4月25日，2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在內蒙古呼和浩特盛大召開，常州龍騰光熱科技股份有限公司總經(jīng)理俞科出席會議并作主題報告《儲熱型光熱電站產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展與調峰儲能應用前景展望》。

圖：會議現(xiàn)場

槽式光熱的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和技術發(fā)展

從國家首批示范項目到國際典型規(guī)模化光熱電站，從國際光熱新技術發(fā)展再到槽式技術的發(fā)展史，俞科對槽式光熱的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和技術發(fā)展進行了詳細介紹。

▍龍騰業(yè)績/國家首批光熱示范項目

烏拉特中旗10萬千瓦10小時儲熱槽式電站項目已于2021年全面投產(chǎn)。該項目集熱面積約115萬㎡，采用熔鹽儲熱，儲熱時長10小時，裝機容量100MW。

圖：烏拉特中旗10萬千瓦10小時儲熱槽式電站

2021年——首個調試年度，該項目發(fā)電小時數(shù)達到了2100小時，2022年達到了3100小時，2023年接近3300小時，該電站目前最大單月發(fā)電量超5000萬度。

據(jù)俞科介紹，該項目運行期間光熱峰值效率達77.8%，汽輪機效率達41.5%，電站單月最大發(fā)電量5230萬千瓦時，2023年全年發(fā)電量3.26億千瓦時。該項目還是全球緯度（北緯41.5°）最高的槽式光熱電站，項目已經(jīng)連續(xù)運行滿發(fā)超過9000小時，頻繁啟停工況下至今無重大故障停機。

▍國際典型規(guī)?；鉄犭娬?/strong>

俞科介紹，全球光熱市場上已建成投產(chǎn)的槽式光熱電站總裝機達5800MW，占總光熱裝機的77%，其中單個項目裝機容量最大的是美國Solana 280MW槽式光熱電站。Solana電站于2018年左右在美國投運，集熱面積約220萬㎡，儲熱時長6h，年發(fā)電小時數(shù)3370h。

圖：美國Solana 280MW槽式光熱電站

該項目技術特點：大規(guī)模槽式線聚焦集熱場布置；3X4罐成組式儲罐與換熱器高位布置；2x140MW汽輪機集中布置。該項目冷罐與熱罐共用一個高位布置的換熱器平臺，集中布置換熱器供給兩套儲罐，在設計上可以為國內后續(xù)大型槽式光熱電站借鑒。

▍國際光熱新技術發(fā)展

俞科指出，全球范圍內對于槽式光熱發(fā)電技術的探索未曾止步。

2022年初，在德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務與氣候行動部(BMWK)基金支持下，由德國宇航中心和武埃拉大學主持的HPS2先進槽式熔鹽試驗回路，采用6.77米新型大槽集熱器和兩元/三元熔鹽技術的HPS2先進槽式熔鹽示范項目投入運行。

圖：HPS2先進槽式熔鹽示范項目

2017~2021年，美國能源部支持“SMART”項目研究，主要針對熔鹽槽及其柔性連接進行新技術驗證。該項目參與機構包括美國可再生能源實驗室NREL、麥迪遜大學等。

圖：“SMART”槽式熔鹽示范項目

據(jù)悉，上述項目中的熔鹽循環(huán)槽式集熱器均采用大槽設計，俞科認為，未來槽式光熱發(fā)電的降本路徑很可能與風電相似，單個集熱器輸出功率的增加能大幅降低集熱場的投資造價，結合大容量機組設計帶動度電成本快速下降。

▍槽式與塔式的技術區(qū)別

俞科以50MW光熱項目為例，在緯度37.36°、年DNI為2043kwh/㎡的地區(qū)，以發(fā)電量相同情況下分析了兩種不同技術路線的區(qū)別：

占地上，由于槽式技術的光電總效率較高，采用8.6米開口大槽結合東西軸布置，達到同等發(fā)電量需要的集熱面積相對較小，只要44萬㎡左右，占地面積僅需2300畝左右，可見槽式技術能大幅節(jié)約土地。

此外，槽式技術抗風能力更強。以烏拉特中旗槽式電站為例，烏拉特位于高風速地區(qū)，常年受沙塵暴侵襲，在沙塵暴頻繁光顧項目的情況下，該電站發(fā)電量逐年攀升，設計效率及光電轉化效率亦未曾衰減。

