CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：近日，在由CSPPLAZA主辦、中控太陽(yáng)能和龍騰光熱聯(lián)合主辦的2019第六屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)上，中電工程華北電力設(shè)計(jì)院有限公司（簡(jiǎn)稱“華北院”）工程技術(shù)中心副總工程師田增華作了題為“太陽(yáng)能光熱與傳統(tǒng)火電耦合發(fā)電技術(shù)應(yīng)用”的演講。

田增華表示，自2015年以來(lái)，為促進(jìn)能源消費(fèi)革命，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局相繼出臺(tái)了一系列火電機(jī)組降煤耗、靈活性調(diào)峰等通知，要求火電機(jī)組加強(qiáng)調(diào)峰能力建設(shè)，著力增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性，破解新能源消納難題。要在保障火電機(jī)組的出力的情況下，還做到降煤耗，就需要采用替代能源，實(shí)現(xiàn)可再生能源與火電的互補(bǔ)發(fā)電，讓可再生能源參與到火電機(jī)組中來(lái)。

他認(rèn)為，我國(guó)西北地區(qū)建有大量的火電機(jī)組，加之當(dāng)?shù)毓赓Y源非常好，這給光煤耦合發(fā)電帶來(lái)了一些契機(jī)。

圖：田增華在大會(huì)上發(fā)言

一、光熱發(fā)電技術(shù)路線選擇

目前，光熱主要的技術(shù)路線包括槽式、塔式、線性菲涅爾式和碟式四種。田增華指出，槽式和線型菲涅爾式多屬于中溫、中壓的品質(zhì)（注：這里的線型菲涅爾不包括蘭州大成和兆陽(yáng)光熱擁有的改進(jìn)型菲涅爾技術(shù)，這些技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高的溫度）。而塔式的聚光方式為點(diǎn)聚焦，熱品質(zhì)更高。從聚光比和光電轉(zhuǎn)化效率來(lái)看，塔式也普遍高于線型菲涅爾式和槽式。

如何根據(jù)它的參數(shù)和熱品質(zhì)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)與火電的良好結(jié)合呢？田增華表示，光熱發(fā)電的技術(shù)路線不同，與火電的結(jié)合方式也不同。

1.線聚焦

據(jù)田增華介紹，槽式和線性菲涅爾式發(fā)電可以與燃煤、燃?xì)?、生物質(zhì)以及垃圾發(fā)電等相結(jié)合，華北院已嘗試多個(gè)ISCC電站的設(shè)計(jì)方案，即實(shí)現(xiàn)天然氣與太陽(yáng)能聯(lián)合發(fā)電的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)槽式技術(shù)和燃機(jī)相結(jié)合，將槽式光熱設(shè)備產(chǎn)生的中溫、中壓的蒸汽，引入到預(yù)熱鍋爐中進(jìn)一步提升溫度，繼而進(jìn)入常規(guī)的汽輪機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。

此種方案為光熱與常規(guī)能源的耦合發(fā)電，即通過(guò)常規(guī)電站提升光熱電站產(chǎn)生蒸汽的品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。

2.點(diǎn)聚焦

塔式電站產(chǎn)生的是高溫、高壓的過(guò)熱蒸汽，可以直接達(dá)到與傳統(tǒng)火電機(jī)組主蒸汽同樣的品質(zhì)，與傳統(tǒng)機(jī)組結(jié)合時(shí)可采用與常規(guī)火電主蒸汽系統(tǒng)并汽運(yùn)行的方式。

二、光煤耦合集成技術(shù)的方案

田增華以華北院在西北地區(qū)的某個(gè)項(xiàng)目為例，介紹了光煤耦合集成技術(shù)方案。

1.燃煤電站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

①電站規(guī)模為330MW，鍋爐蒸發(fā)量1177噸/小時(shí)，采用亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐；

②汽輪機(jī)：銘牌出力330MW，采用亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)；

③回?zé)嵯到y(tǒng)：汽輪機(jī)組有七級(jí)非調(diào)整抽汽，其中，1、2、3級(jí)抽汽分別供給三臺(tái)高壓加熱器；5、6、7級(jí)抽汽分別供給三臺(tái)低壓加熱器；4級(jí)抽汽供給除氧器、高壓輔汽系統(tǒng)及供熱系統(tǒng)；3、4、5級(jí)抽汽抽自中壓缸；6、7級(jí)抽汽抽自低壓缸。

2.光煤耦合集成方案

光煤耦合旨在通過(guò)減少汽輪機(jī)的抽汽量，在降低煤耗的同時(shí)，保持汽輪機(jī)的出力?！拔覀円M可能地利用光熱發(fā)電溫度高的特點(diǎn)，在此主要考慮的方案是利用太陽(yáng)能加熱給水系統(tǒng)”，田增華說(shuō)。

太陽(yáng)能加熱給水系統(tǒng)的方案有兩種：

①用光熱加熱給水，給水系統(tǒng)不發(fā)生相變，只提升給水溫度，再回到原來(lái)的系統(tǒng)中。

②用光熱系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽替代給水加熱蒸汽，已達(dá)到提升給水溫度，減少汽機(jī)抽汽的目的。。

