中國獨創(chuàng)的光熱發(fā)電技術體系及其大規(guī)模推廣前景
發(fā)布者:walt | 來源:CSPPLAZA光熱發(fā)電網 | 0評論 | 7636查看 | 2018-07-05 15:05:00    
CSPPLAZA光熱發(fā)電網報道:“兆陽光熱創(chuàng)新的原則,實際上就兩點,可靠性和經濟性??煽啃愿啾憩F在穩(wěn)定和壽命,經濟性當然是它的基礎。所有一切談高效率、高精尖而不談經濟性的,其實是一個偽命題,很難想象投資者會為高難度買單。所以,我們從事技術開發(fā)的企業(yè)唯一能做的就是創(chuàng)新,在保證可靠性的前提下降低成本,提高經濟性,其他的就交給政府和銀行了?!?018年6月20~22日,第五屆中國國際光熱電站大會暨CSPPLAZA年會2018(CPC2018)在北京召開,北京兆陽光熱技術有限公司總工程師李維出席大會并作主題演講時如是表示。


李維表示,兆陽聚光熱利用技術體系延承了槽式的可靠性和成熟性,選擇了具有經濟性優(yōu)勢的線性菲涅爾,同時沿用了火電中非常成熟的水體系,自主研發(fā)清洗車、雨水收集裝置等實用化設計,并以農業(yè)優(yōu)先,綜合利用鏡場底部架空土地。


據李維介紹,2018年6月1日,華強兆陽張家口一號太陽能熱發(fā)電站一次性順利通過24小時連續(xù)發(fā)電測試,兆陽光熱完整的光熱發(fā)電技術體系已獲得全面商業(yè)化驗證,證明了以東西軸南向斜面布局、高倍率聚光、水工質傳熱和混凝土固態(tài)儲熱為基本特征的兆陽光熱技術體系具有強大的可靠性和經濟性優(yōu)勢。


事實上,在本次會議閉幕后,該電站在6月22日到6月25日的兩天三夜中,又順利完成了連續(xù)60小時的發(fā)電測試。



在談及電站建設、運行過程中的經驗和教訓,李維在會上表示,由于首次建設缺乏經驗,導致堵塞卡澀、膨脹不暢、鏡面過熱等等小問題較多,但問題均能迅速徹底解決,困擾不大,反而充分顯示了該技術體系具備很好的容錯能力,樸素安全。而建設過程中遇到的大問題僅有一項:集熱管玻璃管破裂及連帶引起的CPC破損,用時數月分析研究,得以徹底解決,目前實際運行效果大幅優(yōu)于國外電站披露的數據。


對于兆陽光熱技術體系的前景展望,李維認為,兆陽光熱獨創(chuàng)的技術體系使用材料普通,安裝調試簡單,適宜大規(guī)模推廣,是火電技術轉型升級的優(yōu)選。目前,完整的全國產化的兆陽光熱合作供應鏈體系已經建立起來,國產核心零部件完全滿足使用要求。未來,兆陽光熱電站將進一步發(fā)揮優(yōu)勢,與經濟成熟的光伏、風電組成清潔能源綜合電站,基本實現按照電網日負荷曲線要求穩(wěn)定可調度輸出,同時實現與火電相當的度電成本,具有廣闊的發(fā)展空間。


更多精彩內容,請閱讀下面刊出的李維的演講全文:


各位嘉賓,女士們、先生們,大家上午好!


我是北京兆陽光熱技術有限公司的李維,今天很榮幸能夠代表公司站在這個講臺上,首先我得感謝一下CSPPLAZA胡總對我們的邀請,同時感謝章總對我們的介紹!


