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2020年太阳能热发电领域主要科技进展

2021.06.29 来自:光热联盟

2020年是特殊的一年,在全球抗疫的艰难环境下,我国太阳能热发电技术取得了长足进步。

在太阳能热发电系统集成技术方面,我国太阳能热发电技术获得国际先进评价。中控太阳能公司承建的青海中控德令哈50MW光热示范电站通过了德国Fichtner公司的完整技术评估,评估报告的总体结论认为: “From a general technical perspective, Fichtner considers the plant as being of advanced quality. In the comparison to plants of other international technology providers the quality of Delingha 50MW solar tower plant can be rated as similar. The new design approaches are surprising and tend to lead to significant improvements of performance and O&M.”兰州大成熔盐菲涅耳回路获得德国Fraunhofer ISE的评估反馈:“As a conclusion, Dacheng molten salt LFC loop is able to achieve itsdesign working stat, i.e. 565℃ as HTF temperature at the loop outlet. The loopper formance is within the international advance level and remarkable considering the large scale of this LEC design. ”
在电站运维技术和发电量方面,通过不断消缺,太阳能热发电示范电站发电量逐步提升。逐步解决了冷盐泵震动、电伴热故障、吸热屏的堵管、换热器和蒸发器泄露、汽轮机组热应力故障等问题;阀门和电伴热等设备故障率显著降低;聚光器清洗技术得到完善,清洗速度大大加快,发现并采用了适合风沙环境下的清洗剂,清洗洁净度提高,定日镜清洗间隔延长(例如:首航敦煌100万m²定日镜清洗所需时间由24天缩短到14天,清洗间隔延长了6天),运维成本降低。2020年,青海中控德令哈塔式光热示范电站的实际发电量基本接近设计值;中广核德令哈槽式光热示范电站2020年上网电量同比2019年提升了115%;中电建青海共和50MW光热发电示范项目和内蒙古乌拉特100MW槽式光热示范电站分别于2020年11月6日和12月16日实现满负荷发电;兰州大成50MW线性菲涅耳光热示范电站在2020年整个冬季低温环境中,保持熔盐集热场的连续运行;首航高科敦煌100MW塔式光热示范电站各系统软硬件方面都在持续改进,镜场效率有明显提升,机组整体性能在稳步提高。
在电站运行策略方面,不同情景下的运行方案得到实践,例如:兰州大成熔盐线性菲涅耳光热示范电站成功按照电网指令要求实现在晚高峰期间发电;内蒙古乌拉特槽式光热示范电站尝试采用光伏/风电与光热混合发电,通过风光热合理配比以及电加热熔盐,实现能源稳定输出,为“风光水火储一体化”项目实施奠定了基础。
在电站软件开发方面,中控太阳能依托德令哈光热发电示范项目,开发了塔式光热电站设计、仿真培训、性能评估和运营优化系列软件产品,能够为塔式光热电站前期开发、设计、培训、运行维护、性能考核等提供全方位服务,并可通过对光热电站关键设备运行状态的诊断和分析,持续提升电站运维人员操作能力和电站发电量水平。目前该系列软件已在中控德令哈50MW项目得到应用验证,并已广泛用于多个项目方案设计。中国电建西北院依托青海共和光热发电示范项目形成了一套完整的塔式光热电站性能评估软件平台,可有效提升塔式光热电站发电量计算精度,为优化设计方案、精准设备选型、精细运行策略提供了有效的技术支撑;同时将光热电站和光伏、风电等可再生能源的互补分析时间分辨率提高到了十分钟级,为大型多能互补基地规划建设提供了有力支撑。
在关键设备方面,我国突破了熔盐泵受国外厂商垄断、核心技术受制于人的局面。继飞跃机泵成功将17米热盐泵(热罐补盐)应用于示范项目后,2020年,中国电建上海装备公司研发的太阳能光热发电高温熔盐泵被认定为上海市高新技术成果转化项目,项目等级为A级。中控太阳能完全自主设计、研发的定日镜清洗车项目荣获国际能源署SolarPACES 2020技术创新奖,该清洗技术及装备已成功应用于青海中控德令哈50MW塔式光热示范电站中,经实际测算,该项目全年平均镜场清洁度可保持在0.94以上,年光电转换效率有效提升了10.6%。
