發(fā)布者:zlj | 來源:CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 1評論 | 18507查看 | 2018-06-01 13:24:00
中國原創(chuàng)的完整太陽能光熱發(fā)電技術(shù)體系獲得全面驗證
大規(guī)模儲能輸出穩(wěn)定可靠的平價清潔能源時代已經(jīng)到來
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道:距北京約三百公里的張北草原,在經(jīng)歷了寒冷漫長的壩上冬季之后,已呈現(xiàn)出勃勃生機。
在張北的荒原之上,中國第一座全部利用太陽能實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電運行的光熱電站,帶給了光熱行業(yè)向上生長的獨特力量。
這是由北京兆陽光熱技術(shù)有限公司(以下簡稱兆陽光熱)承建的華強兆陽張家口一號太陽能熱發(fā)電站(以下簡稱一號電站),該電站于近日圓滿完成了嚴酷條件下的大規(guī)模集熱、儲熱和連續(xù)發(fā)電各環(huán)節(jié)的全體系測試驗證內(nèi)容,如期一次性順利通過24小時連續(xù)發(fā)電測試。

圖:一號電站
測試結(jié)果及連續(xù)八個月的運行監(jiān)控情況表明,各項技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)均達到或優(yōu)于設(shè)計指標,其簡單、安全、高可靠性的技術(shù)特點表現(xiàn)尤為突出。
至此,兆陽光熱完整的光熱發(fā)電技術(shù)體系已獲得全面商業(yè)化驗證,證明了以東西軸南向斜面布局、高倍率聚光、水工質(zhì)傳熱和固態(tài)儲熱為基本特征的兆陽光熱技術(shù)體系具有強大的可靠性和經(jīng)濟性優(yōu)勢。
其意義在于,由中國人原創(chuàng)、具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)的完整兆陽光熱技術(shù)體系,能夠迅速實現(xiàn)可靠性和經(jīng)濟性的大幅提升和持續(xù)優(yōu)化,進而使該技術(shù)體系具有根本性的競爭優(yōu)勢。
世界最大規(guī)模的光熱發(fā)電固態(tài)儲熱系統(tǒng)
作為兆陽光熱技術(shù)體系的重要組成部分,一號電站的固態(tài)混凝土儲熱系統(tǒng)備受關(guān)注。對儲熱系統(tǒng)耐熱混凝土本體及換熱管束的預熱、蒸干、清洗、升溫以及貫穿全過程的綜合詳細測試分析工作耗時4個多月,目前已基本完成。
各項測試數(shù)據(jù)和實際運行狀況表明,系統(tǒng)全面達到設(shè)計目標,可完全滿足電站緩沖儲熱、可控放熱及長時間維穩(wěn)運行的各種工況需求,清潔安全、簡單方便。


圖:儲熱系統(tǒng)
上述全部工作均只利用鏡場聚光集熱完成,未消耗任何其它外部熱源,過程跨越整個冬季嚴寒時段,并且歷經(jīng)了幾個月內(nèi)晴好天氣不足20%的非正常光照條件考驗,同時為配合換熱管束化學清洗工藝要求進行了多次大幅度快速降溫操作,全面監(jiān)測的各項熱力學性能表現(xiàn)均與設(shè)計仿真結(jié)果高度一致,充分表現(xiàn)了兆陽技術(shù)團隊的專業(yè)素質(zhì)和嚴謹態(tài)度,以及兆陽光熱固態(tài)儲熱系統(tǒng)簡單可靠、清潔安全的基本特性。
該系統(tǒng)占地約2500㎡,使用兆陽專有配方耐熱混凝土約27000m3,標準有效儲熱容量約為700MWh,具備150MW功率水平的儲熱接收能力和超過45MW的放熱輸出能力,能夠接收一號電站全部鏡場的峰值輸出功率以及最好光照條件下的全天集熱量,全年棄熱量小于總集熱量的3%,能夠滿足汽輪機滿額調(diào)峰輸出時的最大蒸汽需求,還可以有效平緩聚光鏡場過熱蒸汽輸出參數(shù)穩(wěn)定性,降低復雜光照情況下的運行管控難度,有力保障電站的安全高效經(jīng)濟運行。