在此之前,我們公司都是很少公開的宣傳,通常都是懷著埋頭苦干、行勝于言的理念。我們每屆光熱大會都參加,但是更多是以坐臺下學習的姿態(tài)和聽眾的狀態(tài),大家對我們比較陌生或者認為我們是(一個)神秘的組織,今天站在這個講臺,是基于我們取得了比較重大的階段性成果。


我們非常愿意跟大家分享一些我們的數據與結果,我們的結果是客觀真實的,我們的結論是嚴謹可靠的。而且我們也非常有信心能夠在比較短的時間內(進一步)實現可靠性、經濟性比較大的提升,這也是我們獨創(chuàng)技術的核心優(yōu)勢之一。另外,我們也希望能夠與大家開展更加深入的合作,下面,我開始我的PPT介紹。我的PPT內容包括五個方面。


北京兆陽光熱技術有限公司,從事這個行業(yè)有15年了,目前研發(fā)、設計、制造隊伍有600余人,已經形成原創(chuàng)的光熱發(fā)電技術體系,具備了全產業(yè)鏈完全的自主知識產權,目前已經獲得了發(fā)明專利35項、實用新型專利110項,申請PCT有23項,獲得14個國家和區(qū)域的專利授權。


目前我們公司辦公地點在馬橋,也就是亦莊南邊,在東南六環(huán)。固安還有100畝區(qū)域是我們的試驗場地,因為我們電站在現場制作,所以,我們目前還有一些制造人員和調試建設隊伍在張北。


兆陽公司還有一個全資子公司,四川蘇能電力工程設計有限公司,目前擁有新能源設計和建筑全部資質,包括五個設計資質和四個工程設計資質。所以目前在這個資質范圍內的建設工程都可以承接。


隨著國內外光熱事業(yè)的發(fā)展,目前服務范圍逐漸擴大,我們也增加了我們的技術和隊伍,目前可以承接重要的分系統(tǒng)的研發(fā)、制造、銷售,包括一些已建成電站的診斷和改造,以及新建電站全部的EPC項目。當然,還包括調試和運行,我們都擁有全部的技術團隊。


為什么我們要選擇一個完全獨立自主的路線來走呢?可能得說到十年以前了,我們的總裁劉陽先生在很早以前就有一個到現在來看都偏于理想的目標,那就是要實現一個無補貼的清潔能源,在之前也說到21世紀是高度發(fā)達的人類,不應該限制能源的使用,所以,他提出一個觀點,說21世紀是能源自由的王國,當時我們聽著也很受鼓舞,同時,感覺壓力也很大。


縱觀我們所有的比較成熟的技術體系,包括槽式、塔式、菲涅爾和碟式,再結合中國實際的光熱電站資源條件,我們也深深地感覺到使用現有的技術體系實際上很難達成我們最終的目標。


目前,我們受到這樣一些條件制約,第一,DNI值,中國整體DNI值不是特別高,大概在1700-2100左右,更多在1800、1900左右,相比較國外2100、2300、2700,我們只有羨慕,所以,我們只能更加努力。


另外,高緯度的問題,剛才大家也提到了這個問題,國內好一點資源都在35-42度,大家應該重視這個區(qū)別。


條件劣勢,包括大風,還有霜凍、沙塵污染、嚴重缺水,都會影響到我們電站的建設,包括用鋼量、建設期短、啟動時候霜凍、鏡面反射率下降,包括嚴重缺水,可能要使用效率比較低的空冷系統(tǒng),建設成本比較高。


另外還要提到一點,行業(yè)競爭,隨著我們目前火電慢慢退出,風電和光伏逐漸成熟,目前可能已經趨于平價上網,所以,我們面臨更多的是行業(yè)外新能源的競爭,光熱行業(yè)內部應該更多緊密地合作,更多體現在可靠性和經濟性上,使得我們風電、光伏、光熱真正能夠形成新能源三足鼎立。


另外,我們的財政補貼,目前缺口比較大,而且補貼周期比較長,我們應該形成一個共識,不能夠長期依賴國家補貼。


兆陽光熱創(chuàng)新的原則,實際上就兩點,可靠性和經濟性。可靠性更多表現在穩(wěn)定和壽命,經濟性當然是它的基礎,所有一切談高效率、高精尖而不談經濟性的,其實是一個偽命題,很難想象投資者會為高難度買單。所以,我們從事技術開發(fā)的企業(yè)唯一能做的就是創(chuàng)新,在保證可靠性的同時,降低成本,提高經濟性,其他的就交給政府和銀行了,當然,他們有更多的創(chuàng)新,包括政策,包括銀行一些合作模式。


