王志勇談光熱發(fā)電項目的可行性研究和基礎(chǔ)設(shè)計
發(fā)布者:admin | 來源:CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 5602查看 | 2018-07-05 14:28:00    
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道:2018年6月20~22日,在北京召開的第五屆中國國際光熱電站大會暨CSPPLAZA年會2018(CPC2018)上,內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司副總工程師王志勇從電廠規(guī)模、廠址選擇、太陽能資源、工藝路線選擇,工程設(shè)想優(yōu)化、投資估算與財務(wù)評價、基礎(chǔ)設(shè)計的必要性、基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容等幾個方面介紹了光熱發(fā)電項目的可行性研究和基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵問題。

王志勇在演講中談到,在電廠的電力系統(tǒng)上,主要要考慮電力平衡、電力的送出。共同結(jié)合工藝路線來分析建廠可行性,最后來確定電廠的規(guī)劃容量和建設(shè)規(guī)模;廠址的選擇首先考慮太陽能資源,建議優(yōu)先考慮年DNI大于1700的地點,二期申報可能電價還會下降,年DNI就應(yīng)該在1800以上;建設(shè)用地方面來說,要根據(jù)當(dāng)?shù)赝恋乜傮w利用規(guī)劃、土地應(yīng)選擇未利用地、避免林地和草場,以避免林地置換問題帶來慘痛損失;政策上來說,要優(yōu)選有政府支持、有土地稅收優(yōu)惠或補貼的地區(qū);太陽能資源開展上,要關(guān)注過渡均勻無陡升陡降的優(yōu)良日的比例。

王志勇還在演講中指出了槽式,塔式,菲涅爾式工藝路線下系統(tǒng)及設(shè)備優(yōu)化比選的關(guān)鍵考量因素。

更多精彩內(nèi)容,請閱讀下面刊出的王志勇的演講全文


各位來賓,各位專家,各位領(lǐng)導(dǎo),大家好!我是內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司副總工程師王志勇。今天跟大家分享的演講題目是《光熱發(fā)電項目的可行性研究和基礎(chǔ)設(shè)計》,演講分電廠規(guī)模、廠址選擇、太陽能資源、工藝路線選擇,工程設(shè)想優(yōu)化、投資估算與財務(wù)評價、基礎(chǔ)設(shè)計的必要性、基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容等幾個方面來和大家討論。

電廠規(guī)模方面,首先電廠的地位,首先分析電廠在地區(qū)規(guī)劃中的地位和作用,電廠是承擔(dān)基本負(fù)荷、熱電聯(lián)產(chǎn)抑或是微網(wǎng)或者多能互補的電廠,從建廠思想來說,是要考慮推動新技術(shù)發(fā)展、驗證新技術(shù)的可行性,還是考慮大型光電發(fā)展產(chǎn)業(yè),如果是考慮推動和驗證新技術(shù),規(guī)模要略微小一些,如果是大型光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的話,考慮規(guī)模效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)的收益,規(guī)模就要大一些。如果是能源資源綜合利用,那就涉及到各種能源的協(xié)調(diào)和選擇。

從電力系統(tǒng)方面來說,主要考慮電力平衡、電力的送出。共同結(jié)合工藝路線來分析建廠可行性,最后來確定電廠的規(guī)劃容量和建設(shè)規(guī)模。


建設(shè)規(guī)模確定以后就要確定建廠的廠址,廠址選擇首先要考慮太陽能資源優(yōu)劣條件,建議優(yōu)先考慮年DNI大于1700的地點,考慮到二期申報可能電價還有下降,年DNI就應(yīng)該在1800以上。


從建設(shè)用地方面來說,要根據(jù)當(dāng)?shù)赝恋乜傮w利用規(guī)劃、土地應(yīng)選擇未利用地、避免林地和草場。國內(nèi)林場有林地置換的問題,如果置換不了再重新選擇場地會耽誤很多工期。50MW槽式一個項目需要2~2.5平方公里的面積,塔式大概3~4.5平方公里,地點最好是緯度低一些,形狀要規(guī)整。槽式和線性菲涅耳坡度要小于3%,塔式坡度可以放寬一些。水資源的話,三北地區(qū)相對缺水,空冷建的比較多,空冷機組每度電大約是0.3到0.6每千度電;接入系統(tǒng)要按照當(dāng)?shù)仉娏σ?guī)劃,選擇有送出容量和間隔的電站,接入距離比較近的地點。


