雖然已經(jīng)進(jìn)行了最小化遮光設(shè)計,兆陽光熱仍然在HLIACS系統(tǒng)接收器的背面(向陽面)設(shè)計安裝了光伏發(fā)電裝置,以充分利用鏡場土地及光熱接收器支撐結(jié)構(gòu)資源,同時對接收器起到遮光、擋風(fēng)及防水等作用。這部分光伏發(fā)電裝置完全不占用土地,不需額外安裝支撐結(jié)構(gòu),還可以利用鏡場配電電網(wǎng)接入,建設(shè)成本大幅下降,同時,這部分光伏發(fā)電功率與鏡場光照強(qiáng)度(對應(yīng)鏡場集熱功率,與廠用電負(fù)荷功率有相當(dāng)關(guān)聯(lián)度)基本成比例關(guān)系,適合實現(xiàn)該部分電量的自發(fā)自用本地消納。以120萬平米HLIACS鏡場為例,能夠安裝的接收器光伏功率約為10MW,年發(fā)電量約1300-1500萬度,可生產(chǎn)約2/3以上的廠用電量。
更重要的是,這部分光伏發(fā)電的功率配備能夠在正常光照條件下支持幾乎全部廠用電負(fù)荷,使得光熱電站在沒有足夠外部輸入功率的情況下也可以連續(xù)保持正常的聚光集熱及發(fā)電輸出功能,而不必備用過大功率的備用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。這不但有利于增強(qiáng)電站可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),還對電站可能在各種外部復(fù)雜狀況甚至特殊情況下實現(xiàn)黑啟動發(fā)揮極為重要的作用。
另外,通過對該部分光伏電量長期的運(yùn)行管控,能夠逐步了解光伏發(fā)電輸出的運(yùn)行規(guī)律與儲能光熱發(fā)電輸出特性之間的差異及兩者聯(lián)合協(xié)調(diào)運(yùn)行輸出的調(diào)控方法,為進(jìn)一步實現(xiàn)更大規(guī)模光伏電站與光熱電站相結(jié)合的綜合太陽能電站聯(lián)合運(yùn)行打下堅實基礎(chǔ),通過光伏光熱優(yōu)勢互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)行模式穩(wěn)定輸出電能、降低成本,使太陽能發(fā)電能夠作為穩(wěn)定基荷電源并可大規(guī)模發(fā)展、實現(xiàn)平價上網(wǎng)。
兆陽光熱發(fā)電技術(shù)體系中的系列實用化創(chuàng)新不止于此,在此不再一一詳細(xì)介紹。此類實用化技術(shù)是兆陽光熱在充分學(xué)習(xí)吸收國際光熱發(fā)電項目建設(shè)運(yùn)行經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,針對中國特有條件資源情況而進(jìn)行的創(chuàng)新發(fā)展,是中國光熱發(fā)電項目順利成功運(yùn)行的必要保證和有效補(bǔ)充,是大幅降低光熱發(fā)電成本、實現(xiàn)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)可靠、經(jīng)濟(jì)、大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)之一,其價值和意義與主體技術(shù)創(chuàng)新成果同樣重要。
光熱發(fā)電土地綜合開發(fā)利用技術(shù)
雖然中國適合大規(guī)模開發(fā)光熱電站的區(qū)域面積很大,但考慮到土地管理政策及土地使用稅費等因素,在我國建設(shè)光熱電站,需要高度重視土地利用率及用地成本,否則有可能對投資回報產(chǎn)生較大影響。適合光熱電站發(fā)展的區(qū)域往往經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對較慢,存在寒冷、干旱、風(fēng)沙大、工農(nóng)業(yè)發(fā)展落后、本地就業(yè)機(jī)會少、扶貧工作困難大等系列問題;同時,也具備光照資源好、晝夜溫差大、種植養(yǎng)殖特產(chǎn)豐富、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?jié)摿Υ?、勞動力成本合理等顯著優(yōu)勢。
另一方面,光熱發(fā)電與風(fēng)電、光伏等新能源產(chǎn)業(yè)相比有以下主要特點:
1)項目建設(shè)期所需原材料絕大部分屬于常規(guī)基礎(chǔ)原材料,如鋼材、水泥、玻璃等;
2)項目運(yùn)行期間需要的運(yùn)維人員相對較多,組織架構(gòu)齊全穩(wěn)定;
3)項目運(yùn)行期間產(chǎn)生大量低品位穩(wěn)定熱源,具有潛在利用價值;
4)項目場地面積較大而且封閉集中,水電資源齊備,便于管理使用。
通過上述分析,兆陽光熱從工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)整合兩方面著手,通過優(yōu)化完善鏡場設(shè)計,提高土地利用率;通過將光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和建設(shè)區(qū)域的資源條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點匹配結(jié)合,實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)、全產(chǎn)業(yè)鏈綜合開發(fā),實現(xiàn)土地資源的最優(yōu)化開發(fā)利用,降低成本、提高收益,拉動就業(yè)增加收入,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益雙豐收。
