利用高温发电技术发展现状就世界范围而言，我国在太阳能热利用方面的研究起步并不晚，但由于种种原因发展十分滞后。近年来，我国在太阳能利用方面的研究已取得了突飞猛进的发展，通过合作与交流，我们的研究水平正逐渐与先进国家靠拢，甚至在某些方面处于世界领先水平。（1）槽式聚光器中国科学院电工研究所、皇明公司与工程热物理研究所联合成功研制了采光口开口宽度为25M，长12M的槽式聚光器一套。对单向抛物反射面的反射器进行了研究，通过采用复合蜂窝技术，研制出了超轻型结构的反射面；解决了使用平面玻璃制作曲面镜的问题；通过与美国科学家的共同探讨，传动采取了液压方式，可以适合今后沙漠工作的要求。（2）塔式发电定日镜塔式聚光器技术涉及到传热流体技术、高温吸热器技术、聚光塔技术、定日镜技术和发电循环技术等。我国科学家已经对电站从系统到关键单元部件进行了一系列的研究。A河海大学与以色列合作在南京江宁建立的70KWE太阳能与燃油混合热源发电站。每面定日镜的反射面积40M2，共有反射镜30面。B中国科学院电工研究所在“百人计划”配套基金的支持下与皇明太阳能公司合作，研制了三种类型的塔式聚光用定日镜。前2种方式主要是探索通过降低自重及风载来减小寄生能量的途径,第3种方式是探索同时聚光和定日两项功能的定日镜的设计与制作，为大型电站做技术准备。这三种形式的共同点是均考虑了在沙漠中工作时传动设备的密封性以及对反射镜面的抗沙保护。目前100M2的大型定日镜已经于2006年1月4日完成设备安装。该设备自2006年1月15日起已经全天候无人职守运行至今，一切正常。主要是研究探索大型定日镜反射镜面制作定型，轻型支架结构设计，大荷重传动系统以及定日镜的高精度跟踪系统。为防止风载时的晃动，传动采用了无齿隙齿轮，保证了在离塔1KM处也可以将光反射到吸热体上，可以适合建立大规模塔式电站的要。C由中科院电工研究所承担的“863”国家重大项目“太阳能塔式发电关键技术研究及系统示范”正在按预期的目标顺利地进行当中。该项目拟在北京延庆县建造一座我国第一座也是亚洲第一座1MW太阳能塔式热电站，该项目的建成将标志着我国在太阳能高温利用领域中上升到一个崭新的阶段，目前已取得阶段性成果。D2004年6月10日，皇明中国科学院联合实验室，在北京通县高温实验场成功地完成了太阳能碟式聚光热发电的实验。这是我国首次采用碟式太阳能聚光技术进行的太阳能热发电。2005年1月16日，在皇明公司的德州科技园区，建立起一个采光口直径5米，顶高近6米的单碟式太阳能聚光器，几何聚光比625，峰值功率14千瓦，焦点处温度可达1100，同多碟系统一样它可以实现双轴全自动跟踪控制。皇明集团研发的200平方米的槽式聚光器已经完成，并进入了加工阶段。皇明集团研制了塔式聚光器定日镜中的4种中的3种，在关键技术的研究方面已经取得了一大批科研成果和实用化技术，申报国家专利8项并正在着手申报国际专利。（3）碟式聚光器“十五”期间，中国科学院电工研究所、皇明太阳能集团与工程热物理研究所联合研制了3台直径5米的太阳能聚光器。聚光器焦点处的温度已经达到约1600C，经西班牙、美国、德国、韩国、澳大利亚等著名太阳能热发电专家评议，该设备在技术指标及经济指标上已经达到目前国际先进水平。目前，研究单位已经掌握了太阳位置三维跟踪技术和设备姿态高精密度控制传动技术，聚光系统精度达到02；三种聚光器分别试验采用了蜗轮蜗杆式、轨道链传动式和双蜗轮均力式等三种不同的传动方式。高反射率旋转抛物面反射镜制备技术（反射率94）；低能耗传动技术，设备运行时自身总电耗小于4W；高密度热流传热技术，吸热器能在065106W/M2的超高热流密度下正常工作，且热效率不小91等等。第一套设备目前已从2003年8月起安全运行至今。从国内外太阳能高温发电发展现状来看，国外高温发电技术较成熟，而且已开始进行商业化运作。