近期,中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司推出兩期榮獲2019年度電力行業(yè)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)一等獎的光熱項(xiàng)目系列介紹,本文介紹了駐扎在“金色世界”德令哈的中控50MW太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目。

青海中控德令哈太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目位于青海省海西州德令哈市西出口太陽能工業(yè)園區(qū)。
該項(xiàng)目分兩期建設(shè):一期為青海中控10MW塔式太陽能熱發(fā)電站,也是亞洲首個投入商業(yè)運(yùn)行的光熱項(xiàng)目

2013年,電站一期項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電,標(biāo)志著我國自主研發(fā)的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)向商業(yè)化運(yùn)行邁出了堅(jiān)實(shí)步伐,為我國建設(shè)并發(fā)展大規(guī)模應(yīng)用的商業(yè)化太陽能熱發(fā)電站提供了強(qiáng)力的技術(shù)支撐。
2016年8月26日,該電站經(jīng)過熔鹽吸熱儲熱技術(shù)改造后成功投運(yùn),成為我國首座成功投運(yùn)的規(guī)?;瘍δ芄鉄犭娬?,全球第三座投運(yùn)的具備規(guī)?;瘍δ艿乃焦鉄犭娬?。
二期項(xiàng)目青海中控50MW塔式太陽能熱發(fā)電站是我國完全自主化開發(fā)的光熱電站。

該項(xiàng)目是國家首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目之一,也是國內(nèi)光熱電站核心技術(shù)全部采用國產(chǎn)技術(shù)的典型。項(xiàng)目配置7小時熔鹽儲能系統(tǒng),設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.46億千瓦時,等效滿負(fù)荷發(fā)電利用小時數(shù)2920小時。2018年12月30日順利并網(wǎng)發(fā)電,2019年4月17日實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。
作為我國完全自主化開發(fā)的光熱電站,該項(xiàng)目的運(yùn)行表現(xiàn)充分驗(yàn)證了我國自主研發(fā)的光熱發(fā)電技術(shù)的先進(jìn)性以及國產(chǎn)化裝備的可靠性,標(biāo)志著我國自主研發(fā)的塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)邁向新臺階。
一、設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)
1.高溫、高效、大容量儲熱熔鹽系統(tǒng)

圖:項(xiàng)目全景圖
項(xiàng)目采用完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的塔式熔鹽儲能光熱發(fā)電技術(shù),相比國內(nèi)建成的同類光熱項(xiàng)目,本工程的技術(shù)路線、性能及可靠性均保持領(lǐng)先,95%以上的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

電站配置7小時熔鹽儲熱系統(tǒng),已實(shí)現(xiàn)超過24小時連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電,2019年8月13日至16日已實(shí)現(xiàn)最高75小時連續(xù)發(fā)電,單次不停機(jī)累計(jì)發(fā)電量達(dá)240.7萬度,等效滿負(fù)荷連續(xù)發(fā)電小時數(shù)超48小時。
2.節(jié)約用地、緊湊模塊化發(fā)電區(qū)布置

圖:圓形場地
電站發(fā)電區(qū)用地多為圓形,盡可能將定日鏡靠近集熱塔布置,發(fā)電區(qū)場地利用率達(dá)到了70%以上。本項(xiàng)目熔鹽發(fā)電區(qū)占地直徑為190米,占地3.14公頃,中心發(fā)電區(qū)用地縮小較多。
模塊化布置主要體現(xiàn)在汽輪發(fā)電機(jī)組布置在汽機(jī)房,蒸汽發(fā)生器布置在儲換熱區(qū)域,塔內(nèi)布置上下塔高溫管道及空壓機(jī)房,其他工藝設(shè)備獨(dú)立布置,儲換熱配電區(qū)獨(dú)立布置。同時,本工程盡量合并與毗連輔助廠房及附屬建筑。

圖:高達(dá)200米的吸熱器
壓縮空氣機(jī)房布置在吸熱塔內(nèi),節(jié)約項(xiàng)目用地。220米高吸熱塔管道支撐內(nèi)搭采用獨(dú)立鋼結(jié)構(gòu),外塔為混凝土結(jié)構(gòu),最大程度控制了施工進(jìn)度,間接節(jié)約工程費(fèi)用。這一理念為國內(nèi)外同類項(xiàng)目首例。
3.運(yùn)行模式多樣,熱力系統(tǒng)復(fù)雜

