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高海拔地區(qū)光熱電站開發(fā)的路徑選擇

發(fā)布者：本網(wǎng)記者Cyrstal Jason | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 1評(píng)論 | 6571查看 | 2013-09-23 14:05:00

　　CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：高海拔往往意味著高寒和較大的晝夜溫差，高海拔地區(qū)的光熱電站的項(xiàng)目開發(fā)和運(yùn)營也因之面臨更為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。而在中國，在太陽能輻照條件較好，適合開發(fā)光熱電站的廣袤的西北區(qū)域，高海拔又是這些地區(qū)的共性。

　　中國西北地區(qū)當(dāng)然也有低海拔地區(qū)，但其整體環(huán)境遠(yuǎn)不如高海拔地區(qū)。本網(wǎng)記者此前曾一路驅(qū)車從甘肅阿克塞縣城趕往金釩阿克塞項(xiàng)目地，兩地距離150公里左右，從海拔1600米左右到海拔3000米左右，明顯可以感覺到空氣逐漸清潔，天空逐漸高遠(yuǎn)，可視范圍逐漸增加，太陽輻照逐漸增強(qiáng)。這主要是由于當(dāng)?shù)氐秃０蔚貐^(qū)受西北沙塵天氣影響導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，大大削弱了太陽輻照。

　　對(duì)中國的光熱電站開發(fā)商來說，在高海拔地區(qū)建設(shè)光熱電站成為不可選而不得不選之選擇。你無法找到一個(gè)類似于西班牙那樣擁有優(yōu)越自然環(huán)境的選址，甚至于無法與中東北非等較為惡劣的沙漠地區(qū)的電站開發(fā)環(huán)境相比。

　　大唐鄂爾多斯項(xiàng)目、中廣核德令哈項(xiàng)目、華能西藏山南項(xiàng)目、金釩阿克塞項(xiàng)目等諸多項(xiàng)目的選址都在海拔3000米左右，這也成為項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)讓各設(shè)計(jì)方分外頭疼的問題。一方面要做好保溫，另一方面又不能因之增加過多成本。

　　高寒環(huán)境使得電站的保溫等維護(hù)成本陡增，中國首個(gè)光熱特許權(quán)招標(biāo)項(xiàng)目在混亂的競爭下以超低價(jià)中標(biāo)收?qǐng)?，待事后認(rèn)真核算成本后才發(fā)現(xiàn)電價(jià)太低而難具收益保障。對(duì)在高海拔地區(qū)開發(fā)光熱項(xiàng)目的困難認(rèn)識(shí)不足也是其中一大原因。

　　保溫主要指的是對(duì)電站工作介質(zhì)的保溫。傳熱介質(zhì)流通的管路越長，在高寒環(huán)境下對(duì)傳熱介質(zhì)投入的保溫代價(jià)就越大。由此看來，塔式電站似乎比槽式電站更適宜在高海拔地區(qū)開發(fā)，因?yàn)橥妊b機(jī)規(guī)模的光熱電站，塔式電站的管道長度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于槽式電站。

　　美國可再生能源私募股權(quán)基金（SolarReserve的投資方之一）高級(jí)顧問傅可夫曾表示，“到目前為止，全球范圍都尚無一座槽式光熱電站在海拔超過2000米的地區(qū)建成?！边@主要是由于槽式電站無論以導(dǎo)熱油還是熔鹽作為傳熱介質(zhì)，在寒冷的夜晚，系統(tǒng)都很難做好保溫，即便可以做到，也需要通過輔助燃料如天然氣或電伴熱等方式實(shí)現(xiàn)，而這將耗費(fèi)大量資本支出，大大削減光熱電站的投資收益。

　　傅可夫認(rèn)為，在高寒環(huán)境下開發(fā)光熱電站，熔鹽塔式技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。一個(gè)100MW的槽式電站約需要長度超過上百公里的集熱管和管道，對(duì)這些管道的保溫難度很大，集熱管中的導(dǎo)熱油在夜間無法被抽出，整個(gè)光場(chǎng)就成為一個(gè)巨大的散熱場(chǎng)，雖然可以采用天然氣輔助，但耗能占比過高而難以保障經(jīng)濟(jì)性；而一個(gè)100MW的熔鹽塔式電站僅需要600米長的管道，所有的管道都位于集熱塔等建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在夜間，管道里的熔鹽還可流回保溫能力極強(qiáng)的儲(chǔ)熱罐中，甚至于無需使用天然氣或其它輔助燃料來保溫。

　　目前常用的二元熔鹽的結(jié)晶點(diǎn)在230攝氏度左右。在高寒環(huán)境下如何維持這一溫度？SolarReserve公司首席技術(shù)官Bill Gould稱，對(duì)于塔式熔鹽電站，這一問題可以輕松應(yīng)對(duì)。一個(gè)100MW的熔鹽塔式電站，從集熱塔底部到熱量接收器的熔鹽管道的長度在200碼（1碼=0.9144米）左右，從集熱塔底部到熔鹽罐的管道長度又在200碼左右，從熔鹽罐到蒸汽發(fā)生器的距離也約200碼，總長度約600碼，而且這600碼的管道都處于集熱塔內(nèi)部或其它建筑體內(nèi)，同時(shí)還進(jìn)行了管道保溫處理，完全可以保證熔鹽處于高溫液化狀態(tài)。