中国的高温发电技术研究也处于世界领先水平，但都处于试验阶段，还没有进行大规模的商业化应用。未来太阳能高温发电的一个重要的方向就是把实验成果转化为商业应用。皇明公司作为太阳能行业的领航者，拟建立太阳能热利用高温发电技术工程实验室，突破太阳能高温发电的理论与实践转化的瓶颈，对高温发电系统的各个环节进行研发，提高太阳能高温发电的商业化水平，加快实现可再生能源替代，保护环境，实现可持续发展，带动整个行业技术水平的提高，增强国家的综合实力。第三章项目发展战略、建设内容和目标一、工程实验室发展战略工程实验室根据国家和地方产业发展的需求，研究和开发产业技术进步和结构调整方面的关键共性技术，以科技成果产业化、运行机制现代化、发展方向市场化为核心，采用机制创新与技术创新并重的方针，通过建设高水平的创新与产业化基地，形成高水平的创新与产业化团队，促进科研成果转化为具有自主知识产权的成套技术和工艺，缩短技术转移和推广应用的周期，推动太阳能热利用太阳能高温发电技术的进步和产业结构调整。（1）加强工程实验室建设，完善研发的手段与技术，形成更加有利于实验室技术创新和科技成果转化的有效运行机制。（2）加强与国内外高等院校、科研机构的合作，充分利用国内外先进的技术资源，为企业创新服务。（3）在工程实验室完成科研成果的中试，为皇明公司为依托完成产业化转化，取得经济效益。工程实验室将整合研发、资金、“皇明”品牌等因素，加强国际合作，力争引领国内市场、打入国际市场。在战略上，工程实验室将以创新为目标，力争在三到五年内，在太阳能热利用高温发电领域取得2至5项达到世界领先水平的关键技术成果，开发出具有自主知识产权的相应的产品系列，真正成为太阳能热利用高温发电基地。二、工程实验室建设内容工程实验室重点研发太阳能高温发电的九大核心技术聚光技术研究、自动控制技术研究、集热技术研究、传蓄热技术研究、保温技术研究、压力循环技术研究、仿真技术应用、新材料技术研究、与建筑一体化应用技术研究。1、聚光技术研究聚光技术就是采用反射镜把太阳光聚焦到吸热器上，产生高温热能。太阳能高温发电聚光技术主要是定日镜技术，包括自动跟踪系统、控制系统、抗风沙、紫外线、盐雾、酸雨等恶劣室外环境技术。反射镜需满足良好的光学性能，发射率要在85以上；良好的聚光性能，确保抛物面镜聚光后形成的光带小于真空集热管的吸热管的直径。支架需满足良好的刚度和强度，保证聚光器能在风载、雪载、自重等负荷下正常工作；具有良好的抗疲劳能力，保证机械结构在反复交变工作条件下的寿命；具有良好的抗沙尘、冰雹等能力，保证电站在沙漠、高寒等恶劣条件下正常工作，同时抵御非正常气候的破坏；良好的抗腐蚀能力，要有抗等性能；良好的运动性能，以使结构本身运动能耗降到最低；具有良好的保养、维护、运输性能、支架在满足整体刚性、强度的同时还应当易拆卸、组装、保养。根据定日镜的性能要求，反射镜和支架的技术研发重点如下（1）反射镜反射镜按照反射次数可分为一次聚光反射、二次聚光反射。一次聚光反射是太阳光经一次聚光镜聚光后，照射在真空集热管上，有吸收涂层吸收后，完成光热转换。此聚光反射聚焦比低，在30100之间，聚焦温度最高只能达400度作用，适合于小型的槽式发电系统。二次聚光主要有平面抛物面反射聚光镜、抛物面抛物面发射聚光镜、抛物面CPC反射聚光镜。平面抛物面反射聚光镜是用一组定日镜将太阳光反射到一台抛物面镜上，阳光经二次聚焦后，取得了较大聚光比，从而使系统取得较高的集热温度。但其一次反射的定日镜和二次聚焦的抛物面镜需要两套传动结构，甚至两套跟踪系统，成本较高。日本在20世纪80年代采用定日镜抛物面反射聚光器完成1MW槽式电站。抛物面抛物面发射聚光镜，可在一次聚焦的抛物面镜焦线处，放置二次聚焦抛物面镜，集热管放置在二次聚焦的抛物面焦线上，阳光经二次聚焦后，取得了较大的聚光比，从而使系统得到较高的聚热温度。两次聚光结构放置在同一支架结构上，可节省许多材料，降低成本，便于维护。