封闭式抛物面槽式太阳能技术刚进入成本降低的学习曲线阶段

“封闭式槽式技术只是降低成本学习曲线的起点”

这句话来自对槽式集热器技术发展了如指掌的人：Markus Balz。他在国际结构工程和咨询公司 Schlaich Bergermann Partner （sbp）工作了20多年，领导太阳能发电技术的开发。2022年12月，他开始在当时新成立的公司 Glasspoint 担任首席技术官。他与其他三位前sbp同事一起，在斯图加特的Glasspoint技术中心深入研究封闭式槽式集热器技术的进一步开发和成本优化。我们与他讨论了影响较大的成本节约措施，以及支持创新路径的所谓整体数字模型。照片：Glasspoint

在 Schlaich Bergermann Partner，您负责开发不同类型的槽式集热器，这些项目为美国、西班牙、中国和北非等多个商业 CSP 项目设定了标准。与 Glasspoint开发的封闭槽技术相比，最大的区别是什么？
Balz：Glasspoint 于2010年开始，推出了第一个由温室保护抛物面反射器的试点系统。这是一个突破，因为它大大降低了曲面镜上的风载荷，因此可以制造得更轻。与未受保护的槽式集热器相比，温室使镜子的材料只有1/6。您确实会损失大约5%的温室辐照，但这远远超过了因节省材料和简化的防腐蚀而降低的成本。

轻量化设计还有另一个重要优势。我们可以将接收器管永久固定，因为我们可以围绕管旋转轻质镜子。由于市场上所有坚固的抛物线槽，接收管固定在镜子上，并围绕结构的共同重心旋转。

如果接收器不动，有什么好处？
Balz：标准的槽式抛物线系统使用移动接收器，这需要大量的旋转接头或柔性软管。这些组件不仅价格昂贵且需要大量维护，而且还限制了系统的工作压力，并限制了传热流体的选择（通常是合成油），因此温度低于395°C。
相比之下，固定接收器设计允许更广泛的传热流体，包括高温液体盐。这是可能的，因为该设计消除了对自润滑旋转接头的需求，并且能够在所有组件上实现直接的重力排水。值得注意的是，最初的 Glasspoint 系统专为直接产生蒸汽而设计，其固定管能够承受高达100 bar的压力 - 这是人们不想在移动接头上尝试的！在我的工程职业生涯中，我经常从经验丰富的导师那里听到这样的话：“最好的轴承是没有轴承”，在这种情况下，这句话完美地翻译为“最好的旋转接头是没有旋转接头”。

您在阿曼的 Miraah 项目中大规模使用了这项技术。那里的甜点中总共安装了 330 MW 的电力，以提高石油采收率。建造和运营工厂获得了哪些经验？
Balz：该系统似乎自2017年以来一直在运行，虽然我们与客户保持定期联系以提供支持，但他们自己一直在愉快地运行系统。尽管使用太阳能直接蒸汽系统来提高石油采收率存在一定的控制和运营挑战，但这很快就成为他们日常生活的一部分。

这家工厂的主要教训不是太阳能技术本身，而是温室围护结构的局限性。它的小玻璃板需要一个密集的结构系统，并限制了减少遮阳的进一步改进。玻璃的脆性导致沙尘暴后的维护增加和更高的空气泄漏，从而损害了受控的内部环境。此外，玻璃相对较重，但与张紧箔相比，玻璃对建筑物的稳定性没有贡献。

因此，在2017年，Glasspoint过渡到定制设计的含氟聚合物箔外壳。这种转变显著提高了结构稳定性、透光性、气密性、内部温度控制，甚至将隐含碳减少了一半——这代表了成本和性能的重大飞跃。我可以告诉你，这次转换是一项真正的工程成就，获得了许多专利。是的，沿着屋顶运行的机器人清洁系统继续与新外壳无缝运行。

阿曼第二代封闭式槽式设计示范工厂照片：Glasspoint

使用液态盐作为传热流体进行作是您目前正在研究的 20 项降低成本措施之一。您使用什么方法来评估和量化特定措施的成本节约潜力？
Balz：我们开发了整体数字模型，以优化复杂的聚光太阳能热系统（包括大规模蓄热）的性能和成本。该模型集成了气象数据和太阳能资源概况，使系统设计与特定的客户需求保持一致。