同時,兆陽光熱固態(tài)儲熱系統(tǒng)常年保有巨大的基礎(chǔ)熱量儲備,能夠在特殊情況下加以超長時間利用。根據(jù)一號電站的汽輪機技術(shù)條件測算,該固態(tài)儲熱系統(tǒng)的最大可利用熱量超過2500MWh,這意味著在熱量正常儲滿后,即使遭遇長達一周的連續(xù)陰雨雪天氣,在完全不依靠外部熱源補充的情況下,電站不但沒有任何凍堵風險,而且還可以實現(xiàn)連續(xù)7日以上低功率(20%左右)發(fā)電輸出,展現(xiàn)出無與倫比的持續(xù)穩(wěn)定性。
該固態(tài)儲熱系統(tǒng)全部采用兆陽系列專有技術(shù),配方混凝土主要成分取材于當?shù)靥烊徊牧?,清潔環(huán)保且有效促進當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展,全國產(chǎn)化換熱管束組件使用傳統(tǒng)火電行業(yè)的成熟產(chǎn)品,可靠經(jīng)濟,儲熱系統(tǒng)建設(shè)成本遠遠低于其它儲熱形式,且無過熱、燃爆、污染等安全隱患,運行成本更低,初步測算,配備相同儲熱容量的情況下,兆陽光熱固態(tài)儲熱系統(tǒng)的建造及運行成本僅有光熱行業(yè)常見方案的50%左右,具有顯著的可靠性和經(jīng)濟性優(yōu)勢。同時,該固態(tài)儲熱系統(tǒng)不僅適用于太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域,還在谷電蓄熱、火電廠靈活性改造、工業(yè)及民用熱力系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。
兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)圓滿通過長期運行考驗
通過八個多月的持續(xù)運行測試,兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)經(jīng)受了冬季惡劣氣候條件的充分考驗,在復雜的光照情況及初期尚未熟練(偶爾存在重大操作疏漏)的運行條件下,未發(fā)生任何重大損失,充分驗證了兆陽HLIACS聚光集熱系統(tǒng)的高度可靠性和實用性優(yōu)勢。
1、低光照高波動光照條件下保持正常運行:
在剛剛過去的寒冬里,一號電站經(jīng)歷了十多年未見的低DNI時段,無直射光天氣超過50%,晴好天氣數(shù)量不足20%,其它多云薄云DNI水平較低的天氣時段,光照強度波動性也很大,給聚光集熱系統(tǒng)運行帶來巨大挑戰(zhàn)。
圖:張北地區(qū)2015-2018年1-4月DNI
HLIACS聚光集熱系統(tǒng)充分表現(xiàn)出優(yōu)異的堅強實用性,憑借200倍左右的超高線性聚光倍率,在DNI超過200kWh/m2的條件下就能展開有效聚光集熱運行工作,啟動運行快速,參數(shù)輸出穩(wěn)定,停機運維操作簡單方便,光資源捕捉利用率高,有力保障了系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)工作的順利開展。
兆陽聚光集熱系統(tǒng)在冬季復雜光照時段的綜合運行數(shù)據(jù)及效果明顯好于公開發(fā)布的傳統(tǒng)聚光集熱系統(tǒng)的水平,證明了其高度適合中國資源環(huán)境條件的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)。
2、集熱接收裝置及關(guān)鍵器件可靠性遠好于預期:
通過長時間的大規(guī)模運行測試,充分消除了疑慮,證明了兆陽HLIACS系統(tǒng)高倍率聚光條件下的集熱接收系統(tǒng)的運行可靠性。