兆陽技術體系經過各個環(huán)節(jié)的取長補短,真正完成我們可靠、成熟的技術,也做了下面這幾項工作。菲涅耳技術本身不算太創(chuàng)新,它是槽式的延續(xù),我們的菲涅耳延承了槽式的可靠性和成熟性,選擇了線性菲涅耳的經濟性,同時沿用了比較成熟的火電體系。產生過熱蒸汽之后,我們應運而生開發(fā)了新的能夠對過熱蒸汽儲熱的技術,(也就是)混凝土儲熱技術。還有一些系統(tǒng)的綜合的實用技術,整體的體系使用的是樸實的材料,而且沿用了以前火電的經驗、規(guī)范,所以我們是真正的可以做得到可靠性和經濟性完美的結合。


目前,北京兆陽光熱技術已經完成了驗證定型,進入大規(guī)模商業(yè)化推廣階段,與常規(guī)光熱技術路線相比,可靠性和經濟性得到明顯加強。在中國較好的資源環(huán)境、資金政策等條件下進行規(guī)模化建設,短時間內能夠實現與燃氣發(fā)電相當或者更佳的綜合指標。


當然,我們剛才提到一些條件:第一,資源環(huán)境,我們認為(DNI)要在1850((kWh/㎡/a))資源環(huán)境下;第二,資金政策,包括政府的政策和銀行的政策;第三,大規(guī)模的建設,我們認為每一年有300兆瓦的建設量的話,我們是可以實現與燃氣相當的綜合指標的。


下面說一下HLIACS聚光集熱系統(tǒng),以及DSG和儲熱系統(tǒng)。在2017年年底,CSPPLAZA對此進行了系統(tǒng)的介紹,在這里我可能不會特別詳細地描述。在這方面,一個重要的區(qū)別

點是我們采用東西軸向陽傾斜布置的結構,聚光倍數達到160-200倍。這里我講講160-200倍的這個概念,剛剛俞總也提到了要向比較大的方向去發(fā)展鏡面開口,我們鏡面目前可以獲得200倍的聚光倍數。它帶來的好處是建設時集熱管數量可以減少,大概會減少60%左右。更多的DNI使用范圍,也就是在DNI較低的情況下都可以繼續(xù)運行。在這個基礎上,與常規(guī)的光熱鏡場部分相比減少40%成本。在使用的土地面積方面,我們的效率很高,我們(的鏡場)是向陽斜的。


這兩張圖顯示的是四個季度獲得能量的均衡,左圖可以看出來我們在1、2、3和10、11、12月得熱量比槽式還高,使得全年得熱量很均衡,右圖取全年4個典型天,獲得的信息是每個季節(jié)獲得的能量是均衡的,差別在于每一天不同時刻的區(qū)別。比如說早晚在的DNI值比較低的情況下效率比較低,中午DNI值比較高的情況下效能比較高。


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這兩張圖想表達的是在DNI值不是特別高的中國,我們應該選擇聚光倍數更高(的聚光系統(tǒng)),來解決經濟性問題。右圖描述的是我們設計的一個重要點,鏡場入射到CPC入口的角度是我們能夠獲得200倍核心的原因。我們鏡場因為是整體向陽布置,每一列回路中間都有很大的空檔,我們可以綜合利用土地,可以在中間設置溫室大棚,可以做成養(yǎng)殖或者種植。要說明的一點是,可以實現以農業(yè)為優(yōu)先、綜合利用能源的目標,因為我們在CPC底下可以設置農業(yè)反射鏡,通過鏡場入射聚焦的點來控制入射大棚的光線,真正實現節(jié)能減排、降低運營成本的目的。


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水工質的優(yōu)勢,更多的是價格低廉,發(fā)電成本比較低,在大家努力尋找熔鹽,80-100度低熔點熔鹽的時候,實際上我們有一個天然的傳熱介質,而且是非常成熟的。我想描述的一點是,我們容錯能力比較高,因為火電跑冒滴漏類似的現象比較常見,我們電站也一樣,用的是水體系,跑冒滴漏問題因為我們(在這方面)經驗豐富,迅速可以解決。另外,火電設計院和建設單位在尋求轉型升級,當然,我們光熱是一個非常好的方向,但是,我想強調的是,我們的水體系是火電轉型最好的切入點。