▎HLIACS聚光系統(tǒng)的高土地利用率
兆陽光熱HLIACS聚光系統(tǒng)較傳統(tǒng)菲涅耳、槽式和塔式光熱電站,相同發(fā)電量情況下,鏡場占地面積最少(見下表)。
表:幾種光熱技術(shù)路線的反射鏡面積與鏡場占地面積的比值
同時,由于HLIACS系統(tǒng)采用全架空支撐結(jié)構(gòu)且每個回路的鏡面陣列間隔寬度超過20米,鏡面陣列下方架空高度能夠滿足各類養(yǎng)殖種植生產(chǎn)需要,回路間約25米的間隔露天區(qū)域除了預(yù)留車輛通行道路外,依然能夠進(jìn)行正常使用,因此,兆陽HLIACS系統(tǒng)的幾乎全部鏡場土地均能進(jìn)行有效開發(fā)利用,非常有利于提高土地資源綜合利用率。而傳統(tǒng)槽式或菲涅耳鏡場的鏡面下方高度有限、回路間間隔寬度有限,很難利用。
特別是,在整個HLIACS鏡場范圍已經(jīng)基本均勻分布建設(shè)了管路、電力、通訊、監(jiān)控系統(tǒng),除了滿足鏡場正常聚光集熱需求外,完全可以用于鏡場區(qū)域的設(shè)施農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)活動,投資潛力巨大。
圖:兆陽光熱技術(shù)體系區(qū)域土地綜合利用圖
▎實施光熱發(fā)電區(qū)域土地綜合開發(fā)
?鏡場土地改良,開展種植、養(yǎng)殖業(yè)
適宜建設(shè)光熱發(fā)電項目的區(qū)域普遍光照強(qiáng)、風(fēng)大、降水偏少、植被生長困難、沙塵天氣較多。通過建設(shè)光熱電站鏡場,能夠有效控制地面光照、降低地面風(fēng)速、減少水分蒸發(fā),形成陰涼濕潤、風(fēng)速緩和的局部氣候環(huán)境,從而促進(jìn)植被生長、改善局部生態(tài)環(huán)境。兆陽光熱經(jīng)過多年種植實驗證明,鏡場土地綜合利用在土地環(huán)境改良、種植養(yǎng)殖領(lǐng)域具備巨大潛力。
例如,紫花苜蓿是一種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的飼草,不僅飼用功能突出,同時具有多重生態(tài)功能。其根系發(fā)達(dá),通過機(jī)械穿插作用加深活土層,固持土壤,有效地控制土壤表層和淺層不穩(wěn)定性,提高土壤抗蝕性,減少地表徑流量,是理想的水土保持植物;在鹽堿地種植,可增加地表覆蓋,減少地面蒸騰,抑制返鹽,同時其發(fā)達(dá)的根系可促進(jìn)降水的淋鹽作用,降低土壤鹽分;具有良好的固氮能力,對維持草原生態(tài)系統(tǒng)氮素的平衡及恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)都有重要意義。
兆陽光熱在張家口宣化地區(qū)進(jìn)行紫花苜蓿種植試驗發(fā)現(xiàn),在基本不進(jìn)行人工干預(yù)的條件下,其在HLIACS鏡場下方的生長狀況明顯優(yōu)于同區(qū)域的全露天環(huán)境,苜蓿的高度、密度、產(chǎn)量等均有顯著改善。
圖:兆陽HLIACS鏡場土地苜蓿種植實驗
光熱鏡場溫室種植業(yè)
從兆陽光熱技術(shù)體系區(qū)域土地綜合利用圖中可以看出,HLIACS鏡場區(qū)域中的相當(dāng)部分面積能夠建設(shè)溫室大棚。通過試驗發(fā)現(xiàn),鏡面遮光對溫室大棚內(nèi)的普通作物生長影響不大,還能夠省去傳統(tǒng)溫室的遮陽裝置,并且大幅降低管路、電路、信息、監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)成本,更適合發(fā)展高水平設(shè)施農(nóng)業(yè)。
以張北地區(qū)50MW光熱電站為例,鏡場面積近120萬平米,電站總占地面積4300畝,初步測算能夠建設(shè)高水平溫室大棚1800畝以上,遮陽及普通溫室面積大約各占一半。
特別值得強(qiáng)調(diào)的是,由于光熱電站的汽輪機(jī)乏汽能夠釋放大量低品位熱量(30度左右),冬季時的這部分熱量能夠滿足約一千畝溫室大棚的正常生產(chǎn)需要,從而節(jié)省大量燃料消耗,節(jié)能減排、降低運(yùn)營成本。如果對夏季時產(chǎn)生的這部分熱量進(jìn)行跨季節(jié)存儲,則能滿足全部1800畝溫室大棚的冬季供暖,進(jìn)一步增加效益。溫室內(nèi)可種植綠色無公害時令蔬菜水果、反季節(jié)蔬菜水果、中藥材;建設(shè)育苗中心,用于瓜果、蔬菜、花卉類的育苗;建設(shè)菌菇、鮮花類大棚等。
圖:溫室大棚育苗(左)、溫室大棚花卉種植(右)
光熱鏡場溫室養(yǎng)殖業(yè)
傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)高能耗、高污染、低收益、抗風(fēng)險能力差,大力發(fā)展高效集約化、工廠化、低碳化的現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)是保護(hù)環(huán)境的有效方法,也是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的迫切需要,同時也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增加農(nóng)民收入的有效途徑。
