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最新运行数据分析及经验分享-中控10MW熔盐塔式光热电站

2017.04.13 来自:CSP Focus


由浙江中控太阳能技术有限公司开发和建设的中控10MW熔盐塔式光热电站是我国第一座投运的10MW级商业化光热电站。早在2013年7月其水工质塔式电站便已并网发电,后又花了两年的时间进行熔盐改造,于2016年8月投运。如今已运行200余天,它的运行情况备受业内瞩目,对于后续20个首批示范项目具有非常大的借鉴意义。在2017年3月23日~24日在北京召开的CSP Focus光热发电中国聚焦大会上,浙江中控太阳能技术有限公司董事长金建祥教授向与会代表分享了最新运行数据和经验心得。

“我们花了将近7年的时间,对该项目先后投入了5个亿的资金。当然10MW是没有经济性的,通过测算,度电成本为1.47元。2014年国家发改委给了1.2元的电价,我们发一度电是要亏0.27元的,主要原因还是规模太小没有经济性。
 
10MW项目占地面积2.5万平方米,采光面积63000平方米,其中2平方米的定日镜24400台,20平米的定日镜1000台,设计点发电效率(春分日正午)17%。主要的原因是汽轮机效率比较低,只有28%,镜场由于比较小,效率有60%,效率比较高。对于50MW来说,设计点效率能够达到27%。熔盐最高温度可达568摄氏度。过热器出口压力和温度分别是9兆帕和510度,满负荷发电功率是10MW,但由于电网上网的限制目前只能到8MW。储能时间将近2个小时,保温效果还是不错的,每天降温2-4度,低温罐2度,高温度4度左右。我们也做了一下仿真,1万吨的时候,降温幅度还会更小一些,应该说储能的效率还是相当高的,估计一天损失0.3%左右。
 


这张图是德令哈10MW项目的建设历程,2012年3月下旬正式开工建设,花了4个月左右的时间,2号镜场建成,有14000面定日镜。12月份2号塔建成,双塔聚光,可以看出镜场建设和调试效率很高。2013年5月汽轮机冲转,2013年7月并网发电,后来花了两年时间进行熔盐改造和试验。前面第一年大部分的时间在做系统的优化,接下来会重点讲一下系统优化对光热发电的重要意义。
 


这张图这是我们10MW熔盐储能电站的工艺流程图,比较复杂,既有DSG又有熔盐系统。饱和蒸汽主要是2号塔(DSG)产生的,1号塔(熔盐系统)既产生少量饱和蒸汽,更多时候作为过热的能量提供。
 
下面向大家报告一下运行情况。电站目前已经稳定运行210天,所有可发电天均可以正常发电,发电量与软件设计偏差小于3%,这个成绩取得的不容易。在10月1号之前,就是8-9月份40天,基本上没有什么效率可言,主要还是为了验证各项设备的可靠性和它的参数,所以从10月1号到24号,理论的发电量与实际发电量相差18.56%,偏低得比较明显,主要的原因是对应时间的弃光率达到了31.5%。经过两个多月时间的优化,到12月31号,整个的理论发电量与实际发电量相差2.96%,当然理论发电是按照中国的国情结合美国能源部的SAM软件做了一些修改。SAM软件测出来的结果是偏高的,因为中国的光资源不如美国加州好,多云天气的情况下对发电量影响极大,DNI和发电量不是等比例下降。槽式也会下降,但是幅度没有塔式大。有人会问,为什么还有弃光?对于塔式来说,准备融盐上塔需要太阳光预热,这部分光无法用来发电。另外就是多云天的影响,如果阳光被云遮蔽的时间有半个小时或一个小时,这时熔盐塔要工作的话是不合算、不经济的。另外对于日照时长很难预测,一旦判断失误没有发电,那么这段时间也是弃光。所以对于塔式熔盐电站来说弃光不可避免,只是说怎么样降低弃光比例。通过我们两个月的优化,弃光率从9月份最高的45.34%,到10月份降到31.5%,11月份13.29%,到11月之后到9.16%,弃光基本稳定,也许未来通过精确的短期天气预报可以进一步下降几个百分点,但完全下降到0很难。另外我们做了比对,当每天的DNI在4~6千瓦时的时候,熔盐塔与DSG系统发电量基本相当,没有明显差别。当每平方米DNI大于6千瓦时的时候,塔式熔盐明显高于DSG;反之,当每平方米DNI小于4千瓦时的时候,DSG的发电量明显高于塔式熔盐。
 
这个数据很有意义,中国的DNI资源普遍不太好,尽管德令哈资源看起来比较好,但多云天气比较多。我们做了统计,将近2/3的天气有云天,对于有云天怎么样提升发电量,成为塔式熔盐的关键技术问题。甘肃玉门有云天气只有40%,对塔式融盐提升发电量是比较有利的。另外我们吸热器出口温度最高达到570度,大部分时间能达到565度。过热器能达到9兆帕,510度。
 


这张图是8月27号当天主要的运行参数,DNI的指标。下午4:30之后是多云天气,浅红色的是融盐储罐的液位,蓝颜色是发电负荷。从这里可以看出来,第一,发电非常稳定,与光资源几乎不相关。这是由于储能的增加,因此发电和光照是不相关的。第二,负荷调整速度非常快,基本上10-15分钟可以大幅度的调整,不像火电调整范围受到严格的速度。融盐十几分钟内从5%,10%调到100%很快。当初我们采用了比较保守的时间,如果这个再设计一下,10分钟之内没有问题,而火电没有半个小时的时间很难调整。从这个角度来讲,熔盐塔式光热电站作为调峰电源非常合适。
 
这里跟大家分享一下融盐塔的一些特有问题,当然不是大问题,主要是两个优化,都是同一个问题,就是融盐吸热塔的凝固问题。熔盐吸热器如果光斑不均匀的话,会导致部分吸热管无法预热到290度以上的温度,在进盐过程中,容易造成熔盐凝固。曾经发生过这个问题,但是这个问题不大,只要吸热管的光斑调整得均匀一些,预热时间长一些就可以化解,但是会浪费更多的光资源。这里可以通过红外的热线仪实时监控温度,优化预热阶段的光斑控制算法,一是要光斑均匀,二是预热时间尽可能短,但要确保不冷凝。我们早期预热需要35分钟,优化后可以控制在18分钟之内。
 
第二个也是堵管的问题,吸热器在进盐过程中发生堵管,该现象很难避免,尤其是西北地区低温大风,堵管的问题更容易发生。这里讲的是怎么样通过自诊断自动识别,自动处理这些问题,而非靠人工处理。可以想像,堵管会造成热量无法带走,容易导致高温和吸热管的弯曲。解决措施:
1、优化预热、进盐及疏盐策略,降低堵管几率;
2、增加堵管自动判断及预案来避免这些问题的发生。”

本稿引用部分节选自会议现场速记稿,若有问题,欢迎指正!

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