抛物面CPC反射聚光镜是将二次聚焦的抛物面改为CPC结构，集热管放置在CPC的聚光带上（CPC无焦点）。反射镜研究重点主要是反射镜曲度研究和制作工艺。反射镜主要有平面反射镜和曲面反射镜，曲面反射镜比平面反射镜具有更高的聚光比和光斑温度，曲面反射镜的聚光比可高达700，聚焦光斑温度可高达1500度。皇明公司采用曲面反射镜，自主研发了复合抛物面的高温聚热器（专利号2009102381806）,采用二次聚光技术，内反射镜面由两段对称的抛物面和两段沿抛物面交线对称的渐开面组成的渐开线复合抛物面，有较大的聚光比和接受角度，聚光集热效果好，成本低廉、易于操作。下图1就是复合抛物面的高温聚热器。图1复合抛物面的高温聚热器（1底座加固支撑，2横梁底座，3玻璃板固定板，4内反射聚光镜支架，5吸收管支架，6吸收管，7钢化玻璃板，8螺栓，9长螺栓，10固定拉杆，11铆钉，12保温层内罩，13保温层外罩，14内反射聚光镜，15保温层，16透气碳毡，17短螺栓反射镜的制造工艺比较复杂，对材质要求很高，一般采用镀银金属玻璃，银具有吸收比低、反射比高（97）的特点，但其在户外容易老化，需在其上镀一层铜起保护作用。目前镀银玻璃生产的主要工艺是曲面磁控溅射镀膜法，其制造工艺为平白超白玻璃热弯磁控溅射镀银保护涂层。此法只有比利时、德国、法国等几家企业掌握，国内技术还是一片空白，只有皇明太阳能有限公司掌握了这项专利技术（专利号2009102381806），生产出磁控溅射双曲面太阳能反光镀银玻璃镜。下图2是反射镜结构图。图2反射镜结构图（2）支架定日镜的支架需要有很强的机械性能和抗腐蚀、抗疲劳能力，它的设计需要有良好的材质和运行灵活性。目前支架主要有钢板结构和钢框架结构，钢板结构镜架抗风沙强度较好,对镜面有保护作用,镜本身可以做得很薄,有利于平整曲面的实现。钢框架结构镜架减小了镜面的重量,减小了定日镜运行时的能耗,使之更经济。但这种钢框架结构也带来一个新问题,即镜面支架与镜面之间的连接,既要考虑不破坏镜面涂层,又要考虑镜子与支架之间结合的牢固性,还要有利于雨水顺利排出,以避免雨水浸泡对镜子的破坏。针对此类问题设计了三种方式在镜面最外层防护漆上粘结上陶瓷垫片,用于与支撑物的连接用胶粘结用铆钉固定。为了增加支架的灵活性，支架的底座设计分为两种独臂支架和圆形底座式支架。独臂支架具有体积小、结构简单、较易密封等优点,但其稳定性、抗风性也较差,但为了达到足够的机械强度,防止被大风吹倒,必须消耗大量的钢材和水泥材料为其建镜架和基座。圆形底座式定日镜的基座一般均为金属结构，稳定性较好,机械结构强度高,且运行能耗少,但其结构比独臂支架式复杂,而且其底座轨道的密封防沙问题也有待进一步解决。皇明公司独自研发了固定定日镜的驳接爪装置，就是利用比较灵活的每个驳接爪固定每块定日镜，具有安装、拆卸、调整方便，整体移动反射镜不破损的优点，下图2是固定定日镜的驳接爪装置。图3定日镜的驳接爪装置（1定日镜反射镜，2胶，3吸盘，4球头螺栓，5压紧螺母，6固定螺母，7支撑架，8连接臂，9驳接爪中心套，10调整螺母，11驳接爪固定杆，12支架）皇明公司在定日镜技术方面有12项发明专利，4项反射镜专利，8项支架调形、调整设计专利。序号专利名称专利号1定日镜用反射镜20082012384072一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器20091023818063一种定日镜20092014890244一种大型太阳光聚光反射装置20102070117675用于固定定日镜反射镜的驳接爪20082018079826一种定日镜的反射镜用支撑调整装置20092015875107一种定日镜的反射镜用支撑调型装置20092016179068高精度双轴传动减速机20092021665239一种定日镜的反射镜夹持支撑调形装置201010153016810一种单元反射镜的调形装置及调整方法201020255750011一种微弧菲涅尔反射镜支撑调形装置201020693858812一种太阳能槽式集热器的集热管可调支撑装置2010207011150皇明公司在定日镜聚光技术研究方面具有雄厚的技术实力，未来研究方面是反射镜的镜面曲度设计和支架灵活性、稳定性设计等，通过与山大研究中心的合作，在太阳能高温发电聚光技术方面将有重大的技术突破，提高定日镜的聚光比、反射比，降低定日镜成本。