創(chuàng)新型SUNSAIL光熱發(fā)電系統(tǒng)和“BOSS”服務(wù)全解讀
發(fā)布者：本網(wǎng)記者xylona | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 7001查看 | 2017-11-16 11:50:00
——專訪鉅光太陽能科技（北京）股份有限公司董事長劉曉冰
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：“中國光熱發(fā)電行業(yè)起步較晚，但我們不能只甘于做國外技術(shù)的跟跑者，我們要與其并肩跑，甚至不斷超越，成為全球光熱發(fā)電行業(yè)的領(lǐng)跑者?！扁牴馓柲芸萍迹ū本┕煞萦邢薰荆ㄒ韵潞喎Q鉅光）董事長劉曉冰日前在接受CSPPLAZA記者專訪時如是表示。
劉曉冰帶領(lǐng)下的鉅光正從兩個方向發(fā)力，來踐行他所說的這句話。11月10日，鉅光在青海德令哈落戶的全國首個光熱電站調(diào)試運維服務(wù)中心“BOSS服務(wù)中心”揭牌成立。同時，鉅光積蓄多年研發(fā)的SUNSAIL單塔雙碟式聚光系統(tǒng)樣機“SUNSAIL800-600”也于青海博昱新能源公司廠區(qū)內(nèi)動工建設(shè)。
圖：鉅光董事長劉曉冰
集合槽、塔、碟三種技術(shù)優(yōu)勢于一身
CSPPLAZA：分體運行太陽能碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)（SUNSAIL系統(tǒng)）是鉅光的核心技術(shù)，其創(chuàng)意始于2010年8月，請問這個創(chuàng)意是怎么產(chǎn)生的？
劉曉冰：這主要在于我對槽式、塔式、碟式三種太陽能熱發(fā)電技術(shù)路線的經(jīng)驗積累。2003年12月8日，我離開沈陽的一家國企來到北京，加入了中科院電工所王志峰老師的團隊，并擔(dān)任團隊的副主任，自此以后我真正進入了太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域。
在此期間，我參與了塔式、槽式以及碟式太陽能集熱器的研發(fā)，其中包括全國第一個槽式系統(tǒng)，總長約12米，建于北京通州。在國家“十一五”863項目中，我有幸擔(dān)任了其中的國家太陽能塔式熱發(fā)電項目定日鏡方面的組長。在此期間，我深度參與了對塔式定日鏡的設(shè)計、制作、安裝、調(diào)試及測試等工作，并對其有了更為充分和全面的了解。
2009年完成這個國家課題以后，加入了一家美國公司，這家公司的技術(shù)源自美國NASA研發(fā)的碟式太陽能技術(shù)。我在該公司擔(dān)任副總裁期間的主要責(zé)任就是將這個示范系統(tǒng)推向市場。按照計劃，公司計劃采用該技術(shù)在敦煌建設(shè)裝機18MW的光熱電站。
但事實上，在調(diào)試過程中，我們始終無法將系統(tǒng)調(diào)試至設(shè)計溫度，在對系統(tǒng)的每個部分進行逐一甄別后，我們發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可謂是“先天不足”，在設(shè)計儲熱系統(tǒng)溫度850攝氏度情況下，其實際溫度只能達到約500攝氏度，那么這將近300攝氏度的熱量損失到哪里了呢？經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的管道過細，流量過小，相對損失過大，3米長的管道損失熱量將近300攝氏度，這對整體系統(tǒng)而言是個“死穴”，采用一般方式幾乎無法解決。
