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　　在由國(guó)家太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)起主辦的第三屆中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電大會(huì)上，基于近年來(lái)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司幾個(gè)工程設(shè)計(jì)的工作體會(huì)，西北電力設(shè)計(jì)院有限公司新能源開(kāi)發(fā)分公司副總、主任工程師趙曉輝作了題為《光熱電站主要工藝系統(tǒng)設(shè)備選擇》的大會(huì)報(bào)告。相關(guān)發(fā)言內(nèi)容整理如下：

　　從全球太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)上來(lái)講，槽式導(dǎo)熱油技術(shù)路線是最為成熟的，塔式熔鹽次之。從全廠工藝流程來(lái)看，槽式熔鹽和塔式熔鹽這兩種技術(shù)是比較簡(jiǎn)單的，成本下降空間較大，運(yùn)維較簡(jiǎn)單，但是相對(duì)于槽式導(dǎo)熱油技術(shù)應(yīng)用范圍不夠廣。

圖：槽式熔鹽熱發(fā)電系統(tǒng)

圖：塔式熔鹽熱發(fā)電系統(tǒng)

　　下面簡(jiǎn)單分析各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備。這里說(shuō)的工藝系統(tǒng)設(shè)備包含聚光、集熱、儲(chǔ)熱、換熱以及發(fā)電等各個(gè)工藝環(huán)節(jié)。

　　這里闡述的聚光集熱系統(tǒng)的設(shè)備，我主要從設(shè)備選型，也就是工程設(shè)計(jì)，或者從業(yè)主方的角度來(lái)說(shuō)明如何選擇聚光集熱系統(tǒng)的設(shè)備。我們是設(shè)計(jì)院，定位是基于工程設(shè)計(jì)牽頭的工程公司，因此目前我們不設(shè)計(jì)設(shè)備本體。

圖：幾種定日鏡

　　塔式定日鏡應(yīng)該有30、40年的歷史，從外形看，包括方的，圓的，一個(gè)模塊上多個(gè)圓的，還有軌道式的。這些都是定日鏡發(fā)展歷史上出現(xiàn)過(guò)的形式，還有近幾年塞能（Sener）公司178平米、阿本戈140平米、西班牙Imdea雙推桿的，澳大利亞CSIRO雙推桿的，以及德國(guó)SBP的雙推桿等。這些定日鏡從大小方面看是一個(gè)區(qū)別；還有從驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)講，一個(gè)方向是推桿，還有兩個(gè)方向都是推桿，兩個(gè)方向都是回轉(zhuǎn)減速機(jī)以及液壓等多種。我想不同形式的目的是在確保性能的前提下降低成本。

圖：槽式集熱器

　　槽式熱發(fā)電相對(duì)大家比較熟悉。從設(shè)備來(lái)講，關(guān)于它的可靠性，同時(shí)還有它的經(jīng)濟(jì)性和前瞻性，其中一個(gè)是大開(kāi)口槽式發(fā)電。比如6.7米、7.5米開(kāi)口的槽，還有在摩洛哥項(xiàng)目大范圍應(yīng)用的。槽的開(kāi)口做的越大，從項(xiàng)目層面來(lái)講，它的投資會(huì)降低，同時(shí)它的運(yùn)維也會(huì)簡(jiǎn)化。

圖：槽式太陽(yáng)能回路Loop、集熱器陣列SCA、集熱單元SCE

　　3個(gè)集熱管長(zhǎng)度與7組鏡面長(zhǎng)度匹配，構(gòu)成一個(gè)SCE；12個(gè)SCE構(gòu)成一個(gè)SCA；4個(gè)SCA構(gòu)成一個(gè)回路。

　　根據(jù)相關(guān)資料對(duì)比，聚光集熱設(shè)備在熱功率相當(dāng)前提下，大開(kāi)口槽具有的優(yōu)勢(shì)包括鏡場(chǎng)面積可減少10%；導(dǎo)熱油母管長(zhǎng)度優(yōu)化；較少的鏡場(chǎng)投資（管路、閥門(mén)及導(dǎo)熱油）；自耗能顯著降低；較少的驅(qū)動(dòng)、基礎(chǔ)和電纜等光場(chǎng)輔件。這是大開(kāi)口槽式的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

