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Fraunhofer成果分享:光热电站质量保证及优化

2018.11.14 来自:CSP Focus 光略咨询



德国弗劳恩霍夫(Fraunhofer)太阳能系统研究所的项目经理卢佳汇参与多个可再生能源和传统发电项目,并一直致力于光热和储能技术的开发。在此前召开的CSP Focus光热发电创新大会上,卢总现场发表了题为光热电站的质量保证和优化提高的专题报告,以下为具体内容分享:



德国弗劳恩霍太阳能系统研究所是一个研究单位,主要工作是针对太阳能技术和设备的研发。今天我想跟大家分享一下我们的一些研发成果,汇报的内容有三块,第一是关于弗劳恩霍夫阳能系统研究所的介绍,以及一些近期研发成果要点;第二块是关于电站的质量保证;第三块是质量提高,特别是针对塔式电站。


弗劳恩霍夫协会,是欧洲最大的应用科学研究机构,也是一个非盈利性的、独立的公共研究组织。旗下的弗劳恩霍夫太阳能研究所是全球最权威的太阳能研究所之一,位于德国的西南角弗莱堡这个小城市,弗莱堡是整个德国,乃至欧洲的太阳城。研究所有五个业务板块,光伏、光热、建筑能源、氢能和能源系统技术。今天我讲到的内容主要是跟光热相关的。先介绍一些最近的研发亮点。



第一,关于涂层。我们开发了新一代塔式吸热器的选择性涂层,可以在650度的工况下面稳定工作至少2000小时,吸收率和放射率都不错。还有一个涂层用在二次反射镜上,特别针对于高温和抗湿度,对涂层稳定性进行了优化工作,在400度温度下能够稳定工作至少一千小时。



第二,关于塔式镜场优化布置。原理是基于多边形优化和项目实际边界条件布置,能够考虑项目实地限制方法,把定性的条件用数字化方法加入到整个优化模型当中,可以考虑项目场地的丘陵,坑洼,或者是边边角角处,这些都可以数字化,同时也可以对整个镜场最大的能流密度进行限制,进一步符合光热电站的实际考量。



第三是耗水管理模拟软件ColSimCSP,这个软件已经在多个光热电站上面验证过,对所有的水处理或者用水环节能够详细的进行计算。上图中所示的这个软件可以详细到对光热电站每一个回路,例如镜面清洁程度,导致用水量多少,清洗的周期等进行详细的模拟。化下来的清洗策略可以节约高达20%的耗水。


第二部分,电站质量保证。


质量保证有两个层面,一个是整个系统的电站层面,另一个是设备层面。


系统层面主要是关于槽式或者关于线性电站的性能测试方法,刚才来自于西北电力试验研究院的关经理也介绍了这样一个性能测试(详情查看:太阳能光热电站调试工作具体如何落地?),正如他所说,现在没有国际标准,但是对于槽式电站来说现在有两个行业内比较通用的地区性文档,一个是来自美国NREL的,一个是西班牙的国家标准。但是这两个文档其实无外乎两个方法,一个做短期几个小时至多几天内,在一个短期稳定情况下做半稳定的测试,需要到满负荷。第二个是多日连续测试,10天到一年不等,这一段时间里面可以出现晴天、阴天或者雨天,但是如果连续很长时间都是阴天或者雨天,可能这个数据也是不准确的。总结下来,目前的情况就是对天气依赖性很高,长耗时,导致成本很高,而且还带来一定的不确定性。


所以我们开发一个新方法进行动态性能测试。对电站不需要有多的要求或者期望,只需要它正常运行,然后保证动态情况下,通过一些数据统计的方法增强我这些数据的准确性,进而了解整个电站的性能是怎么样的,通过这样的方法,一方面能提高整个测试的可靠度,另一方面能够节约人力、时间和花费。正如刚才说的,这样的方法有很高的测试性,不需要特定的满负荷运行状况,可以在电厂一边运行的时候一边采集数据,最重要的是不需要稳定的数据,完全波动的数据也是没有问题的。



需要测量的数据也非常普通,比如辐照或者进口流量,或者流体的进出口温度,这些数据都是每个电厂的标配,所以也不需要多加探头或者热电偶的情况。适用场合有三块,一是设备开发,二是接收测试,三是标准化,所以在整个项目周期里,从开发、验证、认证到接收测试,移交给业主,都有它可用的地方。这个方法已经在欧洲和非洲几个项目上已经验证过,包括槽式,线性菲涅尔,发电,供热的项目,得出的结果是可以减少人力高达75%,减少耗时30%,减少成本50%,提高结果的精确性和代表性。



第二块是电站设备层面。设备层面,在我们的实验室内可以做整个光热电站各个设备的检测、认证,包括反射系统、反射镜、吸热管、塔式集热器以及储能系统等,这些我都不详细说了,相信在座各位都有一些了解。



主要举两个例子,第一个例子刚才CSPServices的Ulmer先生也提到了,用偏差方法来测量反射镜曲面的精度,在我们实验室也是用同样的方法来测量,无论是针对线性菲涅尔或者槽式的镜面。同样的方法也可以运用到整个电厂上面,但是需要一个吊车把设备或者人置于一个高处,特别是在晚上的时候做这样的测试。


我们还有一个热储能实验室,在这个实验室里除了做相关的盐或者设备测试以外,我们自己也做一些新技术的开发,特别是单罐储能技术。



这个照片就是单罐储能系统,从三年前开始运行,除了在特殊节假日停止运行,它都一直稳定运行,没有问题。



最后讲一下塔式电站质量的提高,这也是现在提出的光热4.0概念里面的一项技术。大家都知道,一个光热电站建完以后,对每一面镜子都需要长期或者比较耗时的调试,我们现在提出了一个数字化的闭环跟踪校准。原理非常简单,在塔顶安装一个摄像头,这个摄像头对定日镜进行连续拍照,再通过软件对照片进行图像识别,可以判断定日镜是否在需要的位置,偏差是多少,通过这些结果在镜场的DCS控制系统里面自动调节。这是一个闭环的控制,非常人工智能,非常方便,也非常省时。需要强调的是,如果我把镜场控制这部分抛掉,上面这套系统是即插即用的,非常方便。



它有一些好处,比如说不间断整个电站的运行,也不需要专门安装或者是停机。同样的,可以提高追踪精度,让电站更安全的运行,以及降低成本。这个技术在法国国家科学中心已经经过测试,我们正在申请专利,同时我们也非常有兴趣能够在我们国内的电站使用这个新技术。


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