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光热发电——可能是中国下一张“国家名片”?

2019.02.15 来自:观察者网

近期,中国能建葛洲坝国际公司与Nur-MOH Heliothermal S.A.公司签署希腊MINOS 50MW塔式光热发电项目EPC合同。


项目位于希腊最大的岛屿——克里特岛,在地中海中,爱琴海之南。项目利用光热技术的储能功能,降低岛内对柴油发电依赖的同时,保护当地生态环境。



该项目是葛洲坝国际公司与浙江中控太阳能技术有限公司(简称中控太阳能)组成的联营体与英国投资商在希腊国别的成功合作,是中国光热发电产业首次以完整的“技术+设备+工程”模式走出国门。


看到这个消息,笔者深感欣慰。中国在光热发电领的多年深耕,终于有了回报。


提起太阳能发电,人们就会想起光伏。其实,除了光伏,还有一种太阳能的利用方式,这就是光热。顾名思义,光热是利用太阳光照的热效应,将阳光的热能转化为电能,这是它与光伏的最大区别。用比较通俗的话说,就是利用太阳光的热量来发电。


与光伏相比,光热发电的最大优点在于,作为一种热电站,它可以直接产生与火电站完全相同的满足电网品质要求的交流电,保证电网的电压和频率稳定,对现有火电站及电网系统有更好的兼容性。


一般来说,太阳能光热发电有槽式、塔式、碟式(盘式)、菲涅尔式四种形式。


在这四种光热发电方式中,槽式太阳能热发电系统是利用槽型抛物面聚光反射镜加热其上方集热管中的导热油,再利用导热油加热锅炉产生蒸汽,驱动汽轮机带动发电机组发电;


菲涅尔式与之类似,只不过用来反射太阳光的不是抛物面聚光反射镜,而是镜面阵列,同时其集热管是固定式的;


盘式(又称碟式)太阳能热发电系统是用圆形的抛物面聚光反射镜聚焦阳光作为斯特林发动机的外部热源,用斯特林发动机带动发电机发电;


塔式太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面反射太阳光到集热塔顶端的集热器,集热器中的热量通过换热装置加热锅炉产生蒸汽,驱动汽轮机带动发电机组发电。



兰州大成200kW光热发电示范项目。图中左侧为槽式光热发电系统,右侧为菲涅尔式光热发电系统。图片由作者收集,下同



中船重工711所研制的1kw碟式太阳能光热斯特林发电系统。可以看出,它实际上就是在太阳灶上安装了一个用斯特林发动机驱动的发电机



塔式太阳能光热发电原理示意图。太阳光经定日镜反射后聚焦在集热塔顶端的集热器,产生大量热量。这种集热方式的集热效率比槽式系统高15%。


北京延庆八达岭1MW塔式试验电站。该电站是中国第一座MW级塔式太阳能光热电站


与其它三种光热发电方式相比,塔式光热发电的最大优点在于,它的聚光比高达1000倍,远高于槽式(100倍)和菲涅尔式(50倍),接近碟式的圆形抛物面的水平,这使得其热电效率高于槽式光热发电系统;同时,因为可以通过扩大镜场和增加反射镜数量来扩大规模,这使得单个的塔式光热发电系统不像碟式那样有规模限制,便于大规模开发,从而降低建设成本。因此,自从1981年第一座太阳能光热发电站在美国建成以来,塔式电站一直是太阳能光热发电站的主要发展方向。


中国的太阳能光热发电产业及相关技术的发展起步于21世纪初。2006年12月,国家“863”计划“太阳能热发电技术及系统示范”重点项目正式立项,其目标是研究塔式太阳能热发电关键技术,建立太阳能热发电实验系统和实验平台,探索高效能、大规模、低成本的商业化电站的技术路径,为我国太阳能热发电技术的研发奠定基础。


在此计划支持下,位于北京延庆八达岭的中科院电工所1MW塔式试验电站(又名大汉电站)正式启动,该项目由中科院、皇明太阳能股份有限公司和华电集团联合开发建设,总投资1.2亿元。经过六年的建设和努力,2012年7月1日,电站汽轮发电机平稳通过临界转速;2012年7月17日,电站汽轮发电机达到额定转速;2012年7月22日,电站汽轮发电机首次发电试验成功;2012年8月4日下午,首次带负载运行发电实验成功;2012年8月9日下午13:18分,电站首次全面运行发电实验成功。


该项目是我国自行研发、设计和建设的首座MW级塔式太阳能电站,也是亚洲首座MW级电站,项目的成功发电意味着我国建立起了一个完整的塔式太阳能光热发电产业实验平台,对我国光热发电产业化意义重大。


同样是在2012年8月,中控太阳能德令哈50MW塔式太阳能热发电站一期工程(10MW)成功产出蒸汽,蒸汽参数达到设计指标,并实现连续稳定运行。2016年8月20日14时18分,该电站一次性打通全流程并成功并网发电,至21日15时45分,该电站实现满负荷发电。这是中国第一座正式投入商业运营的塔式太阳能光热电站(上网电价1.2元/千瓦)。


值得一提的是,该电站完全采用中控太阳能公司自主研发的技术和装备,锅炉系统由杭州锅炉集团研制,汽轮机则由杭州汽轮机股份有限公司研制。它的成功投运表明我国的塔式光热发电技术和装备完全实现了国产化,充分展示了我国具有自主知识产权的塔式光热系统核心装备研制能力和集成技术水平,意义极为巨大。


中控德令哈10MW塔式光热电站。该电站是中国第一座投入商业运营的塔式太阳能光热电站


这两次成功经验,为中国企业增加了“走出去”的信心。2018年4月13日,上海电气与ACWAPower公司在上海签订迪拜水电局光热四期700兆瓦电站项目总承包合同。该项目由三个装机为200兆瓦的槽式电站和一个装机为100兆瓦的塔式电站组成,总计700兆瓦,是目前世界上投资规模最大、装机容量最大、熔岩罐储热量最大的光热项目;同时,该项目100兆瓦熔盐塔式电站塔高设计为260米,为目前世界最高。能够拿下这一项目,充分说明了中国企业在这一领域的技术实力。


2018年7月,习近平主席在对阿联酋访问前夕,在阿联酋《联邦报》、《国民报》发表题为《携手前行,共创未来》的署名文章,文中特别提到迪拜700兆瓦光热发电项目,盛赞它“是世界上规模最大、技术最先进的光热发电站”。习近平主席的这一评价,是对中国在光热发电领域实力的最好肯定。


不过,略有遗憾的是,这次上海电气还只是一个EPC(工程总承包),镜场技术和汽轮发电机系统都由西方国家的公司提供。


迪拜700mw光热发电项目效果图。该集热塔高达260米,为世界第一


这个遗憾在这次希腊的MINOS 50MW塔式光热发电项目中终于得以弥补。如前所述,中控太阳能拥有完全独立自主的塔式太阳能光热发电技术和装备,这次葛洲坝国际公司与中控太阳能组成的联营体承建希腊MINOS 50MW塔式光热发电项目,第一次实现了中国光热发电产业以完整的“技术+设备+工程”模式走出国门。笔者相信,假以时日,光热发电相关产业必能成为继高铁、核电之后,中国的又一张“国家名片”。



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)

第四届CSP Focus光热发电中东北非聚焦大会(2019.6.27-28,迪拜)


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