圖:電力穩(wěn)定連續(xù)輸出
項(xiàng)目采用低負(fù)荷階段將末級高加汽源切換至汽輪機(jī)高壓缸本體更高一級壓力位置,當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)一步降低時再投運(yùn)額外的低負(fù)荷預(yù)熱器,相對于傳統(tǒng)的采用主蒸汽作為加熱汽源,提高了熱力系統(tǒng)綜合效率以及電站經(jīng)濟(jì)性。
設(shè)計(jì)了完備的啟動和停運(yùn)輔助蒸汽系統(tǒng),在機(jī)組夜間短期停機(jī)階段,蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生輔助汽源。這些熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)在熱備用模式下熱力系統(tǒng)停運(yùn)數(shù)月的功能。
4.熔鹽系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

圖:全自動無人駕駛清洗車
考慮到本工程電站寒冷、風(fēng)沙大等因素,蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)布置在簡易廠房內(nèi)部,并采用熔鹽罐坑的布置方式,所有熔鹽管道及設(shè)備都設(shè)置完備的電伴熱,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動前的預(yù)熱和運(yùn)行中的防凝。
熔鹽管道彈簧等支吊架設(shè)計(jì)考慮特殊工況,給出合理的支吊架選型,確保熔鹽管道的安全可靠,確保在管道冷態(tài)、熱態(tài)及系統(tǒng)熱態(tài)備用狀態(tài)管道的坡度能夠安全疏放參與熔鹽的要求,避免特殊情況下彈簧反作用力過大,長期運(yùn)行或可造成高溫奧氏體不銹鋼焊縫失效等問題。
5.控制系統(tǒng)、運(yùn)行模式探索
工程采用由鏡場控制系統(tǒng)(SCS)、分散控制系統(tǒng)(DCS)組成的自動化網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)控制功能分散,信息集中管理的設(shè)計(jì)原則。

圖:集控室
運(yùn)行人員在集中控制室內(nèi)通過LCD操作員站與大尺寸LCD顯示器、在就地巡檢人員的配合下,實(shí)現(xiàn)以LCD/鍵盤為中心的集中監(jiān)視和控制,在值班人員少量干預(yù)下自動完成機(jī)組的啟動、停止,正常運(yùn)行的監(jiān)視控制和異常工況處理。
6.核心技術(shù)達(dá)國際領(lǐng)先水平

圖:吸熱塔頂
據(jù)此前公開報(bào)道,國外塔式熔鹽光熱電站首年發(fā)電量達(dá)成率一般都在50%左右,三四年后達(dá)到90%左右。本項(xiàng)目在2019年7月17日至8月16日一個月內(nèi),電站累計(jì)發(fā)電量達(dá)1258.23萬度,同期理論發(fā)電量為1386.35萬度,月發(fā)電量達(dá)成率為90.76%,其中8月9日至8月15日一周的平均發(fā)電量達(dá)成率達(dá)97.65%。電站在實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行3個月后就實(shí)現(xiàn)了月度發(fā)電量達(dá)成率超過90%,足以驗(yàn)證項(xiàng)目的核心技術(shù)能力及運(yùn)維技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
二、良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益
1.設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)良,運(yùn)行指標(biāo)先進(jìn)
2019年10月-2020年2月,本項(xiàng)目累積發(fā)電量6185.62萬千瓦時,上網(wǎng)電量5545.19萬千瓦時,月度發(fā)電量達(dá)成率快速提升,平均發(fā)電量達(dá)成率96.41%,在2020年初的兩個月更是連續(xù)超過100%,刷新全球同類型電站投運(yùn)后同期的最高記錄,達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。
2.綠色節(jié)能環(huán)保,經(jīng)濟(jì)社會效益雙贏
本工程年發(fā)電量保守計(jì)算約1.46億千瓦時,根據(jù)初步推算,每年將替代燃煤約4.6萬噸,減少SO2排放量約43噸、NOx排放量約43噸、減少煙塵排放量約13噸,減排CO2約12.1萬噸。此外,還減少了燃煤電廠產(chǎn)生的噪聲及燃料、灰渣運(yùn)輸處置帶來的環(huán)境和生態(tài)影響。同時,本項(xiàng)目將原有戈壁荒地變?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)用地,變廢為寶,給當(dāng)?shù)貛砹丝捎^的經(jīng)濟(jì)及社會效益。
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