此外,機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,二次反射鏡面型及反射率指標合格,溫控設(shè)計效果良好,專利設(shè)計的滑動牽引機構(gòu)作用顯著,真空集熱管結(jié)構(gòu)防護有效,充分保證了最佳的二次高倍聚光效率和高度運行可靠性。經(jīng)統(tǒng)計,在電站正常運行的八個月期間,二次聚光CPC鏡片和真空集熱管運行損壞率低于1%,遠低于文獻披露的成熟光熱電站初期破損數(shù)據(jù)。
值得一提的是,遵照國家示范項目帶動國內(nèi)光熱全產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指示精神,華強兆陽一號電站包括集熱接收系統(tǒng)在內(nèi)的全部組件均選擇了國產(chǎn)化產(chǎn)品,在供需雙方緊密配合下,經(jīng)過幾個回合的改進完善,多家國產(chǎn)組件產(chǎn)品均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能及可靠性水平,用事實證明了國產(chǎn)核心零部件完全可以滿足中國環(huán)境資源條件下的光熱電站使用需求,為中國光熱產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
3、鏡面清掃至關(guān)重要:
通過對一號電站鏡面反射率的逐日檢測分析可以看出,在項目地正常的自然環(huán)境條件下,平均每日灰塵污染造成的鏡面直射光反射率下降遠超2%,常規(guī)的沙塵天氣一次就會造成近50%的反射率下降,因此每日一次的鏡面清掃成為保持光熱電站經(jīng)濟有效運行的必要條件。
對此,兆陽光熱對張北地區(qū)鏡面反射率進行了長達二年的跟蹤實驗,實驗結(jié)果表明,當清掃間隔為四至五天時,經(jīng)兆陽全自動干式清掃車清掃后的鏡面反射率平均可提高20%左右。



圖:反射鏡清洗前后反射率對比圖
由于客觀進度條件等限制,一號電站目前只有八分之一數(shù)量的清掃車投入運行,上述圖表的反射率數(shù)據(jù)是在平均每四五天一次清掃條件下的實測結(jié)果。為保護鏡面在三十年的干式清掃過程中免受損傷,經(jīng)過充分測試后最終確定了清掃力度,能夠在間隔一至兩天的情況下實現(xiàn)97%以上的鏡面清潔率(達到初始反射率的97%)。而較長時間(或較厚較頑固)的灰塵積累不但會導致清掃困難,還有可能在深度清洗時造成不可恢復的鏡面損傷,嚴重影響聚光集熱效率。
清掃及反射率測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計充分反映出,中國氣候環(huán)境中鏡面清掃對光熱電站的極度重要性,可靠而經(jīng)濟的高頻次清掃質(zhì)量事關(guān)電站的投資成敗,值得業(yè)內(nèi)高度關(guān)注。
可靠性和經(jīng)濟性指標在全面驗證后將大幅提升
總體而言,兆陽光熱電站系統(tǒng)的總體設(shè)計以可靠實用為前提,追求最佳投資回報目標,不盲目追求單一指標的高大上,未選用任何易燃易爆、可造成污染的工質(zhì)材料,全面借鑒吸收火電體系的成熟標準規(guī)范和供應鏈體系,質(zhì)量穩(wěn)定,采購建設(shè)成本低,適合傳統(tǒng)電建業(yè)務轉(zhuǎn)型,無大規(guī)??焖侔l(fā)展的建設(shè)能力制約。
同時,水工質(zhì)傳熱技術(shù)成熟穩(wěn)定,無任何燃爆或環(huán)境污染隱患,運行維護工作簡單安全,熟練操作人員來源廣泛。八個月來出現(xiàn)的各類閥門、管路、熱控等故障均可很快得到高效處置,未造成任何污染或大面積停運現(xiàn)象,充分保證了電站整體運行可靠性,有效降低了運維成本。