2、自动跟踪控制技术研究定日镜聚焦阳光需准确的跟踪控制系统，跟踪控制系统主要采用三种方式控制程序控制、传感器控制、程序与传感器联合控制的方法。程序控制是计算出太阳在一天中的位置，并通过电机驱动装置运动到目标位置，该方法可克服传感器控制的缺点，但存在累积误差，且程序复杂，对控制器要求较高；传感器控制方法是实时测量太阳光的方向，但实际应用中存在跟踪死区，跟踪范围窄；程序与传感器混合控制的方法以程序控制为主，传感器实时监测做反馈的“闭环”控制，这种方式对程序进行累积误差修正，使之在任何气候条件下都能得到稳定而可靠的跟踪控制，但由于成本和可靠性等问题，一直没有被规模化使用。目前广泛采用的跟踪控制方式是“开环”程序跟踪方式,即利用时钟来控制定日镜的转动角度。从上世纪80年代美国的SOLARONE到2005年西班牙的PS10均采用了这种控制方式。定日镜开环跟踪控制方式主要有两种方位角仰角跟踪方式以及自旋仰角跟踪方式。方位角仰角跟踪方式是指定日镜运行时采用转动基座圆形底座式或转动基座上部转动机构独臂支架式来调整定日镜方位变化,同时调整镜面仰角的方式。自旋仰角跟踪方式是指采用镜面自旋,同时调整镜面仰角的方式来实现定日镜的运行跟踪,这是由新的聚光跟踪理论推导出的一种新的跟踪方法,也叫“陈氏跟踪方法”。陈氏跟踪法比传统的聚光跟踪方法能更有效的接收太阳能。定日镜跟踪控制装置主要采用双轴跟踪装置利用高度角一方位角式全跟踪，通过两电机分别控制高度角轴与方位角轴位置，如图1所示。跟踪箱内装有跟踪传感器，传感器通过检测光线强度、光电池一三象限电压差、二四象限电压差等信号，来确定电机的转向和速度，编码器1、编码器2分别检测高度角轴与方位角位置，电机1控制高度角轴，电机2控制方位角轴，两轴的合成运动使跟踪镜头始终跟随太阳入射光线。图4双轴自动控制装置定日镜实现对阳光的实时跟踪还需要传动系统，把控制信息通过传动系统来调整定日镜的方位和角度变化。跟踪传动系统主要有三种传动方式齿轮传动、液压传动、齿轮与液压结合方式。由于平面镜位置的微小变化都将造成反射光在较大范围的明显偏差,因此目前采用的多是无间隙齿轮传动或液压传动机构。在定日镜的设计研制中,传动部件的密封防沙和防润滑油外泄等也是重要环节。传动系统选择的主要依据是消耗功率最小、跟踪精确性好、制造成本最低、能满足沙漠环境要求、具有模块化生产可能性,密封符合美国IP54标准等。皇明公司在自动控制系统研究方面有2项发明专利一种控制定日镜传动箱跟踪误差的阻尼装置（专利号2009200011246），一种定日镜自动控制系统（专利号2009201493053）。皇明公司自主研发了双轴全自动跟踪控制，与中科院联合研发了三维跟踪技术、高精度控制传动技术、使聚光系统精度达到聚光系统精度达到02度，而且研发出蜗轮蜗杆式、轨道链传动式和双蜗轮均力式等三种不同的传动方式，使设备运行耗电量小于4W。下图5是皇明自主研发的双轴自动跟踪控制系统。图5皇明自主研发的双轴自动控制跟踪控制系统图5中定日镜的控制通过PLC（可编程控制器）完成对太阳角度的计算及指令代码的转换，将计算结果通过电动机进行控制字与反馈信号的双向传输，控制电机按照既定的目标和速度运行，达到对日光的精确定位跟踪。皇明公司的自动控制技术已处于国际领先水平，未来研发方向研发精确度更高的，传动更灵活的自动控制装置并应用于实践。