在下一代太阳能热发电技术研发方面,我国在超临界CO₂太阳能热发电技术领域研究取得节点性进展。北京市科委和国家重点研发计划支持的超临界太阳能CO₂发电项目在热力学循环以及关键部件,如颗粒换热器、熔融盐换热器以及超临界CO₂透平机等方面都取得了突破性进展。完成了热功率1MW的颗粒吸热器设计与样机研制、超临界CO₂压缩机和透平样机设计、发电功率200kW的超临界CO₂太阳能热发电系统的设计图纸和施工图纸等,研制了热功率1MW的颗粒与超临界CO₂换热器样机、使用温度550℃的高温颗粒提升机等关键设备。兰石换热公司与中科院工程热物理所等合作完成的“新型(微通道)高效紧凑型焊接式热交换器”应用到超临界CO₂发电系统。中科院先导A专项、衡水高新区院地合作项目研发的兆瓦级超临界CO₂离心压缩机样机在中科衡水创新动力研发基地测试运行成功;华能西安热工院5MWe超临界CO₂试验平台热端部件也顺利通过压力测试。以颗粒吸热器/超临界二氧化碳布雷顿循环为代表的新一代集热/热力循环技术已初步实现集热器和换热器研发。
2020年,一批太阳能热发电技术成果获得了认可和肯定。其中,中控太阳能主要完成的“大规模塔式太阳能热发电关键技术及产业化”项目荣获浙江省技术发明奖一等奖,青海中控太阳能和浙江中控太阳能完成的“大规模太阳能热发电中高温蓄热技术与工程化应用”项目荣获青海省科学技术进步奖二等奖。首航高科公司“100MW级塔式光热电站吸热器技术”获得中国可再生能源学会科学技术进步奖一等奖。中国能建西北院主持完成《槽式太阳能集热场导热油系统管道设计技术研究及应用》成果荣获中国能源建设集团规划设计有限公司2020年度科技进步奖三等奖,《甘肃玉门花海百万千瓦级光热发电基地规划环境影响报告书》、《兰州大成科技股份有限公司敦煌熔盐线性菲涅尔式5万千瓦光热发电示范项目可行性研究报告》分别获得中国电力规划设计协会电力行业优秀工程咨询成果一等奖和二等奖。中广核新能源的《槽式光热电站集成控制技术》获得中国节能协会创新奖科技进步二等奖(成果评价为“国际领先水平”),《我国首座槽式光热电站关键技术及运行特性研究》被授予中国电力企业联合会对2020年度电力创新奖技术成果一等奖,《槽式太阳能光热发电站集热系统性能试验规程》国际标准成功立项。中国电建山东电建三公司和Sener联合体总承包的摩洛哥努奥三期150MW塔式光热电站工程荣获2020年度中国电力优质工程(境外)奖项。中国电建山东电建一公司《熔盐线性菲涅尔式光热电站发电机组安装关键技术研究》、《光热电站试运行熔盐防凝关键技术研究与应用》成果通过中国电力企业联合会组织的关键技术成果鉴定会,均达到国际领先水平。飞跃机泵“极端高温工况高可靠性熔盐泵关键技术研究及产业化”项目获江苏省科学技术二等奖。《太阳能热发电技术》获得中科院大学工程科学学院2019年学院级优秀课程。《Design of Solar Thermal PowerPlants(太阳能热发电站设计)》(王志峰为著作责任者)获得2020年中国石油和化学工业优秀出版物奖,图书奖一等奖。
2020年,“宽波段平面超表面太阳能聚光器及其集热系统” 项目列入国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、国家市场监管总局“科技助力经济2020”重点专项项目“高品质太阳能光热发电有机热载体国产化应用”等获得立项支持。我国企业承担的中国政府与世界银行及全球环境基金合作开展的可再生能源政策开发和投资项目——中国可再生能源规模化发展项目(CRESP)均通过了验收,其中,龙腾光热和电工所 “基于硅油介质的槽式太阳能高温集热管的关键技术研发”项目研究了高温硅油对于槽式电站的性能的提升,针对更高的温度和压力工况进行了选择性吸收涂层及集热管结构设计的优化,开发了新型集热管及其性能测试方法,为新一代高效槽式电站工程建设奠定了产业化基础。中控太阳能“30m²定日镜及其控制系统的研究开发”项目为今后30m²定日镜适应西北地区风况的推广和应用进行了研究,定日镜场综合成本下降约10%。上海电气“太阳能光热电站集成优化”项目开发设计了光热发电系统性能模拟设计软件,对于提高前期项目开发设计能力和装备集成能力起到促进作用。中国能建西北电力设计院“槽式太阳能热发电大开口集热器研发”项目,突破了高聚光比太阳能集热器技术,为降低槽式太阳能热发电成本提供了新方法(大开口槽式集热器装备技术被国家发改委、科技部等列入2020年12月31日发布的《绿色技术推广目录》)。



相关线下活动:


第十一届光热发电中国聚焦大会2021(时间待定,中国北京)

第五届光热发电中东北非大会2021(时间待定,阿联酋迪拜)


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