一號電站作為首個試驗示范項目遵循穩(wěn)健保守原則進行方案選擇,各方面預留充足余量,隨著全面驗證工作告一段落,不但證實了該套技術(shù)體系的可行性,更從系統(tǒng)層面徹底打通了全部關(guān)鍵節(jié)點,形成更加清晰和完整的理論體系,必將迅速迎來可靠性和經(jīng)濟性的大幅度提升。
目前,新一代改進型HLIACS聚光集熱系統(tǒng)和新型固態(tài)儲熱系統(tǒng)已經(jīng)完成定型設(shè)計,可根據(jù)不同地域特點、土地屬性和不同客戶需求進行靈活組合調(diào)整,保證客戶投資收益最大化。(兆陽光熱聚光系統(tǒng)能夠與高效農(nóng)業(yè)設(shè)施有機結(jié)合,在優(yōu)先充分保障農(nóng)作物生長的最佳光照環(huán)境前提下,再實施高效聚光集熱,實現(xiàn)“保障農(nóng)業(yè)優(yōu)先、能源充分利用”的雙贏目標)。
根據(jù)測算,在政策及光照資源較好地區(qū),兆陽光熱技術(shù)體系已經(jīng)可以實現(xiàn)光熱發(fā)電優(yōu)于燃氣發(fā)電的可靠性和經(jīng)濟性指標,在工業(yè)熱利用領(lǐng)域已經(jīng)可以實現(xiàn)大幅低于燃氣鍋爐接近燃煤鍋爐的經(jīng)濟性指標。
特別是,采用光熱/光伏組合發(fā)電方案,充分利用固態(tài)儲熱可靠經(jīng)濟的巨大儲能能力,建設(shè)與火力發(fā)電可調(diào)度特性相似的全太陽能綜合電站,其發(fā)電成本測算已經(jīng)能夠基本達到燃煤火電的水平,有望成為零碳清潔、穩(wěn)定可靠、無補貼依賴的新一代基荷能源,顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。
自主開發(fā)的完整光熱發(fā)電技術(shù)體系前景廣闊
一直以來,兆陽光熱始終高度重視基礎(chǔ)研究和核心團隊建設(shè),其自主開發(fā)的完整原創(chuàng)技術(shù)體系與引進消化再創(chuàng)新的技術(shù)體系相比,明顯具備更加強大的生命力和顯著的持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢。
經(jīng)過十多年的歷程,兆陽光熱團隊從無到有從小到大,目前已經(jīng)發(fā)展成為一支全面具備基礎(chǔ)研究、專業(yè)設(shè)計、高效制造、工程建設(shè)及現(xiàn)代化管理能力的光熱行業(yè)生力軍,核心團隊始終堅持以奮斗者為本的理念,嚴謹求實踏實樸素,成為推動兆陽光熱不斷發(fā)展壯大的動力源泉。

此外,兆陽光熱高度重視專有技術(shù)開發(fā)和知識產(chǎn)權(quán)保護工作。早在2010年,兆陽光熱就在技術(shù)創(chuàng)新和專利申請方面進行了廣泛布局。據(jù)統(tǒng)計,兆陽體系目前在國內(nèi)外擁有近200項專利,涉及原理控制、產(chǎn)品制造、工程安裝、系統(tǒng)集成和運維等多個領(lǐng)域。
基于未來市場競爭態(tài)勢和未來市場熱點,兆陽除進行國內(nèi)專利申請之外,還進行全球化專利布局,在近三十個國家及地區(qū)提交了PCT(國際專利合作條約)專利申請,獲得近二十個國家的專利授權(quán)。這些研發(fā)成果大多屬于國際首創(chuàng),已經(jīng)交叉組合形成了完整的光熱發(fā)電自主知識產(chǎn)權(quán)保護體系,對于中國創(chuàng)造走向世界,形成中國光熱產(chǎn)業(yè)核心競爭力具有重要意義。
兆陽光熱首個商業(yè)化電站項目的成功驗證,是中國光熱產(chǎn)業(yè)自力更生發(fā)展壯大的典型例證。今天,兆陽光熱成功邁出的關(guān)鍵一步,是兆陽光熱在過去十幾年來攻堅克難的一小步,卻是光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)在大規(guī)模儲能、可靠穩(wěn)定輸出平價清潔能源新時代實現(xiàn)騰飛的一大步。