俞科表示，得益于外層玻璃罩管的真空保護及吸收涂層低發(fā)射率技術，在整個集熱器運行過程中，風速不會影響集熱管的散熱量，對鏡場的集熱性能也并不造成影響。

▍槽式技術發(fā)展歷史

俞科介紹，槽式光熱技術最早誕生在美國（型號為LS1、LS2），經(jīng)多年發(fā)展，再到如今的標準槽。

國際上槽式集熱器的技術趨勢，無論是從提高整體效率還是降低單位成本的角度來看，都在朝著更大開口尺寸的方向發(fā)展。

▍龍騰光熱技術發(fā)展路徑

龍騰光熱專注于集熱器的研發(fā)與制造

如上圖所示，第一代聚光器開口為5.8米，隨著第二代集熱器開口寬度增加至大于8米，其光學效率、集熱面積隨之增加，集熱管數(shù)量減少，輻射面積減少，熱損降低。

俞科透露，龍騰光熱已為后續(xù)新型集熱器的研發(fā)做了概念設計。“14.5米的大幅鏡面集熱器，基于全新概念的大幅面反射鏡技術，聚光支架只要固定幾片反射鏡，結構設計相對簡單。這個技術來源于建筑行業(yè)，比如蘋果總部采用的20米高的落地玻璃，反射鏡的結構強度達到建筑標準，這個技術對行業(yè)能起到革命性效果，只是這個技術現(xiàn)在還非常貴，將來在光熱行業(yè)的應用需要足夠大的鏡場面積和裝機規(guī)模來攤銷高昂的技術投資。而目前的反射鏡產(chǎn)業(yè)的裝備技術可以支撐8米多開口寬度的槽式集熱器設計，已經(jīng)可以支撐熔鹽大槽技術的商業(yè)化。”

龍騰ROYALTROUGH?RT86系列大槽集熱器

俞科表示，龍騰ROYALTROUGH?RT86系列大槽集熱器采用80~90cm左右口徑的集熱管，采用龍騰自有專利——可擴展管結構連接技術（ETFH，Extensible Tube Frame Hub）構建集熱器支架系統(tǒng)，該技術可支撐集熱器開口從8米到12米左右。

圖：龍騰RT86系列大槽集熱器示范回路

龍騰ROYALTROUGH?RT86系列大槽集熱器具體參數(shù)如下：

龍騰RT86槽采用國際最先進的集熱器結構設計理念——空間框架結構，以圓管作為基本受力部件，材料利用率更高，更適合大開口、輕量化。開發(fā)過程中，采用完全自主的專利技術，確保與現(xiàn)有專利不產(chǎn)生沖突；同時遵循科學、完備的研發(fā)流程，覆蓋所有關鍵工作環(huán)節(jié)，形成設計方法和設計標準，通過全尺寸SCE加載實測變形量數(shù)據(jù)完善仿真模型，形成不同廠址的精確設計優(yōu)化設計能力。

“這意味著將來在不同風速的地區(qū)進一步對RT86槽進行適應性設計、結構強化或減重，有非常方便的工具和數(shù)據(jù)模型，因為我們把前面的實證數(shù)據(jù)和模型擬合的過程做完了。這型大槽集熱器可以適配導熱油、硅油、熔鹽等工質，回路設計出口溫度最高可達565℃；可以適配80、90口徑的新型集熱管，在配置90集熱管時，集熱器光學攔截率≥98%；加工方式為主要機械成型+部分焊接結構，現(xiàn)場裝配方式為鉚接，生產(chǎn)工時減少約60%；基于ETFH技術，長尺寸部件分解為短尺寸，防腐處理簡便，運輸成本降低約35%；在與烏拉特100MW項目相同設計荷載條件下，RT86集熱器的單位面積用鋼量下降約20%，18米長度上的抗扭剛度與5.75m開口12米的常規(guī)槽相當?！?/p>

俞科還表示，目前RT86集熱器已完成定型并進入小批量生產(chǎn)階段，從場地布置、土建基礎、制造運輸、組裝安裝的工程化體系已經(jīng)成熟，預計很快就能投入電站的商業(yè)化部署。采用新型傳儲熱介質的槽式新技術示范基地也在巴彥淖爾啟動建設，歡迎各配套設備廠家參與相關國產(chǎn)化設備的示范和驗證。

槽式光熱電站降本路徑分析

俞科指出，光熱電站想在電力系統(tǒng)中參與交易，首先要降低度電成本。

此外，實現(xiàn)大容量光熱電站的建設運行，涉及項目管理費用、勘察設計、運維檢修等成本攤銷大幅降低，同時，足夠大的規(guī)模支撐產(chǎn)業(yè)鏈設備實現(xiàn)批量化、規(guī)模化生產(chǎn)，降本的空間也較大。

▍槽式光熱降本路徑：第一階段

俞科表示：“大型槽式電站通過產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；蜋C組規(guī)?；?，使度電成本下降30%~40%左右，對產(chǎn)業(yè)來說沒有壓力。目前國內還沒有嘗試300兆瓦槽式電站的設計，有必要可以借鑒國外電站，在國內各設計院嘗試進行大規(guī)模電站的設計?！?/p>

俞科認為，300MW/400MW級別光熱電站預期光熱電價可低于0.6元/kWh。

主要降本措施如下：

1、集熱器開口增加到8.6m：熱回路數(shù)量減少40%，集熱器驅動系統(tǒng)、柔性連接、地基基礎減少40%，導熱油管道、管道保溫數(shù)量也相應減少，支持300萬平米級別的單體鏡場；