3、集热技术研究集热系统是太阳能高温发电的核心，集热技术决定着高温发电的效率，而集热技术中的核心是选择性吸收涂层，它决定着太阳能光热转换效率，选择性吸收涂层的性能指标为涂层的吸收比、发射比及其稳定性。选择性吸收涂层的性能决定于膜层材料和镀膜工艺。选择性吸收涂层一般采用氮化铝不锈钢做选择性吸收涂层，但其耐高温性能有限，太阳能高温发电的选择性吸收涂层采用耐高温的金属陶瓷做吸收涂层，高温下性能稳定，吸收比可达93以上。选择性吸收涂层的镀膜工艺采用磁控溅射镀膜，镀的膜层均匀、不脱落、膜层之间相互干扰小，吸收比高、发射比低。皇明公司自主研发了磁控溅射干涉镀膜技术，使用SSALN（氮化铝金属陶瓷）做集热材料，膜层有红外高反射金属层，扩散阻挡层，吸收层，减反层组成，吸收比高达97，发射比达7，抗老化吸收，400空气中，1600小时，性能衰减小于5，涂层性能处于国际领先水平。下图6是皇明自主研发的太阳能选择性吸收涂层图。图6皇明自主研发的太阳能选择性吸收涂层图（1红外高反射金属层，2扩散阻挡层，3吸收层，4减反射层，5基材）高温发电的集热系统主要是通过选择性吸收涂层把光能转化为热能的装置，高温发电的集热器分为两类管式和腔体式。管式一般是镀膜钢管集热器，腔体式一般是圆柱或锥形的集热器，按吸热介质的不同可分为熔盐腔体式吸热器、空气网状腔体式吸热器、水蒸气腔体式吸热器。（1）镀膜钢管集热器镀膜钢管集热器由内管、外管、真空夹层、吸气剂、玻璃与金属封接环组成。内管采用镀金属陶瓷选择性吸收涂层的不锈钢管，外管采用透射率高、结构强度大的高硼硅玻璃，通过不锈钢与玻璃封接技术把内外管封接一体，将中间夹层排空形成真空，提高镀膜钢管的集热性能。皇明公司自主研发了镀膜钢管技术，采用了多种国际领先的太阳能高温发电技术，下图7是皇明公司自主研发的镀膜钢管包含的技术。图7皇明公司镀膜钢管镀膜钢管中最主要的两项技术就是高温选择性吸收涂层技术、玻璃与金属封接的波纹管技术。玻璃与金属封接的波纹管技术，就是采用波纹管使玻璃与金属在不断的冷热冲击下依然保持较好密封性。波纹管补偿器又称膨胀节，是为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。它作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，工作可靠、性能良好、结构紧凑。2009年皇明公司投资5000万元自主开发出自动化率达到90的自动生产线生产高温镀膜钢管，通过近几年的不断改进，自动化生产产品膜层吸收比、发射比更加稳定。自2009年开始“皇明高温镀膜钢管”就以低成本、性能稳定小批量出口，近几年出口量不断扩大，主要出口国家包括西班牙、澳大利亚、德国等发达国家。皇明公司在集热技术方面有四项发明专利，2项磁控溅射镀膜技术专利，2项太阳能吸热管技术。序号专利名称专利号1一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法20091017604152一种磁控溅射圆柱靶20082000376463一种太阳能吸热管20101052862574太阳能真空集热管的膨胀补偿装置2009202469723（2）腔体式吸热器腔体式吸热器主要是为了解决现有太阳能吸热器吸收的太阳能辐射热流分布不均匀，导致吸热器局部温度过高且容易发生烧穿的问题，它包括吸热器和吸热管，并且吸热管按照吸热器的内腔体形状盘在吸热器的内壁上。腔体式吸热器按照吸热介质的不同分为熔盐吸热器、空气吸热器、水蒸气吸热器、复合吸热器。熔融盐作为一种吸热介质，热容大，在整个吸热、传热循环中无相变，系统可无压运行，熔融盐圆柱形腔体式吸热器可承受较高的热流密度，可使内部结构做的更紧凑，降低热损。美国SOLARTWO碟式热发电系统采用了硝酸盐吸热器，如下图8所示。