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4月26日，2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在內(nèi)蒙古呼和浩特盛大召開，中國船舶重工集團新能源有限責任公司（簡稱中船新能）梁釗晨出席會議，并作《光熱發(fā)電項目安全高效運維策略探討》的主題演講。

圖：中國船舶重工集團新能源有限責任公司區(qū)域總經(jīng)理梁釗晨

在本次演講中，梁釗晨主要對由中船新能設(shè)計、建設(shè)、調(diào)試和運維的內(nèi)蒙古烏拉特中旗100MW/10小時儲能槽式光熱發(fā)電項目（以下簡稱烏拉特中旗項目）進行了詳細介紹。

電站運行時長、發(fā)電指標逐年創(chuàng)新高

作為目前內(nèi)蒙古唯一在運的槽式光熱電站，烏拉特中旗項目不僅是2016年國家能源局確定的首批20個太陽能熱發(fā)電示范項目之一，同時也是目前國內(nèi)裝機最大、儲熱時間最長的槽式光熱電站，項目設(shè)計年存光熱發(fā)電量是3.3億度電，等效3300小時。

圖：烏拉特中旗光熱電站

圖：項目里程碑節(jié)點

據(jù)梁釗晨介紹，基于中船新能對烏拉特中旗光熱發(fā)電項目建設(shè)期間的高質(zhì)量控制，電站實現(xiàn)了第一年各項參數(shù)達標，第二年超設(shè)計值，且運行時長、發(fā)電指標逐年創(chuàng)新高。

如上圖所見，2021年4月，中船新能開創(chuàng)出分布式儲熱化鹽系統(tǒng)，全球首次利用集熱場與儲熱系統(tǒng)配合進行化鹽，提前2個月投入儲熱系統(tǒng)運行，在儲熱系統(tǒng)運行半年的情況下，電站實現(xiàn)發(fā)電量2.293億kWh，各項參數(shù)指標均達到設(shè)計值；

2021年底—2022年初，項目公司組織對機組進行檢查性檢修項目，同時對相關(guān)系統(tǒng)進行了“提質(zhì)增效”改造工作，在系統(tǒng)停運1個月的情況下，2022年發(fā)電量達到3.106億kWh，年運行時長4869.82小時，實現(xiàn)了項目運行的第二年各項指標超設(shè)計值；

2023年，受極端天氣影響（沙塵、大雪），機組運行時長減少，在太陽輻射強度（DNI累積值）同比上年減少3.89%的情況下，項目公司積極采取優(yōu)化電站運行策略，推進電站精細化調(diào)整等措施，保障機組應(yīng)發(fā)盡發(fā)，實現(xiàn)全年發(fā)電量3.25984億kWh，超純光熱發(fā)電量設(shè)計值556萬kWh，年平均光電效率達到14.86%，同比設(shè)計值（14.54%），提升2.2%。

在3年的運維過程中，中船新能不斷積累運維經(jīng)驗，通過持續(xù)優(yōu)化運行策略、升版操作規(guī)程、提升設(shè)備可靠性管理等措施，縮短了光熱電站運維水平的爬坡期，實現(xiàn)發(fā)電量屢創(chuàng)新高，持續(xù)領(lǐng)跑國內(nèi)光熱電站。

目前，烏拉特中旗光熱電站各系統(tǒng)運行穩(wěn)定，投運至今連續(xù)安全運行1200余天，系統(tǒng)投運率100%；機組最高發(fā)電功率達105.54MW/h（設(shè)計值100MW/h）；單日最高發(fā)電量達到221.6萬千瓦時（設(shè)計值210萬千瓦時）；單月純光熱發(fā)電量達到5230萬千瓦時；完整年純光熱發(fā)電量約3.3億千瓦時（2022年4月-2023年3月）；年平均集熱場LOC利用率≥99.72%；年平均集熱場LOC投入率100%；機組年等效利用小時數(shù)達到3300小時。

上圖中，梁釗晨截取了6月1日—17日烏拉特中旗光熱電站的發(fā)電情況，由圖可見，2023年6月13日全天平均發(fā)電負荷達到了92.3MW。梁釗晨認為，這不僅是基于中船新能的高質(zhì)量、高標準的建設(shè)要求，與其運維團隊也密不可分。

運維經(jīng)驗不斷成熟，形成相關(guān)企業(yè)標準200余項

光熱電站最核心的能量來源為“太陽輻射”，因此提高光熱資源利用率是衡量光熱電站運維水平的一項重要指標。梁釗晨指出，烏拉特中旗光熱發(fā)電項目自投運以來，面對如何提高光資源利用率，遇到了來自外部（天氣狀況影響）和內(nèi)部（運行調(diào)整策略）的各類困難。如：沙塵天氣、冬季低溫天氣造成集熱場鏡面反射率低；多云天氣運行的安全性與經(jīng)濟性平衡、冬季槽式集熱器結(jié)霜對發(fā)電影響等。

梁釗晨還指出，由于集熱器反射鏡都是在戶外環(huán)境使用，我國中西部地區(qū)每年受到沙塵天氣侵擾，集熱器鏡面容易沉積粉塵，一方面沙塵會降低反射鏡的反射率，導(dǎo)致接收的太陽輻射損失較多，另一方面沙塵中含有大量的鈣鎂氧化物，遇到雨、雪、結(jié)霜天氣后，若不及時清理會逐漸產(chǎn)生鈣鎂水垢，嚴重影響集熱場的光熱轉(zhuǎn)換效率和反射鏡使用壽命。因此，鏡面潔凈程度是影響光熱電站安全、高效運行的關(guān)鍵因素。