2、采用標準化制造和安裝技術設計：提升了部件生產(chǎn)效率和組裝效率，降低了制造和安裝成本；

3、配備大尺寸集熱管：管內流阻降低，減少系統(tǒng)泵耗，降低廠用電量，減少了現(xiàn)場集熱管焊接量，降低了安裝成本；

4、采用硅基導熱油：出口溫度(≥430℃)提升，汽輪機效率提高，無需電伴熱防凝，降低熔鹽用量，運行更穩(wěn)定；

5、采用熔鹽介質：無需配置導熱油系統(tǒng)，傳儲熱一體化降低了電站初投資，簡化電站的運行模式。

俞科表示，該技術可很快實現(xiàn)商業(yè)化。

▍槽式光熱降本路徑：第二階段

俞科指出，600MW級光熱電站基于超大開口集熱器，該技術須在大型電站規(guī)模上才有可能產(chǎn)業(yè)化，預期光熱電價低于0.5元/kWh。

主要降本措施如下：

1、超大開口集熱器設計：集熱回路數(shù)量進一步減少，相應集熱器地基、驅動系統(tǒng)、柔性連接數(shù)量進一步減少，導熱油管道、管道保溫數(shù)量等也相應減少，支持單體400萬㎡的鏡場；

2、新型大口徑低熱損集熱管：采用超低發(fā)射率工藝，大幅減少集熱管由于溫度提升和輻射面積增加帶來的熱損失；

3、使用大型整體反射鏡：建筑級玻璃增加大風工況下反射面穩(wěn)定性，大幅降低組裝復雜程度和減少組裝成本；

4、采用高溫熔鹽作為傳熱流體：采用新型高溫熔鹽，進一步提升汽輪機效率與降低投資。

儲熱型光熱電站參與電力市場化運行的思考與設想

光熱發(fā)電兼具調峰電源和儲能的雙重功能。截至目前，全球仍無光熱發(fā)電參與電網(wǎng)調峰運行模式的案例，因此俞科建議，現(xiàn)階段光熱暫時參照火電交易規(guī)則，并進行適當優(yōu)化后參與電力現(xiàn)貨市場化運行。

俞科認為，現(xiàn)階段光熱的運行特點更接近于火電。光熱機組配置長時儲能，可將低谷時段的電力轉移到高峰時段，具備與煤電機組相似的日內調峰和頂峰作用。

按照發(fā)改價格[2023]1501號文件，自2024年1月1日起，煤電機組享受容量電價330元/千瓦/年，假設參照火電享受相同的容量電價，光熱機組參與電力現(xiàn)貨市場交易如下：

以烏拉特中旗地區(qū)為例，光熱機組在享受容量電價（330元/千瓦/年）、不承擔市場調節(jié)費用的前提下，針對不同的中長期簽約比例的綜合電價測算結果如下：

俞科指出，各地區(qū)的電力運行系統(tǒng)不同，節(jié)點電價不同，電源結構和負荷結構也有所差別，因此上述設想僅供參考，不同的區(qū)域結合當?shù)鼐唧w情況研判。光熱的造價亦然，不同地區(qū)的光熱造價相差甚遠，尤其西藏等高海拔地區(qū)，運輸和建設成本會相應提高。

最后，俞科提出如下設想：采用運行穩(wěn)定可靠的光熱技術，大容量光熱電站（400MW）的裝機方案，6~8小時儲熱時長，8~10億發(fā)電量，參與電力市場交易，結合容量電價在某些有條件的地區(qū)進行區(qū)域試點示范，是否可以推進？或者，結合當?shù)刎摵商匦耘渲蔑L電光伏一體化聯(lián)營，以接近火電的出力性能整體參與市場交易，是否可行？

關于龍騰光熱

常州龍騰光熱科技股份有限公司成立于2009年，十五年來專業(yè)致力于光熱發(fā)電技術的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

通過中核龍騰烏拉特100MW光熱國家示范項目的建設運行，龍騰光熱成功掌握了百萬平米級線聚焦集熱場集成運行技術與百兆瓦級儲熱型光熱電站整體解決方案，同時擁有高溫真空集熱管、槽式聚光器等核心裝備的自研制造能力，實現(xiàn)了進口替代并走向國際市場。

公司目前擁有數(shù)十項專利，參與起草和參編國家標準若干。俞科表示，在新時代雙碳目標的引領下，龍騰光熱將加快產(chǎn)業(yè)技術迭代與規(guī)?；当?，推動高效光熱技術的多場景應用與大規(guī)模部署，助力區(qū)域經(jīng)濟實現(xiàn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展。

2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會4月25-26日在內蒙古呼和浩特香格里拉大酒店盛大召開，大會由CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺聯(lián)合常州龍騰光熱科技股份有限公司共同主辦，大會主題為“在多變的形勢下實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展”，共有來自海內外約800名代表出席本屆大會。