图8美国SOLARTWO硝酸盐吸热器熔盐吸热器采用圆柱形吸热器，由24块管板组成，每块管板有32根吸热管。24块管板中，6块板起预热过的作用，其余18块板产生过热蒸汽，入口温度为290度，出口温度为565度，平均太阳辐射能流密度为430KW/M2时，额定吸收功率为42MW。空气具有工作温度高，无相变，启动快，易于运行和维护特点，以空气为传热介质的空气集热器采用容积式吸热器，容积式吸热器一般以蜂窝状或密织网状的多孔结构材料为吸热体，聚焦太阳能将多孔结构的吸热体加热；空气被强制通过吸热器，与多孔结构对流换热后被加热至高温。典型的金属密网吸热器是西班牙CIEMET公司的TSA吸热器，如下图4。其吸热器功率为27MW，直径34M，所吸热量的90集中在直径为28M的圆内，正常工作时出口空气温度680，进口空气温度110，回流空气比可达49。在额定工作温度下可长期运行。图9西班牙CIEMET公司的TSA空气吸热器空气集热器具有集热温度高，无压力运行等优点，但由于空气热容低，系统结构大，技术风险相应增大，大规模的实验研究还没有出现。槽式发电系统一般采用镀膜钢管集热器、塔式和碟式发电系统一般采用腔体式吸热器。皇明公司塔式高温发电吸热器一般采用导热油介质的腔体式吸热器，导热油具有吸热性能好，无压力运行的特点，而且采用腔体式集热结构，使得集热聚热效果更好。太阳能集热技术未来研究方向是高温膜层材料的稳定性和膜层性能的高效性，以及研发具有吸热效率高、耐高温的吸热器。4、传蓄热技术研究太阳能高温发电通过聚光和集热系统转化的高温热能需要传热介质进行传热，把热量高效的传递给发电机进行发电，并且可以通过蓄热介质进行蓄热，保证供能的连续性，消除因天气变化对发电连续性的影响。高温发电一般传热和蓄热介质采用同一种介质，介质材料的选择对传蓄热特别重要。目前最主要的传蓄热介质材料有三种类型显热型、潜热型和化学反应型。显热型显热材料在储存和释放热能时，材料自身只是发生温度的变化，而不发生其他任何变化。这种蓄热方式的优点是操作简单，成本低，但在释放能量时，其温度发生连续变化，不能保持恒温，无法达到控温的目的，该类材料蓄热密度较低，盛装容器体积庞大，主要的几种显热蓄热材料有土壤、地下蓄水层、温度分层型蓄热材料、砖石、水泥等，它们可以应用于建筑季节蓄能，把夏季多余的能量储存在地下蓄水层，冬季取出取暖。潜热型利用材料在相变时吸热或放热的现象，来进行热能储存和温度调节控制，这类材料不仅具有容积蓄热密度大，而且具有设备简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理等优点。它在相变蓄热过程中，材料近似恒温，可以此来控制体系的温度。潜热型材料应用最广泛的是固固相变、固液相变和复合相变材料。固固相变材料主要是多元醇、高密度聚乙烯和层状钙钦矿，相变温度高，是最具技术和经济潜力的蓄热材料，但由于其成本较高，应用较少。固液相变材料主要是结晶水合盐类，导热系数大，蓄热密度大，是中、低温相变贮能材料中的重要类型。复合相变材料主要为石蜡有机酸、高密度聚乙烯，具有较高的熔点，蓄热能力较强。化学型是利用可逆化学反应通过热能和化学能的转换进行蓄热的。它在受热和受冷时可发生可逆反应，分别对外吸热或放。典型的化学蓄热体系有水合氧化钙、水合氧化镁等，它在使用时存在技术复杂、一次性投资大及整体效率不高等缺点，限制了它的发展。高温热发电中主要的传蓄热介质是水、空气、导热油、熔融盐。水作为传热介质，具有传热性能好的优点，但有使用温度低、工作压力大的缺点；空气作为传热介质相对于水来说具有工作温度高，无相变，启动快，易于运行和维护特点，但空气的热容低，系统结构大，技术风险较大；传热油拥有良好的传热性能和低的工作压力，但使用温度低，工作温度在400以下，而且导热油成本很高；熔融盐主要是熔融硝酸盐，具有使用温度范围广（从几十摄氏度到一千摄氏度以上）、传热性能高、工作压力低、价格便宜等一系列巨大的优点，但熔融盐存在高温分解和腐蚀问题，相关的材料也必须耐高温核耐腐蚀，使得系统成本增加、可靠性降低，以及低凝固点问题，在夜间停机时熔盐储罐都必须保温，以防止熔盐凝固，清晨开机时也必须对全部管道进行预热，这些都将增加系统的伴生电耗。