圖：不同集熱器效率

圖：塔式鏡場(chǎng)及吸熱器

　　聚光集熱系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)是項(xiàng)目前期階段做的一些工作。定日鏡的選型有幾個(gè)要素我們需要關(guān)注，包括驅(qū)動(dòng)的形式，抗風(fēng)性能（包括工作風(fēng)速與保護(hù)風(fēng)速），跟蹤精度，還有面型方法，各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，其中一大部分參數(shù)的選擇是跟廠址環(huán)境有關(guān)，比如風(fēng)引起的，還有沙塵引起的。

　　鏡場(chǎng)與吸熱器容量的匹配也是一個(gè)較重要方面。

　　全場(chǎng)工藝系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)屬于頂層設(shè)計(jì)，是關(guān)乎各個(gè)子系統(tǒng)容量匹配和全廠經(jīng)濟(jì)性的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

　　鏡場(chǎng)（反射鏡）只是實(shí)現(xiàn)聚光，集熱是要靠吸熱器（集熱管）來(lái)完成的。對(duì)于塔式，一個(gè)是鏡場(chǎng)容量與吸熱器容量匹配的問(wèn)題，單純從設(shè)計(jì)點(diǎn)來(lái)考慮兩個(gè)容量的匹配不是很全面的，要基于全年運(yùn)行性能。如60萬(wàn)平方米的反射鏡面積配300MW的吸熱器還是320MW的吸熱器，這里面有一個(gè)優(yōu)化配置的問(wèn)題；吸熱器不同位置的材料，關(guān)鍵是受熱面的材料；國(guó)際市場(chǎng)用的比較多的是鎳基合金的230材料，成本比較高一些。在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目上有選625鎳基合金的，成本相差明顯。重點(diǎn)關(guān)注材料的目的是考慮到運(yùn)行工況比傳統(tǒng)的鍋爐要復(fù)雜，負(fù)荷變化更為頻繁。

　　此外還要注意吸熱器入口容器的事故壓縮空氣系統(tǒng)的容量，這些與UPS電源容量，事故電源等因素有關(guān)。

　　聚光集熱系統(tǒng)設(shè)備跟廠址有關(guān)的幾個(gè)重要方面包括風(fēng)、塵、云等因素。

　　1）多云，在氣象學(xué)上是指天空中云覆蓋面占天空40%到80%。陰天、指云覆蓋面占天空的80%以上。其實(shí)我們國(guó)內(nèi)的一些項(xiàng)目廠址，相對(duì)美國(guó)或者西班牙的廠址來(lái)講，云的危害可能還是需要引起足夠的重視。對(duì)國(guó)內(nèi)某光熱電子廠址的2016年氣象數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)真正意義上的晴天只有126天，多云天114天。顯然可以認(rèn)為這個(gè)年DNI就算有2000kWh/m2，它的品位也是比較低的，年均熱電效率可能不那么樂(lè)觀。浙江中控太陽(yáng)能金建祥老師也提到了基于德令哈的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，云對(duì)發(fā)電量實(shí)際值和設(shè)計(jì)值偏離較大。

　　2）風(fēng)的問(wèn)題，一般情況下，國(guó)外定日鏡運(yùn)行風(fēng)速一般是13米每秒這個(gè)水平，這里是平均風(fēng)速，這一風(fēng)速值，基于風(fēng)資源統(tǒng)計(jì)情況會(huì)考慮一個(gè)概率問(wèn)題，如在98%情況下，廠址區(qū)的風(fēng)速在13米，意味著98%時(shí)間段，定日鏡不會(huì)因?yàn)轱L(fēng)的問(wèn)題停止運(yùn)行。這個(gè)設(shè)計(jì)理念拿到中國(guó)哈密或者非洲摩洛哥很顯然是不行，假如設(shè)計(jì)運(yùn)行風(fēng)速滿足98%概率可運(yùn)行，意味著定日鏡的強(qiáng)度以及驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，它的風(fēng)速要到20多米每秒，了定日鏡的成本會(huì)增加非常多，如果還要確保最大運(yùn)行風(fēng)速下鏡場(chǎng)的精度，這么大的風(fēng)可能技術(shù)上不可行，最終導(dǎo)致項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性不可行。因此在前期設(shè)備選型的時(shí)候，結(jié)合資源做發(fā)電量評(píng)估是非常重要的。

