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世界首个熔盐线性菲涅尔式光热发电商用项目是如何诞生的?

2020.04.03 来自:中国能源报

日前,兰州大成敦煌50兆瓦熔盐线性菲涅尔式光热发电示范项目(以下简称“敦煌菲涅尔式光热项目”)有序实现复工复产,开始进行主要尾工及消缺工作,向着今年6月三岛性能测试及效率提升的目标冲刺。该项目是世界首个熔盐线性菲涅尔式太阳能光热发电商用项目,由中国能建西北院勘察设计。



新技术有新优势


敦煌菲涅尔式光热项目是我国首批光热发电示范项目之一,2018年9月开工,采用我国具有自主知识产权的线性菲涅尔式聚光集热技术,以熔盐为集热、储热、换热介质,配置15小时储热,可实现24小时全天候发电,年利用小时数达4283小时,年发电量约2.14亿千瓦时。


“根据聚光方式不同,目前商用光热发电技术分为槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式。”西北院项目设计总工程师黎建锋说,“现在世界已建成的光热发电项目以槽式、塔式为主,两者技术相对成熟,但建设成本居高难下。线性菲涅尔式技术较新,结构简单,建设、运行成本低,优势明显。”


因为采用线性菲涅尔式技术,该项目的集热管位置固定,避免了高温高压熔盐管路的密封和连接问题,集热场运行更加稳定。“值得一提的是,线性菲涅尔式技术的集热器结构紧凑、简单,所需构件形式不多,项目相关设备容易实现标准化,适合本土化批量生产,既降低了成本,又可带动国内相关产业的发展。”黎建锋强调。


该项目的一次反射镜采用平面反射镜,生产工艺成熟、成本较低,安装距离地面仅1米高,可保持较好的结构稳定性,也会大大降低风阻,减少设备被破坏的机率,更能进行大面积、高效率的自动化清洗,耗水少,维护成本低。同时,因为支撑结构简单,整个光场系统建设所需的钢材和混凝土消耗量也大大下降。


此外,由于一次反射镜距离地面较低,遮挡较少,采用紧凑型布置方式,安装密度更大,这也使该项目拥有了极高的单位土地发电效率。


优化设计克难关


储热系统是太阳能热发电的核心。目前,世界已建成的线性菲涅尔式光热发电项目都采用水或导热油为工质,很难实现储热,成为制约该技术发展的一大瓶颈。


储热系统的关键是储热材料。熔盐即无机盐的熔融体,是一种热密度大、成本低、寿命长、易调节、传热储热性能好的储热介质。如今,在世界所有配备储热设施的电力系统中,熔盐储热技术占比75%,并且主要用于光热发电项目.在我国首批20个光热发电示范项目中,更有18个采用熔盐储热。“线性菲涅尔式技术想要简化系统、获得更高的热电效率和发电效率,提升系统运行的可靠性和经济性,增加项目的年运行小时数,降低平准化电力成本,与熔盐‘结合’是极佳的选择。”黎建锋说。


敦煌菲涅尔式光热项目以二元熔盐为工质,熔点约220摄氏度,运行温度在290—550摄氏度。但是,高温熔盐易凝固、腐蚀性强,一旦在集热管内凝结,将很难在较短时间内熔化。因此,如何防止高温熔盐在集热管内凝结,成为世界性难题。


西北院集中攻关,通过对该项目系统优化设计,最大限度降低了长距离熔盐管道热损失,对多云天气、夜间和寒冷季节防凝模式的运行参数进行了多工况数值模拟、比选,以安全运行为前提,以追求发电量最大化为目标,形成了一套较为完整的防凝运行模式体系。由此,中国也成为世界少数几个掌握高温熔盐储热技术的国家之一。


破浪前行势如虹


早在2007年,西北院便开始了光热发电项目的研发设计,是国内最早开展研究的设计单位之一。多年来,该院完成多项科研课题,获得国家专利20余项,参加或承接多个国家级、地方级光热产业规划、前期咨询工程,成为目前国内唯一拥有光热发电科研示范项目、商业运行项目的设计单位,具备光热发电项目投融资建设运营一体化全产业链服务的实力。


2014年,西北院承担了兰州大成敦煌光热发电项目一期10兆瓦工程的勘察设计工作,这是国内首个线性菲涅尔式技术商业化光热发电项目。2015年,在国家光热示范项目申报、50兆瓦光热示范项目可行性研究、初步设计阶段,西北院与兰州大成公司再续前缘,在聚光集热系统参数定型、储换热时长优化及熔盐线性菲涅尔式技术发电量计算等关键核心技术领域进行了攻关研究,于2019年形成了完整的熔盐线性菲涅尔式聚光集热系统技术体系,并成功用于项目实践。


在该项目勘察设计期间,面对国内光热相关设计规范及线性菲涅尔式光热发电项目技术标准空白、项目建设进度快、设计周期紧的情况,西北院投入骨干力量,克服诸多不利因素,为国内线性菲涅尔式光热发电项目的设计、调试、运行等积累了先导经验。


“截至2019年底,全国共有7座光热发电项目并网发电,西北院参与设计或总承包建设了其中5座,技术路线全覆盖塔式、槽式及线性菲涅尔式。”黎建锋自豪地说,虽然我国光热发电研究起步较晚,但部分技术已走在世界前列。




相关线下活动:


第十届光热发电中国聚焦大会2020(5月20-21日,中国北京)

第五届光热发电中东北非大会2020(6月23-24日,阿联酋迪拜)


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