如果是線性系統(tǒng),比如熔鹽槽式,由于對防凝的燃料需要較多,要考慮到燃料供給條件,氣象上要選擇一些氣溫適宜、風(fēng)速低、污染小、無洪澇的地點,尤其是大風(fēng)和沙塵等氣候因素更要注意。


政策上來說,要優(yōu)選有政府支持、有土地稅收優(yōu)惠或補貼的地區(qū),現(xiàn)在無論是租地還是征地,都要花費很大一筆資金,動輒幾千萬。稅收來說每年可能在1~6元/平米之間,這些費用每年都會產(chǎn)生,對未來的收益影響也比較大。收取方式來說有些是全場收取有些是點征,各地政府政策差別比較大,政策上要有所關(guān)注。風(fēng)險上,要選當(dāng)?shù)孛癖姳容^支持的地點。


從太陽資源的角度來說,首先要收集分析現(xiàn)場觀測站數(shù)據(jù),一期有很多廠子已經(jīng)設(shè)了測光站也有很多數(shù)據(jù),如果可以共享或者有償共享,對后續(xù)的電站是比較好的支撐。另外一種方式就是搜集分析衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫中的太陽能資源數(shù)據(jù),當(dāng)然現(xiàn)在商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)也有很多,共同分析形成典型年數(shù)據(jù)并進(jìn)行太陽能資源評估,光熱發(fā)電一般要到100~200W/平米才開始啟動,所以要關(guān)注過渡比較均勻無陡升陡降的優(yōu)良日的比例,有的場地雖然說全年光資源比較好,但是陡升陡降日子比較多,過渡比較差,總的來說發(fā)電量也比較差,好的和壞的差10%以上。


工藝路線上,目前主要是槽式、塔式、菲涅爾式。槽式相對來說工程經(jīng)驗更多、技術(shù)更成熟一些;塔式效益更高一些;菲涅爾式價格略便宜一些。熱損來說,菲涅爾和槽式熱損相對大,塔式小一些,從轉(zhuǎn)化效率上講,塔式更高些。負(fù)荷影響上槽式和菲涅爾冬季夏季的負(fù)荷率變動比較大,塔式變動率比較小。


根據(jù)這些工藝路線的技術(shù)特點再結(jié)合電網(wǎng)對負(fù)荷的要求,是連續(xù)還是固定的,還是間斷的,季節(jié)負(fù)荷率的要求怎樣,是否帶供熱,如果帶供熱,要考慮冬季全天運行的影響。是不是有多能互補,在運行模式影響上,如果儲能容量要求很高,考慮到熔鹽利用率,高溫系統(tǒng)更有一些優(yōu)勢,從輔助燃料供應(yīng)情況來說,供應(yīng)困難時要選擇一些耐低溫的介質(zhì)。


土地價格影響是比較大的,除此之外,還有云量因素,如果有流云的話塔式電站經(jīng)常會停機,所以云的影響也要考慮。地形坡度對槽式有影響,槽式一般是1%左右的坡度,用一些專利技術(shù)可以放大到3%,往往坡度在3%左右到4%的時候,場坪工程量會相當(dāng)大,平常達(dá)到幾千萬,甚至?xí)蟽|,所以要做多臺階的布置。如果是在西藏,就要考慮導(dǎo)熱油對當(dāng)?shù)赜袥]有影響。分析設(shè)備產(chǎn)品工藝情況,可以考慮當(dāng)?shù)赜袥]有大型制造廠對某些工藝有一些特殊的優(yōu)勢。經(jīng)過分析確定選擇穩(wěn)健可靠的技術(shù)路線還是求新創(chuàng)新的技術(shù)路線,比如有些國企考慮一次性成功,需要一些有經(jīng)驗的,可能槽式更好一些,有些新興企業(yè)要考慮到以后企業(yè)發(fā)展,就要做一些創(chuàng)新的項目。


從槽式路線來說,目前集熱器有ET槽、UT槽、ST槽等等。ET槽相對工程經(jīng)驗更多,其他類型工程經(jīng)驗略少一些,但是其他的技術(shù)更先進(jìn)一些,效益更好一些,但有些是存在技術(shù)壁壘的。從工質(zhì)來說有導(dǎo)熱油、熔融鹽,也有水工質(zhì),如果是導(dǎo)熱油和熔融鹽,要考慮防凝與熱損的問題。尤其是熔融鹽,熱損更大一些。