對于DSG運行技術,這個圖表達的意思是,蒸發(fā)段和過熱段,中間還有蒸汽發(fā)生器,多條回路產生的過熱蒸汽,進入到混凝土儲熱系統(tǒng),凝結成水之后進入到鏡場,進行第一回路的循環(huán)。第二,回路可以從儲熱系統(tǒng)進行取熱,產生過熱蒸汽驅動汽輪機發(fā)電,通過空冷系統(tǒng)冷凝完之后,進入混凝土再次循環(huán),這兩個系統(tǒng)是獨立系統(tǒng),可以在多云天氣下進行,當然,如果天氣特別好的話,完全可以實現鏡場產生的蒸汽直接對汽輪機發(fā)電,我們整體對陽光的(不穩(wěn)定性)影響有很大的可控制空間。

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這是現場的一張照片,描述的是鏡場與汽水分離器的布置位置,汽水分離器是我們很重要的一個設備,可以有效地保證我們的振動不再發(fā)生,同時,我們可以保證集熱管的壽命。我們鏡場大概一萬平米一個,布置一個汽水分離器,成本很低。


混凝土儲熱,我們做混凝土的時間,到現在來說,應該有七八年了,我們做了很多基礎研究,進行了很多第三方測試,包括比熱容、導熱系數、密度、線膨脹系數和平均抗壓強度。


儲熱島配方混凝土與膨脹系統(tǒng)、增強換熱結構經過反復優(yōu)化,簡單可靠,換熱系統(tǒng)能夠滿足設計要求,擴散結構經過多版設計,可以快速地作業(yè),澆鑄非常方便,同時整體澆鑄,冬季施工基本不受影響,全年均可施工。這對我們來說是很重要的點,以張北為例,平均氣溫只有5.4度,全年最低氣溫零下30度,現場待過的人都能感受到冬天伸出手不能超過2分鐘,所以(施工建設)是很難的。真正的建設期只有6個月。


右邊這張圖是儲熱系統(tǒng)經過保溫、鋼架完成之后的整體圖,耐溫550攝氏度,儲熱容量比較大,能夠實現陰雨天連續(xù)15天低負荷連續(xù)發(fā)電,運行負荷比較平穩(wěn),運行是安全的。我們(儲熱系統(tǒng))整體造價大概是11-12萬/兆瓦時,固態(tài)儲熱系統(tǒng)有比較好的前景,可以用在火電靈活性改造和供暖。


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綜合的實用化設計方面有清洗車,還有雨水收集(裝置)。反射率是電站發(fā)電量保障的一個重要點,清洗車是整個光熱電站投資回報最大的設備,至少能夠提高反射率10%以上,對應的是發(fā)電量的10%。


15兆瓦的建設情況和測試運行結果。15兆瓦電站位于張家口張北縣,離北京350公里左右,開車大概三個半小時到四小時,整體建設面積38萬平米,目前一期有18萬平米。傳熱用的是水體系,儲熱是混凝土,年發(fā)電量7200萬千瓦時。我們項目場地很大,計劃在其他地方布置一些光伏和風電,做成一體化綜合的電站,同時也是我們的展示中心。2018年6月1日,儲熱系統(tǒng)完成了取熱24小時的連續(xù)發(fā)電,對我們來說也是很關鍵的一步。常規(guī)島部分,運行時間不夠長,但是鏡場和儲熱系統(tǒng)進行了詳細的測試,全部結果均符合設計預期。


需要進一步說明的是,我們的光熱電站是在20個示范電站之前已備案申請的,國家規(guī)定50兆瓦以下的(光熱項目)不能當作示范項目,所以我們目前還沒有電價,接入系統(tǒng)也沒有真正完成,發(fā)電量自己產自己消耗。在近期可能會完成72小時連續(xù)發(fā)電,然后進入(儲熱系統(tǒng)整體溫度)上升的一個階段,再往后就得等我們接入系統(tǒng)了。


在建設過程中的一些經驗和教訓,整體來說小問題比較多,包括堵塞,因為我們在整體運行的時候,很多東西是第一次(嘗試),包括儲熱系統(tǒng),連上內部管道有一萬多根,吹掃就是非常重要的一個環(huán)節(jié),耽誤了不少時間。還有膨脹不暢、鏡面過熱導致破裂、沙塵的影響、多云的影響、雨雪洪澇還有極寒天氣都是影響我們建設進程的重要因素,好在我們(現在)都已經得到了應該有的經驗。


