光熱電站項目要點和經(jīng)濟(jì)效益分析
來源:計鵬新能源 | 1評論 | 18477查看 | 2017-05-12 11:26:00    
一、光熱電站政策支持


1、國家能源局關(guān)于印發(fā)太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃的通知(國能新能[2012]194號)——推動光熱進(jìn)入實質(zhì)性發(fā)展階段;


2、科技部關(guān)于印發(fā)太陽能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃的通知(國科發(fā)計〔2012〕198號)——推動光熱技術(shù)研究工作;


3、國家能源局關(guān)于公布創(chuàng)建新能源示范城市(產(chǎn)業(yè)園區(qū))名單(第一批)的通知(能新能〔2014〕14號——推動光熱建筑一體化;


4、國家能源局綜合司關(guān)于做好太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃編制工作的通知(國能綜新能[2014]991號)——進(jìn)行了多項關(guān)于光熱的課題研究;


5、國家能源局關(guān)于組織太陽能熱發(fā)電示范項目建設(shè)的通知國能新能〔2015〕355號——開展示范項目的投標(biāo)工作;


6、國家能源局關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項目的通知[2016]223號——示范項目共20個,總計裝機(jī)容量134.9萬千瓦,分別分布在青海省、甘肅省、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆自治區(qū);


7、國家發(fā)展改革委出臺《關(guān)于太陽能熱發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價政策的通知》發(fā)改價格[2016]1881號——1.15元/kWh;


二、資源及選址


(一)資源情況


我國目前光熱發(fā)電太陽能資源分布及等級分類見圖1及表1所示


  圖1我國光熱資源分布圖


  表1光熱輻射等級分類


采用衛(wèi)星數(shù)據(jù)誤差較大,實際工作中,應(yīng)在站址位置設(shè)實測站進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)訂正。優(yōu)先選擇光資源優(yōu)良的地區(qū)開展前期工作。


(二)資源角度進(jìn)行場址選擇


在我國太陽能熱發(fā)電的起步階段,宜選擇太陽能資源條件較好的區(qū)域建設(shè)示范項目,有利于降低發(fā)電成本。我國主要可利用的光熱資源儲量見表2所示:


  表2我國主要可利用光熱資源儲量


我國目前首批20個光熱發(fā)電示范項目分布在青海省、甘肅省、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆自治區(qū)。根據(jù)資源圖譜所示,項目區(qū)域普遍在1700kWh/m2a以上,最高地區(qū)甚至超過了2200kWh/m2a。如果按照100MW項目計算,全廠發(fā)電年平均效率相同的情況下,1700kWh/m2a地區(qū)與2200kWh/m2a地區(qū)年發(fā)電量大約相差約50000-75000MWh。


(三)影響發(fā)電量的重要指標(biāo)-DNI


DNI是光熱電站項目經(jīng)濟(jì)可行性研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對于任何一個光熱電站,開發(fā)商要對自己和投資方負(fù)責(zé),都必須在項目預(yù)選地安裝測光站,進(jìn)行至少一年以上的實際輻照數(shù)據(jù)搜集。依靠美國NASA的公開數(shù)據(jù)和我國各地氣象站提供的數(shù)據(jù)資料并不足以指導(dǎo)光熱電站的項目選址。DNI的計算方法及流程見圖3所示。


  圖2我國具有DNI指數(shù)氣象站分布情況


  圖3DNI計算流程


三、光熱電站工程要點


(一)槽式光熱電站


1、發(fā)電原理介紹


利用反射鏡,將太陽的直接輻射能聚集在吸熱器上,加熱吸熱器中的吸熱介質(zhì),將光能轉(zhuǎn)化成熱能;再利用吸熱介質(zhì)的熱能通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生過熱蒸汽;利用過熱蒸汽通過汽輪發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)熱能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)換,見圖4所示。


  圖4光熱能量轉(zhuǎn)換過程圖


2、發(fā)電量及全廠發(fā)電年平均效率的計算:


太陽能熱發(fā)電發(fā)電量與太陽能資源數(shù)據(jù)、集熱場特性數(shù)據(jù)、儲熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)、發(fā)電島有關(guān)數(shù)據(jù)等因素密切相關(guān),通過仿真模擬計算出逐時發(fā)電量,從而得到全年發(fā)電量,用以評估太陽能熱發(fā)電項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。


根據(jù)以上數(shù)據(jù),計算全廠發(fā)電年平均效率如下:


η=Q/(DNI×A×n)


其中:η全廠總效率(%);


Q年發(fā)電量(kwh/a);


DNI年法向直接輻射量(kwh/m2.a);


A單回路集熱器開口面積(m2);