對于集熱管來說,比較主流的有70管和90管,采用熔鹽管的時候,要考慮集熱管的可靠性,比如說它的膜耐高溫的壽命,封接在高溫情況下的可靠性。


從反射鏡來說,規(guī)格有RP3、RP4、RP5等,反射材料有玻璃的和反射膜的,如果是采用反射膜或RP5,要考慮當(dāng)?shù)毓┙o和招標(biāo)情況,生產(chǎn)商以及價格的情況。


從集熱器布置來說,主要有南北軸和東西軸布置方案,南北軸的發(fā)電量更多,對冬季負(fù)荷比較高的時候可采用東西軸布置。


從工質(zhì)溫度選擇來說,工質(zhì)溫度當(dāng)然越高越好,由于工質(zhì)耐溫影響,導(dǎo)熱油工質(zhì)一般不會超過400度、熔融鹽的會到560多度。


從塔式線路來說,吸收器目前大部分是采用了圓柱式,因為規(guī)模越來越大,鏡場也由于工程規(guī)模越來越大,大都采用圓形,扇形已經(jīng)布置不開了。有些因為場地限制,也有用扇形的。工質(zhì)上目前也都采用了熔融鹽式。從定日鏡來說,要分析各廠的工藝特點跟工藝專利,還有定日鏡的供給價格,定日鏡的抗風(fēng)能力等等,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選來確定定日鏡的形狀和尺寸。


集熱塔目前大都采用了單塔,如果不是實驗塔或者是特殊供給塔要用多塔,一般都采用單塔,考慮到熔融鹽的供給和回收,多塔有一定困難。


從菲涅耳來說,工質(zhì)有水,熔融鹽、導(dǎo)熱油,如果是熔融鹽,導(dǎo)熱油,需要考慮防凝和熱損,由于菲涅耳集熱器的寬度越來越寬,吸收的熱流密度越來越大,從集熱管來說,大部分是采用90管;介質(zhì)采用熔鹽時需提前關(guān)注介質(zhì)運行的可靠性,因為系統(tǒng)比較大,全廠都是熔融鹽管路,熱損和防凝就是很重要的議題,而且考慮到熱損往往會考慮低熔點熔鹽,它的品質(zhì)就要控制好,以避免腐蝕的發(fā)生。


反射鏡有平面和微弧,相對來說微弧聚焦更好效率更高,價格也更貴一些,需要進(jìn)行綜合比較;回路來說,有I型、U型的,如果沒有場地限制U型要更居多一些;二次反射鏡的高度,開口寬度還有驅(qū)動配置也是綜合優(yōu)化的問題。布置上有水平布置和傾斜布置,目前國內(nèi)來說有南北軸水平的、也有東西軸傾斜的,各有特點,需要具體分析。


工質(zhì)溫度決定了發(fā)電效率,所以熔融鹽的效率更高,水工質(zhì)如果溫度比較高效率也會高一些,這也是目前主流工藝方案。


規(guī)劃容量及本期建設(shè)規(guī)模來說,進(jìn)行總體規(guī)劃,在廠區(qū)發(fā)電島部分進(jìn)行總平面布置優(yōu)化。


進(jìn)行廠區(qū)總平面規(guī)劃方案技術(shù)比較,主要考慮防洪排澇,廠址不能有低洼地,因為以后場坪費用會非常高,場坪坡度在允許情況下肯定是采用自然坡度,南北向一般是1%、東西向坡度大一些影響也并不大,坡度較大的時候,比如2%到4%會要采用階梯布置在南北向,東西向自然坡度,這樣要考慮土方的費用、電量的影響,做了臺階拉大間距后的尾部和端部的影響,還有管道的散熱影響,還有基礎(chǔ)的造價、道路的造價、護(hù)坡的造價,增加材料的影響,最后進(jìn)行總體階梯數(shù)量的優(yōu)化。


從集熱系統(tǒng)來說,按照選定的技術(shù)路線、太陽能資源、各系統(tǒng)效率,各部分單價和運行方式,按LCOE最低原則優(yōu)化確定太陽倍數(shù),設(shè)計點DNI,集熱場規(guī)模和儲能容量,最后是集熱系統(tǒng)的配置和集熱場的布置,槽式要進(jìn)行集熱器、集熱管、反射鏡的優(yōu)化比選等等。對集熱場回路的間距,考慮到土地價格、遮擋的影響和各種材料的影響,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選優(yōu)化,對導(dǎo)熱油的最大流量進(jìn)行優(yōu)化,選取最佳的設(shè)計點流量。對運行方式也要進(jìn)行優(yōu)化,來考慮熔鹽量的減少。