　　在項(xiàng)目選址以及項(xiàng)目招標(biāo)階段，要對(duì)廠址的條件足夠重視。還有是重視清洗策略，確保平均清潔度。就我們參與的項(xiàng)目來(lái)看，中廣核德令哈槽式反射鏡招標(biāo)是公開(kāi)的，年均反射率是96%，但是根據(jù)國(guó)內(nèi)包括中控、首航運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，我們了解到年均96%達(dá)不到，因此我們?cè)谀硞€(gè)項(xiàng)目上確定了年均清潔度是90%。中控金老師也提到了年均清潔度的問(wèn)題。

　　3）運(yùn)行策略的問(wèn)題，主要目的是應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)一些廠址多云、大風(fēng)情況。聚光集熱系統(tǒng)設(shè)備的集熱目的是滿足后面的系統(tǒng)發(fā)電，這個(gè)環(huán)節(jié)有一個(gè)全場(chǎng)工藝系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，現(xiàn)在主要是通過(guò)熱質(zhì)平衡分析軟件，這種軟件國(guó)際上好幾款。目的主要是在主要工藝系統(tǒng)招標(biāo)過(guò)程中，確保包括泵類(lèi)、換熱器等設(shè)備的技術(shù)條件。同時(shí)這些工具可以合理確定運(yùn)行模式，比如槽式導(dǎo)熱油技術(shù)放熱發(fā)電模式的計(jì)算。根據(jù)我們對(duì)項(xiàng)目充放換熱器的招標(biāo)經(jīng)歷，運(yùn)行模式主要是影響換熱器的放熱和換熱特性。

　　通過(guò)做這些工作，我們的結(jié)論也反應(yīng)在即將發(fā)布的征求意見(jiàn)稿的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)寫(xiě)完了，下一步是對(duì)外征求意見(jiàn)，歡迎大家提出不同的意見(jiàn)。

　　還有年發(fā)電量計(jì)算，在可行性研究階段很關(guān)鍵的一個(gè)東西，現(xiàn)在用兩種評(píng)估手段，對(duì)比下來(lái)，年發(fā)電量最大偏差大概5%以內(nèi)?；谟耖T(mén)導(dǎo)熱油槽式項(xiàng)目，國(guó)外阿本戈這種有運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的工程公司給出的結(jié)果介于我們兩種評(píng)估方法結(jié)果之間，我們現(xiàn)有的評(píng)估手段得出的結(jié)果，從現(xiàn)有的階段來(lái)講是可靠的是可信的。請(qǐng)注意，年發(fā)電量是很關(guān)鍵的一個(gè)指標(biāo)，影響這個(gè)指標(biāo)的關(guān)鍵因素是聚光集熱系統(tǒng)設(shè)備性能實(shí)際值與設(shè)計(jì)值是否有較大偏差。下游的換熱和發(fā)電部分，相對(duì)比較成熟。

　　4關(guān)鍵工藝設(shè)備

　　4.1蒸汽發(fā)生器設(shè)備選型

圖：熔鹽，導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器工藝流程

　　選擇關(guān)鍵工藝設(shè)備，主要是初步擬定工藝流程，最終確定設(shè)備結(jié)構(gòu)，滿足設(shè)備招標(biāo)技術(shù)要求的提出。最后的幾張PPT主要是換熱這塊。熔鹽蒸汽發(fā)生器，導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器，主要有單列雙列的問(wèn)題以及蒸發(fā)器設(shè)備水動(dòng)力設(shè)計(jì)的差異，目前在國(guó)際項(xiàng)目上熔鹽蒸發(fā)器都用的是強(qiáng)制循環(huán)，我們國(guó)內(nèi)供貨方的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也有采用自然循環(huán)的。后者系統(tǒng)簡(jiǎn)單沒(méi)有強(qiáng)制循環(huán)泵，可以節(jié)約廠用電，減少系統(tǒng)故障點(diǎn)，但水動(dòng)力較強(qiáng)制循環(huán)稍差。同時(shí)對(duì)于蒸發(fā)器設(shè)備，也需要關(guān)注熔鹽和水的流程。要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)兩個(gè)層面考慮熔鹽凝固、泄露等風(fēng)險(xiǎn)。