圖：（中）沙塵暴過后的鏡面附著物，（右）清洗車正在清洗鏡面

除此之外，目前行業(yè)內(nèi)光熱電站大都面臨春季風沙大、冬季低溫清洗結(jié)冰等清洗效率低的共性問題，若不及時清理則影響發(fā)電效率；若采取的清洗措施不合適會加速磨損反射鏡，為此，烏拉特光熱電站從清洗設(shè)備改進、清洗策略優(yōu)化兩方面提高清洗效率的同時，也保障了設(shè)備最低的磨損率。2023年，烏拉特中旗光熱電站年平均反射率89.58%，因鏡面反射率提升，使年發(fā)電量提升約1800萬kWh。

圖：晴天運行曲線

上圖反映了烏拉特中旗光熱電站一個典型晴天的運行情況，其中紫色的拋物線為當天DNI的曲線，藍色的曲線是汽輪機的發(fā)電曲線，黃色的曲線是鏡場導(dǎo)熱油的總?cè)萘俊?/p>

梁釗晨表示：“光照充足且無云的情況，調(diào)整不當可能會造成集熱器局部超溫，也會造成棄光率較大（集熱器偏焦，熱量無法有效利用）。烏拉特中旗光熱電站針對此問題開展集熱場精細化調(diào)整專項研究分析（鏡場流量平衡、調(diào)整策略等），在保證集熱場LOC投入率最大化的同時，通過精細化調(diào)整策略既保證集熱場LOC不偏焦，又能保證較高的集熱場出油溫度且無超溫回路，同時防止了導(dǎo)熱油碳化，提高了機組的經(jīng)濟性，整體提高了機組效率，保證機組能夠連續(xù)高焓值發(fā)電。”

圖：多云天運行曲線

如上圖所示，梁釗晨還展示了烏拉特中旗光熱電站多云天氣運行曲線。他表示，紫色曲線為DNI值，變化較大，據(jù)運維人員的判斷，多云天氣一般有兩種云層，一種是高空云，另一種則是中低空積云。

高空云通常并不會完全遮蔽陽光，太陽光透過云層仍有比較穩(wěn)定的DNI，本著多吸熱少棄光的原則，需要精確計算出與當前DNI所匹配的集熱場流量，來保持較高的系統(tǒng)溫度（霧霾沙塵天氣調(diào)整方式類似）。

中低空積云通常會以一大塊、一大塊的形式懸于空中，途經(jīng)發(fā)電站上空會遮擋部分或全部集熱場，若不及時調(diào)整入云、出云時的集熱場流量、回路溫控和機組負荷，會導(dǎo)致系統(tǒng)溫度迅速下降或升高，影響機組設(shè)備運行安全，因此隨著DNI的變化及時調(diào)整集熱場流量，提前調(diào)整集熱場回路溫控及機組負荷等措施，對全面把控機組安全尤為重要。

除此之外，還有一種晴轉(zhuǎn)陰后轉(zhuǎn)晴的天氣，遇到晴轉(zhuǎn)陰天氣，不合理的系統(tǒng)運行策略（集熱場與儲熱系統(tǒng)協(xié)調(diào)方式）會影響機組安全和連續(xù)穩(wěn)定運行。因此，利用多系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合的運行策略是保證機組應(yīng)對天氣變化的重要保障措施。

由于烏拉特中旗光熱電站是全球緯度最高的一個槽式光熱電站，基于烏拉特大草原的自然條件，電站存在冬季結(jié)霜問題。

梁釗晨表示，通過對反射鏡正反面抑制結(jié)霜材料研究、霜層行成與生長機理分析、槽式反射鏡結(jié)霜過程熱平衡研究、化霜時間預(yù)測模型研究等，在2022年冬季，中船新能公司正式將結(jié)霜的問題攻克。他指出，通過抑制冬季槽式反射鏡結(jié)霜，保證集熱功率，一個冬季可直接挽回上千萬的發(fā)電經(jīng)濟損失。

隨著烏拉特中旗光熱發(fā)電項目3年運維經(jīng)驗的不斷成熟，中船新能總結(jié)出了光熱電站運行特性和維護規(guī)律，形成相關(guān)企業(yè)標準200余項，已經(jīng)申請專利等知識產(chǎn)權(quán)近百項，能夠保障機組在不同工況下的安全、穩(wěn)定高效運行。

圖：中船新能部分運維技術(shù)成果

梁釗晨在總結(jié)中表示，中船新能通過示范項目建設(shè)和運行，目前已經(jīng)掌握了槽式光熱設(shè)備、設(shè)計、施工、調(diào)試、運行、維護等項目全周期的關(guān)鍵技術(shù)，項目現(xiàn)場具有水、電、汽、氣等公用系統(tǒng)，并預(yù)留500畝試驗場，烏拉特中旗槽式光熱電站，可以為大家提供裝備研制、系統(tǒng)優(yōu)化、運維優(yōu)化的試驗驗證平臺。

此外，目前烏拉特光熱電站廠區(qū)已建成新型槽式集熱器（大槽），以及耦合電站回熱抽汽系統(tǒng)，也可為未來光熱電站發(fā)展供暖、供熱水領(lǐng)域提供試驗平臺。