在重壓之下，我結(jié)合此前針對不同技術(shù)路線的經(jīng)驗，以及該項目的失敗教訓(xùn)，將項目原有設(shè)計的88個碟式系統(tǒng)變成兩個碟，因此，在SUNSAIL系統(tǒng)中既能看到塔式與槽式技術(shù)的影子，又有碟式的技術(shù)根基，且規(guī)避了空氣傳輸管道熱量損失的弊端。
2010年，我就SUNSAIL技術(shù)申請了專利，并接受公司指令在半年內(nèi)制造出該技術(shù)樣機，用這一技術(shù)替代原有技術(shù)建設(shè)18MW的光熱電站。經(jīng)項目業(yè)主單位幾輪分析論證后同意，用SUNSAIL替代原有的聚光集熱方案。設(shè)計院也對此進行了可行性分析。2011年10月份，敦煌發(fā)改委、能源局也對SUNSAIL方案非常青睞，甚至提出將SUNSAIL電站作為一道景觀，把項目原選址地改至省道附近。但遺憾的是，由于公司資金鏈斷裂，最后這一設(shè)想并未實現(xiàn)。
2012年我對這一技術(shù)又做了進一步升級。SUNSAIL一代技術(shù)需要與汽輪機耦合，也需要用水，目前的SUNSAIL第二代系統(tǒng)是通過與微燃機、斯特林機、超臨界CO2布雷頓機結(jié)合做到“無水”發(fā)電，即日常只需鏡面清洗用水，發(fā)電過程則無需用水。
CSPPLAZA：作為一種創(chuàng)新型技術(shù)，您認為SUNSAIL與槽式或者塔式技術(shù)路線相比有何優(yōu)勢？
劉曉冰：在光熱發(fā)電常見技術(shù)路線中，碟式技術(shù)的最大優(yōu)勢就在于高效率，例如斯特林機的效率可以達到30%以上，甚至40%。從光熱發(fā)電的技術(shù)來講，槽式技術(shù)是目前最穩(wěn)妥的技術(shù)，從成本而言也是目前最低的，但是導(dǎo)熱油槽式技術(shù)輸出的溫度一般在393攝氏度左右，但這一溫度一般只能用于過熱蒸汽發(fā)電，而過熱蒸汽發(fā)電機組熱電轉(zhuǎn)換效率最高也僅有30%左右，再乘上此前的熱效率，最終理想的光電轉(zhuǎn)換效率可能僅有24%。而效率往往決定了機組一年的發(fā)電量，也是制約電價的重要因素之一。
通常情況下，塔式技術(shù)路線目前成本高于槽式，且占地面積大，但當(dāng)前之所以有聲音認為塔式技術(shù)能走得更遠，就在于塔式這種點聚焦式的技術(shù)可以讓系統(tǒng)達到更高的運行溫度，甚至實現(xiàn)超臨界技術(shù)發(fā)電。傳統(tǒng)的燃煤技術(shù)正在關(guān)停小機組，讓技術(shù)向超臨界甚至超超臨界方向發(fā)展，這是火電目前正在走的路，那么在成本下降困難的情況下，光熱發(fā)電若想要替代火力發(fā)電勢必要提高機組發(fā)電效率，例如提高鏡場輸出參數(shù)，采用超臨界技術(shù)，效率能夠達到44%。因此有觀點認為塔式技術(shù)能比槽式技術(shù)走得更遠，但這一觀點的前提是使用熔鹽工質(zhì)運行溫度達到560攝氏度以上，若采用過熱級發(fā)電技術(shù)槽式不會遜于塔式的。
但國際上也有把碟式系統(tǒng)作為未來發(fā)展方向的觀點，一般而言集熱溫度越高，效率越高。SUNSAIL的運行溫度就可以在600攝氏度至1600攝氏度之間取舍，根據(jù)應(yīng)用端或者負荷端的需求輸出相應(yīng)溫度以及相應(yīng)的能量。通過超臨界二氧化碳透平發(fā)電或者前置儲熱、后置斯特林機發(fā)電的方式以及微燃機發(fā)電的形式提升項目年發(fā)電量。