　　蒸汽發(fā)生系統(tǒng)流程及配置關(guān)鍵點(diǎn)可以總結(jié)為如下幾條：

　　熔鹽蒸汽發(fā)生器，各級(jí)換熱器旁路設(shè)置，混溫設(shè)計(jì)，運(yùn)行模式主要是低負(fù)荷運(yùn)行模式；導(dǎo)熱油蒸汽發(fā)生器，導(dǎo)熱油側(cè)流程的確定，方便運(yùn)維節(jié)省投資為出發(fā)點(diǎn)；熔鹽蒸汽發(fā)生器采用單列，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，運(yùn)行可靠性提高；自然循環(huán)具有足夠可靠性；注意熔鹽側(cè)的凝固風(fēng)險(xiǎn)控制，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)角度考慮。

　　過(guò)熱器多采用發(fā)卡式換熱器；也有采用集管式蛇形管；介質(zhì)溫度變化大，有單級(jí)、多級(jí)、對(duì)于較大容量機(jī)組串聯(lián)和并聯(lián)。

　　蒸發(fā)器設(shè)備是SGS最關(guān)鍵的一個(gè)換熱器；結(jié)構(gòu)形式包括釜式、U管直殼、U管U殼等；有自然循環(huán)，強(qiáng)制循環(huán)，也有直流。需綜合考慮成本、系統(tǒng)流程、容量、參數(shù)確定。

　　4.2傳熱流體選擇

　　對(duì)于槽式聚光集熱系統(tǒng)，采用熔鹽作為傳熱流體，簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)，提高熱經(jīng)濟(jì)性。熔鹽作為傳熱流體肯定有它的優(yōu)勢(shì)?？偟耐顿Y要低于導(dǎo)熱油，因?yàn)橄到y(tǒng)簡(jiǎn)化很多，介質(zhì)工作溫度區(qū)間很大。

圖：二元熔鹽和導(dǎo)熱油飽和蒸汽壓隨溫度變化

圖：太陽(yáng)鹽和低熔點(diǎn)鹽關(guān)鍵物性對(duì)比

　　關(guān)于低熔點(diǎn)鹽的討論，我個(gè)人認(rèn)為，采用哪種熔鹽作為線聚焦集熱技術(shù)的傳熱介質(zhì)，技術(shù)上，其使用溫度上限在很大程度上是由集熱管高溫吸熱和散熱特性決定，因?yàn)樵诟邷叵螺椛渖釞C(jī)理引起的散熱損失非?？捎^，確定兩種熔鹽的工作溫度上限均為550℃。采用低熔點(diǎn)鹽對(duì)以下系統(tǒng)或參數(shù)產(chǎn)生較大影響：

　　1）用于管路系統(tǒng)及回路本體的防凝電力消耗會(huì)降低。

　　2）單個(gè)回路傳熱流體流量及鏡場(chǎng)熔鹽循環(huán)泵的電耗降低。

　　3）儲(chǔ)熱系統(tǒng)初投資。

　　4.3汽輪機(jī)參數(shù)確定

　　汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力和溫度基本由上游吸熱系統(tǒng)參數(shù)決定；對(duì)于熔鹽作為SGS的換熱流體，過(guò)高的給水壓力會(huì)影響預(yù)熱器出口熔鹽溫度；需結(jié)合上游傳熱流體溫度和SGS設(shè)備統(tǒng)籌考慮；對(duì)于槽式導(dǎo)熱油電站，儲(chǔ)熱發(fā)電模式不會(huì)考慮滿負(fù)荷運(yùn)行汽輪機(jī)。

　　汽輪機(jī)效率提高1個(gè)百分點(diǎn)，年發(fā)電收益可提高2%甚至更多。若按50MW電站設(shè)計(jì)發(fā)電小時(shí)數(shù)4000h計(jì)算，電價(jià)1.15元/kWh，則一年因此項(xiàng)增加的收益大約460萬(wàn)人民幣。因此要重視發(fā)電單元系統(tǒng)。