對于塔式要對吸熱器的參數(shù),比如說吸熱器的直徑、吸熱器的高度以及對吸熱塔的高度綜合進(jìn)行優(yōu)化,對吸熱塔的型式進(jìn)行優(yōu)選,對定日鏡尺寸進(jìn)行優(yōu)化。


對集熱場布置進(jìn)行優(yōu)化,是仿生學(xué)還是徑向錯列布置要綜合進(jìn)行考慮。


對蒸發(fā)系統(tǒng)單雙列選擇優(yōu)化,對于單列是單設(shè)備還是雙設(shè)備串聯(lián)進(jìn)行優(yōu)化,對于加熱再熱后的介質(zhì)返回到蒸發(fā)器前面還是后面進(jìn)行優(yōu)化。


對于儲熱系統(tǒng)要優(yōu)化冷罐溫度,比較低的冷罐溫度相對熔鹽量就可以節(jié)省,優(yōu)化罐尺寸,罐是越大越好,但是大了以后罐的施工安裝熱處理相對問題要更大一些,安全性更嚴(yán)峻一些。


換熱器的形式和容量也要進(jìn)行優(yōu)化,板式的或者管式進(jìn)行比選,同時多組串聯(lián)方案也要進(jìn)行比選。


儲能時間優(yōu)化方面,要考慮到負(fù)荷率,尤其是夜間負(fù)荷率,來減少熔鹽的放入量,綜合考慮運行時長,減少啟動次數(shù)提高運行效率。


防凝配置,要對防凝方式與容量進(jìn)行優(yōu)化,目前天然氣的價格漲的越來越高,在這時候要考慮是否需要用輔助燃料來維持低負(fù)荷的負(fù)荷穩(wěn)定。


輔助系統(tǒng),配置熔鹽的裝鹽系統(tǒng)、防凝、伴熱,防漏等等檢測的系統(tǒng)要共同考慮。


機組來說,目前都采用了效率更高的再熱機組,采用了雙速或者高速,都是為了提高機組的效率。


供熱,要采用抽凝機組,有可調(diào)整抽汽和不可調(diào)整抽汽,如果要求不高,由于可調(diào)整抽汽有效率降低的問題就不如采用不可調(diào)整抽汽,如果供熱要求較高的時候需要采用低真空供熱的技術(shù)或者多機輪流啟動或者采用背壓小機,這樣來平衡冬季不能滿發(fā)的問題。


主蒸汽壓力方面,結(jié)合機組的效率、儲能容量運行方式和廠電流優(yōu)化共同考慮,壓力越高、機組效率也越高,相應(yīng)熔鹽用量也更多一些。對于廠用電率相對來說占的也更高,這是個需要綜合考慮的問題。


機組冷卻方面,目前三北地區(qū)水資源比較缺乏,都是采用了空冷,從背壓優(yōu)化來說,優(yōu)化的結(jié)果是設(shè)計背壓都優(yōu)化到了8~10kPa,這是空冷機組,如果是濕冷機組,4~5kPa,考慮節(jié)水,輔機大都采用變頻調(diào)速來降低廠用電率。


工程設(shè)想,結(jié)合升壓站開關(guān)站的配置,考慮到附近有沒有其他電站共同用送出線路、共同設(shè)置開關(guān)站來分?jǐn)傇靸r。緊急停用設(shè)備的設(shè)置,比如備用電源和蓄能裝置和UPS,蓄能和UPS比較安全性更高,但是造價也更高一些,備用電源和柴油發(fā)電機相比造價低一些,備用電源有容量費,柴油發(fā)電機有可靠性的問題,就是啟動的時候可能不能在規(guī)定時間內(nèi)啟動。


發(fā)電量與供電量要根據(jù)太陽的直接輻射量計算,考慮可靠性、檢修、達(dá)產(chǎn)時間、老化、熱損、廠用電的影響,尤其是達(dá)產(chǎn)時間,目前說的爬坡率相對影響更大,直接計算的話,如果要直接投入運行就達(dá)產(chǎn),第一年80%、第二年85%、第三年90%,都有可能,這樣對發(fā)電量是有一定的影響,對項目也有影響。


從投資估算和財務(wù)評價來說,要慮資金來源和融資,第一批項目就在融資上碰到很大的挑戰(zhàn),在資金投入時間,融資成本,發(fā)電量達(dá)產(chǎn)時間都要綜合考慮,這幾個問題都會影響到最終的收益,在設(shè)備、建安、材料保管,調(diào)試費用上也要綜合考慮,比如設(shè)備逐年在降價。