就熱損失而言，SUNSAIL的熱損低于槽式。槽式集熱場面積大，輸送管網(wǎng)長，造成其熱損失相對較大，它要靠設(shè)置伴熱系統(tǒng)來維持基礎(chǔ)溫度。
就光損失而言，SUNSAIL的光損失低于塔式。50MW的塔式光熱電站，鏡場最遠定日鏡和集熱塔距離甚至可以達到1.5公里以上，這意味著其光在聚集過程中衰減很大，它光斑溢出也不可避免，但SUNSAIL的聚光光程很短，僅幾十米左右，且拋物面的三點一線逐日跟蹤方式，使得光的余弦損失非常小。
此外，還有更重要的一點就是無水發(fā)電。當(dāng)前太陽能熱發(fā)電行業(yè)面臨一個較為“尷尬”的問題：太陽能熱發(fā)電站適宜建設(shè)于DNI值較高的戈壁沙灘，但是往往這些地區(qū)嚴重缺水。在“十三五”可再生能源規(guī)劃中就提到引領(lǐng)太陽能熱發(fā)電發(fā)展的技術(shù)應(yīng)該是深度節(jié)水技術(shù)。而SUNSAIL的特點恰恰符合這一發(fā)展方向，這更是其相對于槽式與塔式的優(yōu)勢所在。
CSPPLAZA：相對于傳統(tǒng)碟式技術(shù)，SUNSAIL具有怎樣的優(yōu)勢？
劉曉冰：傳統(tǒng)碟式技術(shù)路線包括碟式斯特林機發(fā)電，最穩(wěn)定的單碟只有25千瓦，功率較小且發(fā)電功率較難增加。有人曾想將單碟發(fā)電功率設(shè)計為30千瓦，增加了5千瓦，結(jié)果卻不盡人意。當(dāng)然可能還有其它因素的影響，譬如增加了機組發(fā)電功率，勢必需要加大聚光鏡的面積，遠端支撐著的斯特林機距離碟的位置則要更遠，這些都會影響聚光能流的穩(wěn)定性。
傳統(tǒng)碟式最致命的問題就是沒有儲熱。國家首批光熱發(fā)電項目名單之所以沒有碟式項目，和目前碟式斯特林發(fā)電技術(shù)無儲熱不無關(guān)系，沒有儲熱就無法完全展示出光熱發(fā)電的優(yōu)勢。若無儲熱，碟式技術(shù)的性質(zhì)將與光伏類似，但相較于光伏，碟式技術(shù)并無成本優(yōu)勢。
但事實上，從70年代開始，碟式聚光集熱技術(shù)分為兩種技術(shù)路線：聚光-集熱-碟式斯特林機直接發(fā)電和聚光-集熱-儲熱-發(fā)電/熱利用模式。SUNSAIL系統(tǒng)則采用的是第二種方式，通過集熱塔吸熱-儲熱然后發(fā)電。因此，SUNSAIL可能成為碟式在該發(fā)展方向上的新的里程碑。鉅光所作的就是搭建了太陽能聚光集熱的一個平臺，后續(xù)需要靠多單位，多學(xué)科和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來推動和實現(xiàn)其的市場應(yīng)用。未來SUNSAIL將邀請中國科學(xué)院電工所來進行第三方性能檢測。
此前我?guī)ьI(lǐng)的美國公司團隊為18MW電站設(shè)計的單個系統(tǒng)是1250m2聚光面積，而本次SUNSAIL樣機集熱面積設(shè)計為800m2。就目前全球范圍內(nèi)而言，澳大利亞和以色列分別都有不同形式的碟式聚光集熱系統(tǒng)，聚光面積都為500m2。SUNSAIL采用800m2的設(shè)計，既突破了世界現(xiàn)有記錄，又不會造成太大的技術(shù)困難；既可以驗證了系統(tǒng)性能和技術(shù)的可行性，又減少了樣機的投資。SUNSAIL800-600樣機的名稱含義就是800m2的集熱面積，達到600攝氏度的輸出溫度和每小時590kW的功率輸出能力。
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