　　4.4全場(chǎng)輔助系統(tǒng)及輔助設(shè)備

　　總的來(lái)講要重視如下問(wèn)題：重視鏡場(chǎng)清洗（車(chē)），清晰策略的選擇，確保年均清潔度；熔鹽泵、導(dǎo)熱油泵、鏡場(chǎng)低速循環(huán)泵的選型配置，包括容量和冗余配置策略；

　　儲(chǔ)罐要重視施工工藝，包括高溫基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工。熔鹽閥門(mén)，截止閥和蝶閥是比較普遍的結(jié)構(gòu)形式，重視閥蓋伴熱設(shè)計(jì)，盡量避免閥門(mén)外漏。

　　4.5重視發(fā)電單元系統(tǒng)輔機(jī)設(shè)備選型

　　發(fā)電單元的性能好壞與聚光集熱系統(tǒng)一樣重要，發(fā)電單元性能下降對(duì)全廠性能的影響甚至比后者更明顯，這一點(diǎn)往往不被重視，業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱之為“常規(guī)島”，這是核電領(lǐng)域的慣稱（國(guó)際上一般叫動(dòng)力島或稱發(fā)電島powerblock），這個(gè)并不常規(guī)，因?yàn)殡妰r(jià)高，應(yīng)該比火電機(jī)組更精致。主要包括給水泵、凝結(jié)水泵配置及調(diào)速設(shè)計(jì)；管道系統(tǒng)的選型；高低加回?zé)嵯到y(tǒng)及除氧器本體設(shè)計(jì)，包括阻力、端差及結(jié)構(gòu)選擇。疏水泵配置等。還有一個(gè)重要的設(shè)備是空冷凝汽器。

　　關(guān)鍵工藝設(shè)備選擇非常重要，因?yàn)槿缜懊嫠f(shuō)，發(fā)電單元效率提升1個(gè)百分點(diǎn)，年收益增長(zhǎng)2%以上，重視發(fā)電單元設(shè)備選型及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)然，仍需要在多方協(xié)同，全局優(yōu)化，系統(tǒng)集成，在供貨方的配合下（設(shè)備性能及成本），從全場(chǎng)系統(tǒng)優(yōu)化角度考慮。

　　5西北電力設(shè)計(jì)院光熱業(yè)務(wù)介紹

　　最后花點(diǎn)時(shí)間介紹一下我們公司。2008年，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司和中科院電工所合作亞洲首座兆瓦級(jí)（電功率1.5MW）塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電電站的總體設(shè)計(jì)，西北電力設(shè)計(jì)院有限公司作為設(shè)計(jì)院，完成相關(guān)工程設(shè)計(jì)，這是我們進(jìn)入此領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，在此要感謝電工所王老師團(tuán)隊(duì)當(dāng)初給予我們的一些幫助。

　　2010年10月，參與中控太陽(yáng)能德令哈塔式光熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)。2014年7月10MW成功并網(wǎng)發(fā)電；2016年8月熔鹽改造完成。該項(xiàng)目是亞洲首座光熱發(fā)電商業(yè)電站。

　　2015年，西北院參與摩洛哥NOORIII期電站工程設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目是目前單機(jī)容量最大的塔式熔鹽電站。由山東電建三公司和SENER組成的聯(lián)合體EPC。

　　中國(guó)電力顧問(wèn)集團(tuán)有限公司太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)中心設(shè)在西北院，中心主要負(fù)責(zé)開(kāi)展太陽(yáng)能熱發(fā)電行業(yè)的重大與關(guān)鍵技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，研究提出集團(tuán)公司太陽(yáng)能熱發(fā)電發(fā)展規(guī)劃和技術(shù)升級(jí)方向等。目前正編制多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前參與的各類(lèi)光熱發(fā)電項(xiàng)目總數(shù)有三十余個(gè)。

　　太陽(yáng)能熱發(fā)電是系統(tǒng)高度集成的發(fā)電技術(shù)。聚光集熱系統(tǒng)，儲(chǔ)換熱系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)具有同等重要地位。技術(shù)先進(jìn)性與成本一樣重要，技術(shù)方案比選要基于投資。

　　我們不生產(chǎn)制造任何設(shè)備，我們是全場(chǎng)系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)方，期望與設(shè)備供貨方、投資方，多方攜手，推動(dòng)太陽(yáng)能熱發(fā)電這一技術(shù)全面進(jìn)步。

　　謝謝大家！