N集熱場回路數(shù)量;


3、影響發(fā)電量計算主要參數(shù):


  表3影響發(fā)電量主要因素表


(二)設(shè)備選型


1、槽式拋物面聚光器


(1)集熱系統(tǒng)配置根據(jù)當(dāng)?shù)毓庹召Y源條件、場地條件,汽輪機(jī)出力、熱儲能時間及各系統(tǒng)效率確定。


(2)槽式聚光器集熱器是由真空集熱管、拋物反射鏡、支架和跟蹤控制裝置構(gòu)成,實現(xiàn)最大地吸收太陽直接輻射能。


(3)集熱器要具有一定反射面積。


(4)集熱器定向要適合當(dāng)?shù)靥栠\行軌跡。


(5)集熱器是槽式電廠中的最關(guān)鍵的核心設(shè)備。


  圖5槽式拋物面聚光器


2、真空集熱管


(1)內(nèi)管涂覆有選擇性吸收涂層后的鋼管用經(jīng)鍍膜的硼酸玻璃管封裝后抽真空。


(2)通過波紋管吸收二者間的膨脹差。


(3)真空集熱管(HCE)是集熱器的一個關(guān)鍵部件。

  圖6真空集熱管集熱示意圖


  
表4集熱管及其參數(shù)表


3、反光鏡


(1)由超白玻璃、反射層、緩沖層、保護(hù)層等構(gòu)成。


(2)要具有高精度、高反射率、高耐久性的性能。


(3)銅膜,具有很好的防腐蝕性能。


(4)反射鏡要具有抵抗外力沖擊能力。


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圖7反射鏡結(jié)構(gòu)圖


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表5反射鏡技術(shù)參數(shù)參考表


4、吸熱傳熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油)


其特性主要有:工作溫度高;熱穩(wěn)定性強(qiáng);傳熱性佳;熱傳遞損失小;低蒸汽壓;低凝固點;材料相容性好;經(jīng)濟(jì)性好。


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表6吸熱傳熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油)技術(shù)參數(shù)參考表


 5、蒸汽發(fā)生裝置


(1)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)主要由預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過熱器和再熱器組成。


(2)單套系統(tǒng)具有管系簡單、設(shè)備占地小、閥門少、運行調(diào)節(jié)簡單等特點。


(3)而兩套系統(tǒng)具有低負(fù)荷調(diào)節(jié)性能強(qiáng)的特點,但整體占地較大。


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表7蒸汽發(fā)生裝置參數(shù)參考表


6、儲熱方式


太陽能儲熱主要有三種形式:A.顯熱儲熱B.潛熱儲熱C.化學(xué)反應(yīng)儲熱。


儲熱材料應(yīng)滿足以下要求:


儲熱密度大;穩(wěn)定性好;無毒、無腐蝕、不易燃易爆,且價格低廉;導(dǎo)熱系數(shù)大,能量可以及時地儲存或取出;不同狀態(tài)間轉(zhuǎn)化時,材料體積變化要??;合適的使用溫度。


7、汽輪發(fā)電機(jī)組容量和型式


合理選擇機(jī)組容量:


(1)單機(jī)容量的增大,有利于降低工程單位造價,但需要技術(shù)成熟度作為支撐,同時,還要考慮儲熱系統(tǒng)的容量和機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性。


(2)對于槽式電站,集熱場規(guī)模增大,傳熱介質(zhì)的流動距離更長,阻力也將更大,會使廠用電消耗增加。


(3)機(jī)組容量應(yīng)綜合技術(shù)成熟度、儲熱系統(tǒng)容量和機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行多方案比選后確定。


汽輪機(jī)型式的主要特點有:啟動迅速、頻繁啟停、高效可靠,應(yīng)具有快速響應(yīng)進(jìn)汽參數(shù)變化及低負(fù)荷連續(xù)運行的能力。其型式有:高溫高壓或中溫高壓、一次中間再熱、雙缸、雙軸、雙轉(zhuǎn)速(高壓缸轉(zhuǎn)速6000rpm,低壓缸轉(zhuǎn)速3000rpm)、凝汽式汽輪機(jī)。額定功率背壓:在缺水地區(qū),采用空冷機(jī)組。為提高機(jī)組全年運行的經(jīng)濟(jì)性,建議按照額定背壓(冷卻介質(zhì)全年平均計算溫度對應(yīng)的背壓)作為汽輪機(jī)額定功率背壓。


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圖8槽式太陽能熱電項目汽輪發(fā)電機(jī)組外形圖


與常規(guī)火電機(jī)組的不同點是:


(1)發(fā)電機(jī)布置在高壓缸與低壓缸之間,高壓缸通過變速箱與發(fā)電機(jī)連接。高低壓缸可單獨運行也可以聯(lián)合運行;


(2)采用再熱設(shè)計可顯著提高汽輪發(fā)電機(jī)組效率,最高效率可達(dá)40%以上;


(3)可長時間低負(fù)荷運行(20%負(fù)荷),冷態(tài)啟動時間僅需1~2小時(0%~100%負(fù)荷),溫態(tài)啟動時間僅需20~30分鐘(0%~100%負(fù)荷)。


8、主變壓器選擇


(1)主變壓器容量應(yīng)按照發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后,留有10%的裕度。


(2)主變壓器額定電壓根據(jù)發(fā)電機(jī)出口電壓,以及并網(wǎng)電壓選擇。


(3)主變主要技術(shù)參數(shù)注意事項請見表8(數(shù)據(jù)為參考值)。


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表8主變主要技術(shù)參數(shù)表


9、導(dǎo)體選型


導(dǎo)體及設(shè)備選擇遵照《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定》DL/T5222-2005,并考慮以下特殊條件。


(1)項目所在區(qū)域室內(nèi)外環(huán)境溫度。


(2)當(dāng)?shù)氐奈鄯x等級。


(3)敷設(shè)方式。


(4)直埋式要考慮土壤腐蝕度和地下水位。


(5)地震裂度,地震加速度值等。


(6)導(dǎo)體及電氣設(shè)備均根據(jù)海拔高度選擇,并做修正。


(三)土建工程


光熱電站選址應(yīng)根據(jù)國家可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃、地區(qū)自然條件、太陽能資源、交通運輸、接入系統(tǒng)、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、其它設(shè)施等因素全面考慮,綜合規(guī)劃。選址過程中應(yīng)考慮以下因素:①不宜占用耕地。②光照時間長,提高發(fā)電量。③地勢高差小,減少土石方工程量(場地平整度要求嚴(yán)格)。④應(yīng)避開嚴(yán)重污染區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、氣候災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)、影響人類居住或受人類活動影響區(qū)。⑤水資源相對豐富(100MW-17.6萬噸)。


總平面布置原則:


1、滿足各場地和設(shè)施功能要求,為生產(chǎn)過程創(chuàng)造有利條件。


2、符合當(dāng)?shù)匾?guī)劃要求。


3、充分利用占地,緊湊布置總平面。節(jié)省投資,加快本期建設(shè)的進(jìn)度。


4、盡量縮短運輸距離和管線長度。


5、利用風(fēng)向減少相互干擾,改善環(huán)境。


6、滿足各種防護(hù)距離的要求。


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表9太陽能熱發(fā)電站選址一般性條件


建筑物主要類型有汽機(jī)房、化學(xué)水處理站、換熱站、綜合水泵房、補(bǔ)給水泵房、生活污水處理站、辦公樓、HTF泵房、啟動與防凝鍋爐房、空冷配電間、原水預(yù)處理。


建筑物布置原則:廠區(qū)內(nèi)建筑物的布置在結(jié)合廠區(qū)的總體規(guī)劃、滿足生產(chǎn)工藝要求及方便管理的前提下,盡可能創(chuàng)造較好的工作環(huán)境。除辦公樓用于人員生活外,其他建筑均用于生產(chǎn),故最好都采用單層結(jié)構(gòu)。建筑材料盡量就地取材,節(jié)約成本。


在查明場區(qū)地質(zhì)條件的情況下,需對場區(qū)內(nèi)構(gòu)筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括:


1、集熱區(qū):槽式集熱陣列基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)設(shè)計。


2、儲熱區(qū):事故油坑、HTF溢流罐、HTF膨脹箱、HTF泵房、熔鹽儲熱罐、導(dǎo)熱油熔鹽換熱器和熔鹽熔化爐(熔鹽初始融化系統(tǒng))等基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)設(shè)計。


3、發(fā)電區(qū):空冷平臺、換熱站、架構(gòu)和設(shè)備支架等。


(四)安裝工程


1、場地平整:對場區(qū)平整度要求較高,土方量較大,應(yīng)結(jié)合地形,合理布局,在滿足要求的前提下做到減少土方工程量,降低造價。


2、防洪防澇:場區(qū)占地面積較大,大雨天容易積水形成沖涮和洪澇,應(yīng)做好排水措施。


3、施工難度:高海拔,溫度低,要考慮工程防凍及冬季施工要求。


4、水資源:高海拔地區(qū),水資源不足,需要提前做好相關(guān)準(zhǔn)備,若條件允許,盡量使用地表水資源及處理后的污水。


5、占地面積:占地面積與太陽直接輻射強(qiáng)度、機(jī)組容量、聚光集熱方式和儲熱系統(tǒng)容量等均有關(guān)系,故申請用地面積前,一定要根據(jù)收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析確定。