在西北地區(qū)的這一項(xiàng)目中，由于考慮了投資問(wèn)題，盡可能減少了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。田增華介紹道：“如果發(fā)生相變，可能要跟傳統(tǒng)的光熱電站一樣涉及到預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器等等，然后通過(guò)一系列的換熱器產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，才能替代這種蒸汽。而加熱給水系統(tǒng)，則只需要設(shè)計(jì)一個(gè)換熱器，不會(huì)發(fā)生相變，因此在這個(gè)方案里面，我們選擇直接加熱給水系統(tǒng)。”

關(guān)于集成方案，田增華提出了兩種思路：小溫差并聯(lián)運(yùn)行方案；大溫差串聯(lián)運(yùn)行方案。

①小溫差并聯(lián)運(yùn)行方案：耦合點(diǎn)在一號(hào)高加和二號(hào)高加。在二號(hào)高加的入口把一部分的給水引出來(lái)，通過(guò)槽式換熱器提高給水溫度，而后再將這部分給水引回到一號(hào)高加的出口，打回到原來(lái)的系統(tǒng)中。

田增華介紹：“由于該項(xiàng)目的場(chǎng)地問(wèn)題，槽式鏡場(chǎng)回路數(shù)量并沒(méi)有設(shè)置很多，因此無(wú)法將給水系統(tǒng)全部通過(guò)太陽(yáng)能去加熱，主路還是在原來(lái)的回?zé)嵯到y(tǒng)里面，只將部分的水引出并加熱，再并回到原來(lái)的系統(tǒng)中，以此實(shí)現(xiàn)兩路并聯(lián)的運(yùn)行。同時(shí)，導(dǎo)熱油系統(tǒng)運(yùn)行溫度與給水系統(tǒng)溫度相匹配，在220-260℃較低的溫度下運(yùn)行。

②大溫差串聯(lián)運(yùn)行方案：在一號(hào)高加的入口串聯(lián)全流量的給水系統(tǒng)，全部引入到槽式換熱器加熱，再引入到一號(hào)高加的入口處，進(jìn)行進(jìn)一步的加熱。該方案槽式導(dǎo)熱油系統(tǒng)在260-320℃大溫差的情況下運(yùn)行，充分利用了導(dǎo)熱油的溫度使用上限。

比較上述兩個(gè)方案，可以看出，在大溫差串聯(lián)運(yùn)行方案中鏡場(chǎng)的供能更多，因?yàn)槔玫臏囟雀撸髁扛?，且替代的是更高?jí)的抽汽，據(jù)田增華介紹，采用大溫差串聯(lián)運(yùn)行方案可以增加年發(fā)電量17218MWh。

3.集熱系統(tǒng)配置及設(shè)備選型

以大溫差串聯(lián)運(yùn)行方案為例，運(yùn)行溫度為260-320℃，只有60度的溫差?！敖Y(jié)合場(chǎng)地情況，我們采用的是48條長(zhǎng)度為300m的集熱器，比標(biāo)準(zhǔn)的回路少一半；傳熱介質(zhì)采用的是中溫合成導(dǎo)熱油，其工作溫度范圍為6-320℃；集熱器開(kāi)口為5.77m、長(zhǎng)度為150m，并配套相應(yīng)的的反射鏡和真空集熱管?！?/p>

田增華介紹：“根據(jù)法向直接輻射數(shù)據(jù)，我們的設(shè)計(jì)點(diǎn)光熱轉(zhuǎn)換效率72.18%，年均光熱轉(zhuǎn)換效率44.82%。關(guān)于該項(xiàng)目的輔助系統(tǒng)，我們采用電伴熱防凝系統(tǒng)，同時(shí)配置相應(yīng)的氮封和膨脹溢流系統(tǒng)?！?/p>

汽輪機(jī)在滿負(fù)荷的工況下效率為41.76%，鍋爐效率為92.37%。由于規(guī)模的限制，采用光煤耦合之后年節(jié)省燃標(biāo)煤量5460噸。田增華表示：“48條長(zhǎng)度300m的標(biāo)準(zhǔn)回路規(guī)模不是很大，節(jié)約的燃標(biāo)煤量也不是很大，這給我們提供了一個(gè)發(fā)展思路?！痹擁?xiàng)目鏡場(chǎng)總面積78480㎡，可增加發(fā)電量17218MWh，由于項(xiàng)目鏡場(chǎng)規(guī)模不是很大，因此未設(shè)置熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。

田增華特別指出，目前介紹的這個(gè)項(xiàng)目所在地的資源情況并不是非常理想，DNI值僅為1600kWh/㎡/y，而一般國(guó)際上公認(rèn)的光熱發(fā)電比較理想的選址DNI值應(yīng)該在1700kWh/㎡/y以上，那么該項(xiàng)目也給低輻射地區(qū)提供了一種太陽(yáng)能熱利用的參考和可能性。

4.經(jīng)濟(jì)性

該項(xiàng)目總投資約1.4億，按照10%的收益率來(lái)算，電價(jià)僅為1.095元，而在1.15元首批示范項(xiàng)目的電價(jià)下，收益率可達(dá)11.83%。田增華強(qiáng)調(diào)，該項(xiàng)目在當(dāng)?shù)谼NI值為1600kWh/㎡/y的情況下，實(shí)現(xiàn)了這樣的經(jīng)濟(jì)性，那么在DNI值更高的地區(qū)將有很大的降本空間。因此，光煤耦合的方案在光熱發(fā)電降本方面有一定的優(yōu)勢(shì)。