美国SOLARTWO塔式太阳能站率先采用熔融盐做蓄热材料，但熔融盐具有腐蚀性，中国皇明公司、中科院、华能电力联合建设中的北京延庆1兆瓦塔式太阳能高温发电站，率先解决了熔融盐腐蚀难题，掌握了熔融盐系统管道和阀门的防凝固、管路预热保温、高温熔融盐的填充和卸出等技术方法，首次实现了高温熔融盐的传热蓄热循环，并安全工作1000小时以上。皇明公司自主研发了两项蓄热技术蓄热瓷球技术和潜热型相变材料。蓄热瓷球具有强度高、耐磨损；导热率和热容量大、蓄热效率高；热稳定性好、温度剧变时不易破裂等优点。众多小球将气流分割成很小流股，气流在蓄热体中流过时，形成强烈的紊流，有效的冲破了蓄热体表面的附面层，又由于球径很小，传导半径小、热阻小、密度高、导热性好，可实现蓄热式烧嘴频繁且快速换向的要求。下图10为相变蓄热球和相变蓄热容器。图10蓄热球和蓄热容器皇明公司与上海锦立新能源科技有限公司合作研究开发潜热型相变材料，其原理是利用材料在相变时吸热或放热的现象，来进行热能储存和控制。相变材料是未来最重要的传蓄热材料。5、保温技术研究太阳能高温发电系统管路和蓄热设备需要保温措施，减少热量损失，最大限度利用热能。保温技术的核心是保温材料的选择。保温材料的选择主要满足以下要求保温性好，导热系数越小越好；耐温性好，性能稳定；容重小，一般不宜超过600KG/M3，减轻保温管道的重量；机械强度强，抗压强度应03MPA；无毒，对金属无腐蚀作用；可燃物和水分含量少，易于加工成型。保温材料可根据物理特性可分为八大类膨胀珍珠岩类、普通玻璃类、超细玻璃棉类、石棉类、硅藻土类、泡沫混凝土类、硅酸铝纤维类、泡沫塑料类等。其中石棉类、硅藻土类、硅酸铝纤维类保热性能好，使用温度高。石棉类硅藻土石棉灰密度380KG/M3，导热系数0066000015T,适用温度达900度。硅藻土类密度660KG/M3,导热系数0151000014T，适用温度可达900度；硅酸铝纤维类密度380KG/M3，导热系数0047000012T，适用温度高达1000度。在高温保温方面出现了一种新的材料空心微珠和碳素纤维，1976年美国首次发现空心微珠这种新型保温材料，它存在于火电厂的灰渣之中。这些微珠约占粉煤灰数量的5070。空心微珠的化学成分主要是硅和铝的氧化物，密度一般仅为05075G/CM3，耐火度为15001730，导热系数仅为00801W/M。它颗粒微小、球形、质轻、中空，具有隔热、电绝缘、耐高温、隔音、耐磨、强度高等特点，价格又便宜，有着非常广阔的用途。碳素纤维则是另一种既质轻隔热，又耐高温的热绝缘材料，只是由于价格太高，目前仅用于航天飞机、飞船等航天领域。皇明公司在保温方面自主研发了隔热环技术，隔热环主要是由石棉橡胶板构成的环体组成，采用99的三氧化二铝，经过模压成型、高温烧结、低温烧结、冷却、常温打磨抛光的方法，一次成型的陶瓷环状结构，导热系数下降至052W/MK以下，具有结构简单、耐高温、不易变形的特点。下图11是隔热环。图11隔热环保温技术未来的研发方向就是寻找导热系数小，机械强度高的保温材料。6、增压技术研究太阳能高温发电系统中增压主要是传热介质循环增压、蒸汽动力增压、冷却增压等，增压技术主要是采用增压泵。增压泵采用普通的增压泵就可实现。但如果传蓄热系统采用熔融盐介质，那介质循环必须采用特制的熔盐泵。熔盐泵是专门用来输送高温熔盐的泵，是依靠离心力来输送物料的，在工作前，泵体和进料管必须罐满液态熔盐形成真空状态，当叶轮高速转动时，叶片促使液体很快旋转，旋转着的高温熔盐在离心力的作用下从泵体出液管中甩出去，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。