大問題是集熱管的破裂和連帶引起的CPC破損,我們花了好幾個月的時間進行分析,最終徹底解決了這個事。目前運行效果優(yōu)于國外電站披露的破損的數據。我想強調一下,在我們尋找管道問題的時候,匯銀公司的康總和總經理給了我們特別大的幫助,這是兆陽光熱測試的成功,同時也是我們產業(yè)鏈配合、合作的成功。


鏡場效率測試,詳細說可能需要說很多內容,但是會場時間比較緊張。簡單地說,鏡場控制給水溫度、壓力、流量,然后測量出口過熱蒸氣的溫度、壓力、流量,然后與我們的設計量偏差值進行比較,實踐證明,經過多次回路測試、多個時間段的測試,我們得熱量與設計量偏差±5%,所以是完全滿足我們的設計要求的。


混凝土測試,我們的設計是在蒸發(fā)段理論溫差實測情況下取熱功率是102W/m,經過最近發(fā)電和效率測試,得出在蒸發(fā)段當量值測試溫差下可以取得98.76W/m,偏差值小于5%。從工藝和性能上來說,都是達到設計目標的。


這個是我們的取熱實驗,2018年6月6日,之前也有一些測試,我們1月份也做了測試,對其中一座單塔4號儲熱塔進行取熱,整體運行溫度非常平穩(wěn),取熱功率大致在25兆瓦的量級上,我們電站本身也只有15兆瓦,我們一共有6座塔,分別有自己的功能。


這個是2018年5月31到6月1日24小時連續(xù)發(fā)電部分運行曲線,溫度非常穩(wěn)定,壓力也非常穩(wěn)定,方便控制。右圖是我們儲熱塔在取熱運行過程中的變化曲線,也與我們理論仿真結果極為相似,再一次證明我們的設計是滿足我們的要求的。


建設測試運行數據總結,我們的聚光系統(tǒng)和混凝土系統(tǒng),經過效率測試,基本可以說達成我們的設計目標,偏差率小于5%,儲熱系統(tǒng)對電站發(fā)電量的影響偏差應該小于3%。整體可靠性高、建設成本低、無污染、無泄漏、無爆炸風險,因為我們是自主研發(fā)的電站,同時,國產率比較高,所以,我們的產品基本都可以滿足我們的使用要求。光熱系統(tǒng)特別適合中高緯度區(qū)域的發(fā)展,具有廣闊的推廣前景。


對于前景展望,因為我們整體建設過程中都是比較普適的材料,在調試過程當中,也沒有什么安全性(問題),泄漏、易燃易爆問題都不存在,我們有更好地滿足建設要求的優(yōu)勢。我們的技術體系與火電基本兼容,所以,電力建設單位轉型是非常容易的。在我們完整的光熱電站上得到一些供應商的合作配合,我們建立了完整的供應鏈體系,國產核心零部件完全能夠滿足使用,服務支持及時到位,性能和可靠性表現優(yōu)異,價格優(yōu)勢非常明顯,達到了國家示范項目對核心組件國產化的目標要求。當然,我們還有鏡片,還有閥門儀表、流量計,這些都是常規(guī)的電站使用的儀器儀表。


我們有自己完全的自主知識產權體系,所以我們可以保證光熱發(fā)電產業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展,立足于中國,走向世界。我們電站目前在建設光伏、風電,想建成清潔能源綜合電站。充分利用兆陽低成本聚光集熱技術、固態(tài)儲熱發(fā)電技術與經濟成熟的光伏風電組成清潔能源綜合電站,基本實現電網日負荷曲線要求和可調度輸出。目前兆陽已經展開了相關的試驗、示范電站的規(guī)劃和設計工作,也歡迎有關領導、單位參與,共同合作、共同發(fā)展。


下面為商業(yè)化電站技術經分析內容,以100MW光熱電站設計為例,DNI值1800(kWh/㎡/a),大概需要面積是200萬平米,儲熱容量是3000兆瓦時,總投資26.8億。


這是上網電量估算表,我們可以獲得4億上網電量,綜合光電轉化效率11.34%,在報示范項目的時候,11.34%是效率最低的,當時我們也遭到了行內一些人的批評,說為什么你們電站只有這么低的發(fā)電效率,沒有經濟性,我們后來發(fā)現我們才是真正最保守和可信的效率估算,是最為貼合的設計。這里是其它的指標,0.86元/kWh的電價,內部收益率可以獲得12.49%。如果大家想要獲得更多的信息和知道我們計算的邊界條件,歡迎大家到我們交流會上進行深入的探討。謝謝大家!


