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商运近五年 全球最大光热电站伊万帕是如何一步步提高发电量的?

2018.11.13 来自:CSP Focus 光略咨询


位于美国加利福尼亚州的392MW伊万帕(Ivanpah)塔式光热发电项目于2014年初开始商运,是目前世界上已实现持续运行的最大的光热发电项目,其实际运行情况备受业内人士关注。近五年的运营情况如何?如何做出调整和优化?


该项目技术供应方美国亮源能源(BrightSource)公司认为,电站需要4年左右的学习时间以达到设计发电量。事实也确实如此,Ivanpah电站经过四年多的磨合,发电量逐年攀升,于2018年6月达到了四年内的最高值。


在此前召开的CSP Focus光热发电创新大会上,上海电气亮源光热工程公司的龚甜菊女士现场发表了题为伊万帕光热电站性能表现和提升手段的专题报告,以下为具体内容分享:


各位领导、各位专家,大家早上好,很感谢这次CSP Focus和西北院邀请我们来参加会议,也为我们提供这样一个机会,让整个行业能够聚在一起分享经验。


受大会主办方的安排,亮源这次演讲的题目是关于392MW美国伊万帕(Ivanpah)塔式光热发电项目性能提升和以色列阿沙利姆(Ashalim)项目近况。关于伊万帕项目我将在这里给大家介绍一下我们在性能提升方面做了哪些工作。


首先,我们来看伊万帕项目的数据一览,这个项目是全世界目前在运行的最大的光热项目。项目一共有三台机组,年发电量9.4亿度,总净出力是377MW。这个项目的完工日期是2013年12月,开始商业运行是2014年1月份。现在项目运维方是NRG,也是这个项目业主之一。



接下来是伊万帕项目的鸟瞰图,是三台机组的实景拍摄图片。



这张幻灯片是伊万帕项目的历史发电量情况,就是从商业运行到现在每个月发电量的统计。这是截止今年6月底的数据。可以看到在过去4年的提升期里我们的性能有显著提升。现在我们仍在持续的学习,并继续实施措施提升发电量,所以我们相信这个数据会越来越好看。这些数据大家都可以在美国EIA网站上找到,包括美国所有发电厂数据也可以在这个网站看到。


下面是我们单台机组实际出力和模型预测的对比,可以看到迄今为止,每小时、单日、单月最大的出力情况。可以说,从单个小时来看,我们曾达到最大的出力是107%,从单日来看,最高达到111%(也就是三号机组的成绩),从单月来看,最大达到了101%。这些成果主要得益于我们采取的性能提升手段。


首先,我们改进了镜场和BOP的集成控制,减少了满负荷时期的跳闸现象。所有机组在天气好的时候基本上毫无例外都可以超过百分之百的出力。接下来,我们会继续做性能提升工作,比如说在多云天气下如何稳定运行。这个也是国内同行目前在面临的问题。目前看,机组多云天气下的运行还有提升的空间。另外,在镜场维护方面也还可以继续努力。



接下来具体介绍一下伊万帕项目性能提升的手段,我们为伊万帕项目性能提升设计了一系列的流程,总的来说,在四年的提升期里,第一年也就是2014年比预期的要困难,从2015年上半年开始性能提升效果比较显著,在这一年里我们解决了很多第一年遇到的基本问题。


从2015年下半年起,由我们亮源公司和NRG及主要供应商组成一个性能提升团队,集中攻克下面这些问题,即:实现启动连贯性,减少日出到汽轮机冲转的时间、提高电厂提升速率、更快实现满负荷、最大化汽轮机的净满负荷、提高间歇性天气下,主要是多云天气下的运行、实现快速的再启动、提高镜场的可利用率、电站的可利用率、安装汽机的保温层、提高自动化的水平,这些是2015年下半年开始做的工作。


我们的性能提升团队每个礼拜会召开例会,发现问题并制定解决方案,提出具体的提升手段,首先,当初设计的自动化水平相对保守,我们就会提升自动化水平,以改进启动时间,减少重启的次数在主要设备供应商的帮助下挑战最初设计时的假设条件,看各个假设条件是否还有提升的空间。


第二就是提高天气预报的能力,优化运行策略,减少多云天气下电厂停机的次数。


第三是我们跟NRG一起合作,改进镜场的维护方法,对定日镜的清洁度进行评估(因为清洁度会影响我们能量的收集),最大化镜场的出力。


最后是电厂维护问题,比如我们会检查减少电厂跳闸所需要特别关注的重点传感器和重点设备。



具体性能提升流程分为四个部分。一是数据采集,二是分析事发原因,三是采取行动,四是做预测。这四个方面我下面会具体来说。


首先,关于数据采集,每个礼拜我们会对每小时实际的DNI、实际净出力和预测的净出力进行分析,对比预测和实际出力之间的曲线,发现损失掉的能量额并分析原因。然后,亮源会用故障树的形式把故障列出来,每周用饼状图汇总具体事故原因,看哪些故障出现的次数比较多,或者哪部分出现了哪些故障。然后根据故障类型分配任务,制定解决方案。我们会用行动清单的形式分配任务,提出改进重点,想要达到什么结果,完成时间等。最后一步我们会做一个预测,也就是根据制定的解决方案,用蒙特卡罗模拟法看这些解决方案如果成功实施对性能有多少改进。


具体来说,首先,我们会收集下列数据并输入一个excel格式的电脑模型中,即:DNI、环境温度、风速还有天然气消耗量。整个过程中,我们会测量近塔处的DNI和温度、塔上和镜场外两个点的风速、再统计电表中的发电量和辅燃锅炉的天然气用量,然后把所有数据输入到模型里,用Solar Focus软件记录每小时的DNI,实际和预测发电量,最终测算出具体损失的能量。


第二,关于事故原因分析,我们会用故障树的形式展示,故障树的第一层是原因分类,这些原因有启动时、启动后、还有BOP、云以及天气等几类;然后第二层会对这几个分类做更详细的划分。同时我们会检查镜场的集成控制系统和DCS的数据,看镜场/SRSG/BOP有哪些原因导致能量损失。所有的审查结果我们会和运营方分享,这样大家能共同努力去提高发电量。最后我们会审查过往所有的月度报告,总结应该把资源集中到哪个方面去提高性能。


第三,关于采取行动,我们会做一个具体的行动清单,规定谁负责什么工作,起始日期等。


最后关于预测,我们会根据行动清单用蒙特卡罗方法模拟所有的行动,看最后能够达成什么样的效果。



结束了伊万帕项目的介绍,接下来看一下阿沙利姆电厂的情况,该项目的业主是Megalim,其中NOY占股50%,GE占25%,亮源占25%。这个项目的PPA是和以色列国家电网公司签的,背后由以色列政府担保,EIB和Hapoalim及以色列财团共同为项目提供贷款。GE是EPC和O&M总承包商,亮源分别是GE的EPC和O&M分包商。


阿沙利姆Plot B塔式光热发电项目的整体情况来看,净出力是121MW,占地面积3平方公里,在这3平方公里上布置了5万面的定日镜,这样的布置采取了亮源专有的超紧凑镜场布置技术,在3平方公里的区域内布置5万面定日镜的技术含量还是比较高的。


整个塔加吸热器高度250米,之前迪拜项目没出来的时候,这个项目是全世界最高的塔,现在迪拜项目的设计塔高已经超过了这个塔的高度。项目总投资7.5亿美金,预计商业运行是2018年年底。


示意图


实际建成现场


吸热器


相关线下活动:第九届CSP Focus光热发电中国聚焦大会(2019.3.21-22,北京)


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