在最初的20项成本节约措施中，有两项措施在降低平准化供热成本（LCoH）方面特别有效。首先是系统配置的转变 - 从直接蒸汽和液盐储存的混合设置转变为仅液盐解决方案 - 由于简化了工厂设计，仅此一项就使LCoH显著降低了10%。第二个是让客户接受液体盐作为传热流体而不是蒸汽，这进一步降低了8%的成本。一项有前途的创新与此密切相关，那就是使用低熔点液体盐。与传统盐的290 °C相比，这些盐的熔化温度仅为140°C，这使得太阳能电路能够在非辐照时间内在较低的温度下运行，从而减少热量损失。值得注意的是，Glasspoint已经在2018年验证了这种方法。

您的成本削减措施清单上还有哪些其他具有巨大潜力的措施？
Balz：我们看到了向半机器人和全自动生产和安装流程转变的重大影响。虽然当前的Glasspoint系统已经针对高性能和低成本进行了优化，但进一步的改进将需要更多地集中在劳动力成本上。该系统固有的简单性使其非常适合机器人和半机器人安装，以及组件的现场制造。这些进步有可能显著缩短施工时间并进一步降低总体成本。

图 1：国际可再生能源署 （IRENA） 发布的 2023 年可再生能源发电成本报告中的图表

“Glasspoint在实际项目中展示了每年高达13%的LCoH减少”

您喜欢引用 IRENA 的可再生能源发电成本报告的成本预测，以强调直接太阳能供热成本的下降速度比光伏成本下降得更快。你如何解释图 1？
Balz：我相信答案是多方面的。首先，技术往往会通过重复应用降低成本。例如，太阳能光伏的平均成本每年降低约 7%，这得益于其每天约1GW的惊人部署速度。在上图中，光伏与CSP进行了比较，后者在过去12年中新增了不到10GW的装机容量。然而，值得注意的是，CSP已经实现了类似的平准化电力成本（LCoE）降低——每年降低7%以上——尽管部署规模不到光伏的1%。这凸显了CSP的成本轨迹确实令人印象深刻。

其次，该图表侧重于发电和LCoE，但最显着的成本降低实际上发生在太阳能发电技术上，约占CSP系统总成本的50%。相比之下，传统电源模块（经过数十年改进的成熟技术）的成本改善微乎其微。这意味着太阳能发电技术正在以更快的速度发展。

现在，如果我们将重点转移到工业过程应用中的直接太阳能加热上，不需要昂贵的涡轮机或电源块，成本下降会变得更加明显。在这种情况下，LCoH每年的减少可能超过10%。事实上，Glasspoint自己的历史表明，在实际项目中，实际世界的LCoH每年减少高达13%。

我真正想强调的是，封闭槽式技术仍处于早期阶段——它才刚刚开始降低成本的学习曲线。然而，它已经实现了令人印象深刻的LCoH降低，而无需大量的研发预算——只需一个由有能力的工程师和一些敬业的科学家组成的团队。

图 2：交钥匙太阳能场成本取决于三种不同集热器类型的集热器场大小：FPC=平板集热器，ETC=真空管集热器，PTC=抛物面槽式集热器。图表来自德国Fraunhofer ISE 的 SHIP成本评估研究

2025年5月底，德国Fraunhofer ISE发布了一份关于德国太阳能过程供热的成本评估研究。一个关键的输入参数是槽式场的成本 - 参见图2。对于 60,000㎡，报告的成本为350欧元/㎡总。这与整体数字模型的结果相比如何？
巴尔茨：我很高兴收到这份报告及其积极的调查结果。我们认为 60,000㎡作为试点规模，成本受到许多一次性费用（如工程、许可和实施）的严重影响，与这种规模的太阳能场本身的成本相比，这些费用高得不成比例。因此，直接比较具有挑战性。对于我们开发的大型工厂，显著降低成本是常态。

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