現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)是一個高耗能行業(yè),冬季飼舍的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)及禽畜飼料飲水溫度調(diào)節(jié)都會耗費大量能源,成本很高,同時對禽畜健康及產(chǎn)量影響很大。兆陽HLIACS鏡場下方非常適合大規(guī)模建設(shè)禽畜養(yǎng)殖棚舍,自然散射光采光條件完全滿足采光要求,同時可利用現(xiàn)有水電配置設(shè)施,利用汽輪機(jī)乏汽熱量進(jìn)行冬季保溫采暖可靠經(jīng)濟(jì)。經(jīng)過長期調(diào)研及分析測算結(jié)果確認(rèn),采用兆陽光熱發(fā)電技術(shù)體系的HLIACS鏡場溫室飼舍的現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)能夠極大改善經(jīng)營管理和投資回報水平。同時,也可采取保溫飼舍集中養(yǎng)育與鏡場空地散養(yǎng)相結(jié)合的方式,增加飼養(yǎng)量,經(jīng)濟(jì)價值更高。
以張北地區(qū)養(yǎng)牛為例,每年十月至來年四月的半年間,由于天氣寒冷,普通牛舍為了充分保暖,夜間門窗嚴(yán)密關(guān)閉,溫度一般只能達(dá)到7度左右,且內(nèi)部空氣污染嚴(yán)重,牛飲用水冰冷,非常不利于牛的健康生長,這種季節(jié)條件下育牛每頭日均體重增長僅約0.9公斤左右;在HLIACS鏡場下建設(shè)保溫牛舍,利用發(fā)電乏汽余熱或儲熱系統(tǒng)低品位熱量進(jìn)行冬季供暖保溫,可以穩(wěn)定保持全天牛舍內(nèi)溫度在12-15度左右,飲用水溫度10度以上,還可利用少量電力進(jìn)行有效的通風(fēng)換氣,大大改善生長條件。綜合下來,每頭牛日均體重增長可超過1.4公斤,較普通牛舍平均每頭牛每日多增重超過0.5公斤以上,以每畝牛舍存欄60頭,每公斤牛肉40元計算,一個冬季(180天)每畝新型光熱供暖保溫牛舍可以增收20萬元以上,經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。同樣道理,養(yǎng)雞養(yǎng)豬業(yè)也有類似發(fā)展優(yōu)勢。
圖:豬舍、牛舍養(yǎng)殖
由于光熱電站長期穩(wěn)定經(jīng)營,封閉管理、環(huán)境安靜、水電設(shè)施齊備,特別是兆陽光熱發(fā)電技術(shù)體系采用天然環(huán)保的水工質(zhì)傳熱及混凝土固態(tài)儲熱,保證鏡場區(qū)域安全潔凈無污染,特別適合進(jìn)行大規(guī)模、規(guī)范化的現(xiàn)代種植養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展,增加就業(yè)、鼓勵創(chuàng)業(yè)、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展,實現(xiàn)比光伏產(chǎn)業(yè)更可持續(xù)、更有效、收益更高的精準(zhǔn)扶貧效果。
兆陽光熱公司提出的光熱發(fā)電土地綜合開發(fā)利用思路及探索實踐,考慮到中國自然資源特點和土地使用成本較高的客觀現(xiàn)實,充分利用土地資源、挖掘發(fā)電余熱潛力,深耕光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈,不但能夠有效增加投資回報,還能保護(hù)環(huán)境造福一方,為帶動地方經(jīng)濟(jì)長期可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn),實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益社會效益雙豐收。同時,這一系列具有較高競爭優(yōu)勢的配套產(chǎn)業(yè)很容易在電站運(yùn)行期內(nèi)實現(xiàn)長期經(jīng)營發(fā)展,能夠提供很多的創(chuàng)業(yè)經(jīng)營平臺,成為在艱苦偏僻地區(qū)保持高素質(zhì)隊伍穩(wěn)定的強(qiáng)有力保障,為實現(xiàn)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展發(fā)揮非常重要的作用。
這是兆陽光熱圍繞光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈深入發(fā)掘而進(jìn)行的一些有益探索及嘗試,兆陽光熱提出的“深耕光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會效益雙豐收”的目標(biāo)已初步取得了一些成果,引起多方的強(qiáng)烈興趣。目前,光熱與光伏、風(fēng)電相結(jié)合的綜合電站、光熱農(nóng)場、光熱牧場、光熱新能源小鎮(zhèn)等更多方面和更大規(guī)模的合作開發(fā)構(gòu)想正在進(jìn)行中,CSPPLAZA將對此持續(xù)關(guān)注。