在環(huán)境保護(hù)、水土保持等方面要和當(dāng)?shù)卣畢f(xié)調(diào),如土地征地費,草原恢復(fù)費、林地置換費等等相關(guān)費用,接入系統(tǒng)、太陽能資源、土地使用稅(目前是4元,一年就好幾千萬了)、備用容量費,有的考慮做大外接電源,廠用電由它接,如果以后廠用電接不了,驗收的時候,每年備用容量費是很大的一筆投資。


基礎(chǔ)設(shè)計來說,目前主要是考慮第二批項目,基礎(chǔ)設(shè)計合并了初步設(shè)計和司令圖,目前按第二批考慮,第二批如果項目開始的時候,電價已經(jīng)出來了,施工工期也出來了,太陽能資源也搜集出來了,到了這個時候外部條件可能也有一定的變化,原先的可研的條件已經(jīng)發(fā)生了很大變化,應(yīng)該重新做可研或者可研收口,更好一些的方式是做基礎(chǔ)設(shè)計,相比可研,基礎(chǔ)設(shè)計提供更詳細(xì)的設(shè)計方案、更準(zhǔn)確的年發(fā)電量計算模型,為后續(xù)招標(biāo)的時候提供更強的依據(jù)。


基礎(chǔ)設(shè)計完成所有設(shè)備的選型工作,設(shè)備選型時更精確一些,提供更準(zhǔn)確的工程量清單,完成主機、導(dǎo)熱油、熔鹽泵,吸收器等主要設(shè)備招標(biāo)規(guī)范書,提供EPC詳細(xì)招標(biāo)文件。很多業(yè)主經(jīng)過第一批項目,積累了一定的建設(shè)經(jīng)驗,很多業(yè)主也做了光熱的研究,從第二批開始很可能業(yè)主直接建設(shè)或者業(yè)主分島建設(shè),如果有基礎(chǔ)設(shè)計相對來說業(yè)主對造價的把控或者對安裝的安排,相對更有把握一些,對按期投產(chǎn)更有保障一些。


關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計主要內(nèi)容:剛才提到了,電價變了、投產(chǎn)工期也給定了、外部條件也變了,資源量經(jīng)過可研以后也搜集了當(dāng)?shù)氐膶崪y資源進(jìn)行了修正,然后就要優(yōu)化可研的技術(shù)方案,進(jìn)行各系統(tǒng)詳細(xì)計算、進(jìn)行各系統(tǒng)的設(shè)計和布置。


設(shè)備參數(shù)重新優(yōu)化選型,做更加詳細(xì)的設(shè)計說明,以使設(shè)計方、調(diào)試方、業(yè)主對項目更加深刻地了解。對初設(shè)階段關(guān)注問題進(jìn)行比選,列出詳細(xì)的設(shè)備材料清冊,給招標(biāo)工程量做依據(jù),編制EPC規(guī)范書和設(shè)備規(guī)范書。進(jìn)行各系統(tǒng)的詳細(xì)計算,比如罐的計算、儲能系統(tǒng)計算、鏡場布置、導(dǎo)熱油的主泵流量的計算、防凝泵流量的計算、主泵的阻力計算、不同流量工況的計算、氮氣用量的計算,導(dǎo)熱油管道工程量的統(tǒng)計和導(dǎo)熱油系統(tǒng)散熱損失計算、換熱設(shè)備的功率計算、熔鹽泵的計算之后進(jìn)行各系統(tǒng)的設(shè)計和布置,系統(tǒng)設(shè)計圖就從工藝,電控,土建,化水系統(tǒng)接入總服務(wù)利用系統(tǒng),包括PID、PFD的設(shè)計和布置,儲能系統(tǒng)PID,如圖,凈化系統(tǒng)的PID、蒸發(fā)系統(tǒng)PID、導(dǎo)熱油輸送系統(tǒng)PID、回路的布置。


基礎(chǔ)設(shè)計說明書,像工藝、電控、組建、化水,接入,安裝等等做一些詳細(xì)的說明,以指導(dǎo)后續(xù)工程的實施。


基礎(chǔ)設(shè)計專題也就是防凝專題,總的工藝路線可研已經(jīng)做過了,一些具體的施工工藝,比如導(dǎo)熱油的防凝、熔鹽防凝,熔鹽換熱器,伴熱等等的優(yōu)化。


材料也就是全廠材料的詳細(xì)計算。


謝謝!

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