提問:你好,我是來自雙良龍騰的盧智恒。我想問一下對于混凝土儲熱的,現在你們這邊是怎么解決膨脹的不一樣?怎么解決管道和混凝土材料之間的膨脹匹配的?現在混凝土儲熱系統(tǒng)一共運行了多長時間?因為有些問題是運行時間長之后才會暴露出來的。


李維:這個問題是從一開始我們就知道了,為了解決換熱性能的問題,我們在混凝土與管道之間增強了換熱,加了一些增強結構,混凝土跟管道不是直接接觸的,所以,可以有效解決膨脹,這類試驗已經進行過六年了。另外,整體儲熱系統(tǒng)在正常運行時候溫度波動只有40攝氏度,在晝夜溫差比較大的區(qū)域對建筑和剛架、橋梁、混凝土橋梁(的影響)可能都比我們嚴重,所以,整體來說經過了大大小小回路測試和性能評估,沒有發(fā)現任何的變化。


另外,混凝土的運行情況,剛才也說了,我們是在六年間做了很多小型實驗、系統(tǒng)測試之后才建立了今天的720兆瓦時的系統(tǒng),從去年年底我們已經開始對混凝土升溫,混凝土澆筑過程中大概有10%的水,在整體升溫過程中,我們需要花很大力氣將混凝土真正地升起來,這也是我們剛剛說為什么在連續(xù)陰雨天氣可以持續(xù)低負荷運行,大概10來天的可能性,原因是什么?原因是基礎能量比較大,我們需要花很多時間升下來,同樣需要花很長時間降下來,目前該720兆瓦時儲熱系統(tǒng)已經大概運行了6個多月。


提問:混凝土外面有保溫措施,對嗎?


李維:對。


提問:李總您好!我是青島華峰偉業(yè)的,我們是在NOOR二期和三期關注調試和運行的,在NOOR二期運行中,我們發(fā)現一個問題,在夜班停運以后,系統(tǒng)導熱油溫度降得比較多,你們這個系統(tǒng)直接加熱蒸汽和水的,夜班停運以后怎么做的呢?沒有熱源的情況,蒸汽可能會溫度比較低。


李維:這個問題分兩個部分說,一個是夏季運行,一個冬季運行。夏季運行的時候,每天在DNI值比較低的情況下開始停運,整個系統(tǒng)在有壓力情況下進行冷卻的,因為環(huán)境溫度足夠低,整體壓力保不住的話,我們會往系統(tǒng)里補充水,這是夏季運行的情況。在冬季運行情況下,因為整體環(huán)境溫度比較低,我們電站在現場可能達到零下30度,我們會進行循環(huán)防凝操作?,F在的話,因為上一個冬天我們沒有進行混凝土的投運,只能把集熱器里面水都排盡,這也是我們的優(yōu)勢,我們可以排水,但是熔鹽或者導熱油不方便排,只能打循環(huán)。在冬季將來運行的話,我們會利用汽輪機的乏汽進行冷卻,讓整個系統(tǒng)不使用其它額外的能量,保證集熱管里面的能量不被凝結。另外,如果汽輪機真的有問題要停機的話,我們可以在儲熱塔里進行換熱,實在不行我們可以將系統(tǒng)里的水進行全部排出。


提問:非常感謝,我聽了您剛才的解釋,在夜班停運,假如正常每天要啟動,夜班停運的時候,蒸汽側是處于隔離狀態(tài)?還是充入水的狀態(tài)?


李維:集熱管是整體循環(huán)的,當壓力保不住的時候,我們會往系統(tǒng)里充水,進行集熱管內部的循環(huán)。

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