　　開發(fā)了全球首個(gè)24小時(shí)運(yùn)行的Gemasolar熔鹽塔式電站的Torresol能源公司的運(yùn)維技術(shù)總監(jiān)Santiago Arias表示，熔鹽塔式電站的集熱場(chǎng)無任何傳熱介質(zhì)流動(dòng)，熔鹽被限制于一個(gè)相對(duì)封閉的空間，有很強(qiáng)的熱慣性，更易控制，幾乎不可能出現(xiàn)結(jié)晶事故?？偟膩砜?，熔鹽塔式技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就是工質(zhì)的散熱面積很小，外部環(huán)境的低溫基本不會(huì)對(duì)其造成太大影響。

　　Gould還稱，對(duì)于槽式電站，要克服這一問題要難的多，比如阿本戈正在開發(fā)的280MW的Solana光熱電站，其整體的管路長度約達(dá)250英里，這么長的管路暴露于外部環(huán)境下，在冬天的寒冷夜晚下，將造成大量的熱量損失。

　　但一些獨(dú)立性的行業(yè)專家也指出，槽式電站采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，在寒冷的環(huán)境下完全可以穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)熱油結(jié)晶的問題。

　　德國CSP Services（DLR的衍生公司）的Eckhart Lupfert博士曾擔(dān)任過多個(gè)槽式電站和塔式電站的設(shè)計(jì)顧問，他對(duì)槽式技術(shù)有20余年的研究歷史。他認(rèn)為，目前來看，寒冷環(huán)境對(duì)槽式電站已經(jīng)不是一個(gè)多大的問題。

　　他表示，防凍保溫是上述兩種光熱電站都必須考慮的問題。槽式電站的導(dǎo)熱油結(jié)晶點(diǎn)遠(yuǎn)低于熔鹽的結(jié)晶點(diǎn)，雖然塔式電站的管道更集中，保溫做起來更為簡單，但其采用的熔鹽的結(jié)晶點(diǎn)過高。導(dǎo)熱油12攝氏度和熔鹽230攝氏度的結(jié)晶點(diǎn)相比，一個(gè)在戶外做保溫，一個(gè)在室內(nèi)做保溫，其實(shí)際操作難度大體相當(dāng)。在高海拔地區(qū)，晝夜溫差很大，臨近晚上，溫度下降很快，每個(gè)電站都需要一個(gè)具體的保溫方案，區(qū)別主要是耗能多少和成本多少的問題。

　　NREL高溫太陽能熱利用研究團(tuán)隊(duì)的帶頭人Mark Mehos也認(rèn)為，采用導(dǎo)熱油作傳熱介質(zhì)應(yīng)對(duì)寒冷的環(huán)境并不是一個(gè)太大的問題。目前的槽式集熱管的熱損很小，在夜間也可以輕松維持管內(nèi)的油溫在結(jié)晶點(diǎn)以上。

　　國內(nèi)也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)同此觀點(diǎn)，從夜間保溫的角度出發(fā)，利用現(xiàn)有的集熱管和配置防凝泵和輔助鍋爐等保溫方案完全可以保障管內(nèi)的導(dǎo)熱油不會(huì)凝固，即便在中國西部的高海拔高寒環(huán)境下，整個(gè)電站也可維持正常運(yùn)行，主要問題是如果夜間導(dǎo)熱油的保持溫度過低，即保溫措施做得不夠好，會(huì)造成第二天的電站啟動(dòng)時(shí)間增加，造成運(yùn)營成本增加。

　　但必須看到的是，銀行等金融機(jī)構(gòu)考量一個(gè)項(xiàng)目是否可以給予融資的主要指標(biāo)是項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，沒有融資，項(xiàng)目就難以啟動(dòng)，在此前提下討論的一切都將歸于空談。當(dāng)前，槽式技術(shù)在全球范圍內(nèi)有多項(xiàng)實(shí)踐證明案例，對(duì)中國光熱發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)來說，在項(xiàng)目融資方面可能更易說服銀行。因此，即便在中國西部的高寒環(huán)境下開發(fā)槽式電站將面臨更多的保溫成本投入，槽式技術(shù)依然最可能成為國內(nèi)光熱發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)的突破口。塔式熔鹽技術(shù)雖然在理論上擁有更適宜高寒環(huán)境的開發(fā)優(yōu)勢(shì)，但整體的塔式技術(shù)成熟度難以與槽式相比，即便某一開發(fā)商堅(jiān)信自身的能力，但想要說服銀行，邁出第一步還是要面臨更大的困難。

　　整體來看，不論增加多少保溫成本，業(yè)主衡量一個(gè)光熱電站的投資收益最終都要折算到度電成本上來。目前在中國的特殊自然環(huán)境下，還沒有實(shí)際數(shù)據(jù)可以核算建設(shè)一個(gè)同樣發(fā)電能力的槽式和塔式熔鹽電站的度電成本。最終的整體度電成本將決定哪種技術(shù)更適合在中國開發(fā)，而不能單從保溫成本這一點(diǎn)來考量。　

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zjchuaran

本文作者分析的很透徹，西班牙吉瑪索電站是目前塔式熔鹽技術(shù)實(shí)際運(yùn)行的唯一電站，但至今沒有看到運(yùn)行數(shù)據(jù)，而其他廠商大都在做商業(yè)宣傳，并未實(shí)際操作過。槽式技術(shù)只要有一定技術(shù)措施完全可穩(wěn)定運(yùn)行，在這方面我們做過冬季實(shí)驗(yàn)，也積累了經(jīng)驗(yàn)。西門子曾有專利設(shè)想利用傳輸管道儲(chǔ)熱，以替代電伴熱，我認(rèn)為這是個(gè)不錯(cuò)的技術(shù)措施。塔式熱發(fā)電是否一定用熔鹽作傳熱介質(zhì)待商榷，可否采用其他更適應(yīng)高寒地區(qū)的替代技術(shù)和介質(zhì)。

2013-09-24 16:28:30

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