6、安裝:安裝精度會影響聚光鏡跟蹤的命中率和精準(zhǔn)度,從而影響發(fā)電量,需要嚴(yán)格控制。


占地面積包括:


a、集熱場安裝施工區(qū)(安裝車間和倉庫)


b、換熱安裝施工區(qū)


c、汽機(jī)機(jī)力塔安裝施工區(qū)(汽機(jī)施工區(qū)和機(jī)力塔施工區(qū))


d、其它安裝區(qū)(電氣施工區(qū)、設(shè)備堆放區(qū)、修配鉚焊區(qū)、機(jī)械站區(qū))


e、土建施工區(qū)(鋼筋加工、混凝土攪拌站、木工模板區(qū))


f、輔助生產(chǎn)及施工管理區(qū)(施工管理區(qū)和倉庫)、宿舍及其它生活設(shè)施占地等。


g、100MW工程占地面積約4.50hm2,其中施工區(qū)用地3.7hm2,施工生活區(qū)占地0.8hm2


四、光熱電站經(jīng)濟(jì)性分析


(一)投資


1、測算基本條件


以槽式光熱項目為例,其各類投資投產(chǎn)比例見圖9所示


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圖9槽式光熱項目靜態(tài)投資投產(chǎn)比例圖


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表10主輔生產(chǎn)工程投資構(gòu)成與占比分析(槽式)


(二)經(jīng)濟(jì)性分析


1、基本收益情況


(1)測算條件


槽式100MW光熱項目,儲能7小時,運行25年,建設(shè)期2年,投資按前述測算投資。電價按1.15元/kW(示范項目電價),年發(fā)電量暫按3000h;


年耗水量15×104t,水價3元/t,發(fā)電場用電率10%,發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)氣耗0.015Nm3/kWh,氣價2元/Nm3,外購電量2700MWh,工業(yè)電價0.75元/kWh;材料費8元/MWh;其他費用12元/MWh;


資本金20%,80%的銀行貸款,長期貸款利率4.90%;


(2)收益情況


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表11測算投資收益匯總表


(3)敏感性分析


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表12測算敏感性分析表


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圖10敏感性圖


從圖10中可以看出,收益對電價最為敏感,其次是投資,再次是利率。


2、投資變化的影響


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表13主要成本構(gòu)成表


各設(shè)備隨著降價幅度的不同,都收益的影響也不同,但隨著技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新,設(shè)備價格的持續(xù)下降,在現(xiàn)有電價條件下,光熱電站是可以實現(xiàn)8-10%的收益率。


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表14主要設(shè)備成本變化對應(yīng)收益及相當(dāng)?shù)碾妰r變化表


3、發(fā)電量變化的影響


發(fā)電量增長和降低的變化趨勢有所不同,下降時都收益影響會大一些。發(fā)電量每變化100h,資本金內(nèi)部收益率約調(diào)整1.2%,相當(dāng)于電價調(diào)整0.042元/kWh。詳見表13


表15.jpg

表15發(fā)電量變化對收益和相當(dāng)?shù)碾妰r變化表


4、預(yù)期電價的調(diào)整趨勢


在2020年電價降到0.75元/kWh,下降幅度為34.78%;


成本下降到15000元/kW左右,下降幅度約為40%。


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圖11數(shù)據(jù)來源于《中國太陽能發(fā)展路線圖》


2020年電價0.75元/kWh,仍以發(fā)電量3000h,廠用電率10%,2700h進(jìn)行測算,以資本金稅后IRR8%對投資進(jìn)行測算:


投資下降37%,財務(wù)內(nèi)部收益率可達(dá)到8%,下降41%資本金稅后IRR可達(dá)到10%。具體見表所示


表16.jpg

表16電價變化后的收益變化分析


我國常規(guī)能源儲采比遠(yuǎn)低于世界平均水平,目前已成為世界第一大能源消費國、原煤進(jìn)口國、電力裝機(jī)國,原油和天然氣對外依存度高達(dá)60%和30%,中國大范圍持續(xù)霧霾等大氣污染已成為“心肺大患”。


光熱的發(fā)展未來并非一條陽光坦途,從技術(shù)研發(fā)、方案設(shè)計、設(shè)備制造、到系統(tǒng)集成、運營維護(hù),需要整個行業(yè),全產(chǎn)業(yè)鏈齊心協(xié)力共同努力,十三五是光熱發(fā)展的關(guān)鍵時期!

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zjchuaran
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2017-07-06 14:07:51
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