熔盐在大气压力的作用下通过管网压到了泵体内。这样不停循环，就可以实现连续输送熔盐。下图12是熔岩泵。图12熔岩泵（1泵壳，2泵盖，3底座，4泵轴，5首级叶轮，6次级叶轮，7出口）皇明公司与华电集团合作共同开发增压技术，提高传热介质的传热效率，增强发电动力，提高发电效率。7、仿真技术应用仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。仿真方法主要是指建立仿真模型和进行仿真实验的方法，仿真工具主要指的是仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机和一些专用的物理仿真器，如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。仿真软件有用于机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等的仿真软件系统MSCSOFTWARE，在航空航天等高科技领域已有45年的应用历史。仿真技术广泛的应用于航天、电力、工业等领域，在太阳能领域仿真技术具有很重要的作用，太阳能高温发电在沙漠等恶劣的环境下工作，一些新技术需要通过模拟仿真技术模拟外界的环境来测试新技术的性能参数，如果没有仿真模拟技术采用实地测试，测试将耗费大量的时间、成本、准确度不高。目前皇明公司与中科院建立了仿真实验室，进行风洞试验、盐雾试验等，测试太阳能高温发电系统的性能。风洞试验是依据运动的相对性原理，将模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，模拟各种复杂的环境，以获取试验数据。风洞试验数据可以测试高温发电装置在室外等恶劣条件下的工作状态。仿真技术能极大的提高研发效率，降低研发试验成本，是未来的研发的重要工具。8、新材料研发太阳能高温发电系统中涉及到各种材料，材料的性能与选择影响着高温发电的效率。太阳能高温发电系统中涉及到的最主要的材料也是研发的重点材料是耐高温高反射材料、高温集热膜材料、传蓄热介质材料、保温材料。皇明公司与上海联合实验室合作进行新材料的研发，主要研究相变蓄热材料、蓄热球、蓄冷剂，防过热块等，为未来太阳能高温发电提供新型材料。9、与建筑一体化应用研究在太阳能高温发电中会产生富余能量，如高温蒸汽推动汽轮机发电之后依然还剩余的能量和蓄热装置中存有的过量能量，都可以进行二次利用。二次利用的方向是把这些富余能量重新收集起来，通过换热装置为建筑供暖、致冷，为工业提供干燥能量等。目前，在建的皇明太阳谷屋顶菲涅尔太阳能高温发电站，正在尝试为工厂冬季供暖、夏季制冷，提供工业生产用蒸汽和发电。三、工程实验室研发的近期和中期目标1、近期目标及技术突破工程实验室建设启用后，将结合产业发展和企业技术创新的需要，完成太阳能高温发电共性的关键技术的突破定日镜高聚焦比、高反射比、耐高温反射镜镜面材料和曲度研究；支架抗腐蚀、抗疲劳、保持灵活性的结构设计；跟踪系统精度和准确性的进一步提高；集热选择性吸收涂层材料和工艺的进一步研发；潜热蓄热材料的进一步研究，高温发电富余热量与建筑一体化的结合利用。对这些技术进行中试，适度规模开发，取得拥有自主知识产权的生产工艺和装备技术，在太阳能行业内进行示范和推广，引领太阳能行业整体技术进步。工程实验室拟定每年推出3项具有自主知识产权的太阳能热利用高温发电技术专利，完成至少1个技术的产业化转化，每年技术转让1个以上，争取实现企业化、市场化运作。2、中期目标根据国家“十二五”规划，为更好的开发和利用太阳能资源，工程实验室以太阳能热利用高温发电技术为研发核心，积极开发和推广高温发电新技术、新工艺和新装备，