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2025年5月28日，第十二屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)在浙江杭州盛大召開，首航高科能源技術(shù)股份有限公司研發(fā)部總經(jīng)理齊志鵬出席會(huì)議并作主題報(bào)告《光熱電站與熱力電池的結(jié)合》，分享了首航高科在光熱發(fā)電與熱力電池領(lǐng)域的相關(guān)研究成果以及肥城新型二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目、敦煌10MW電站超臨界CO2發(fā)電項(xiàng)目的最新進(jìn)展。

圖：齊志鵬

光熱電站、熱力電池各自原理與組成

光熱電站的核心構(gòu)成

光熱電站主要由聚光集熱、儲(chǔ)熱和發(fā)電三大模塊組成。其中，聚光集熱系統(tǒng)負(fù)責(zé)將太陽能聚集轉(zhuǎn)化為熱能；儲(chǔ)熱系統(tǒng)通過熔鹽等介質(zhì)儲(chǔ)存熱量；發(fā)電模塊則包含SGS（蒸汽發(fā)生系統(tǒng)）、汽輪機(jī)等設(shè)備，負(fù)責(zé)將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

齊志鵬表示，很多行業(yè)人士把儲(chǔ)換熱放在一起來看待，實(shí)際上是不合理的，SGS應(yīng)劃歸發(fā)電模塊，其容量配置與汽輪發(fā)電機(jī)功率緊密匹配，這一劃分有助于更清晰地理解光熱電站的造價(jià)構(gòu)成。

熱力電池的系統(tǒng)架構(gòu)

熱力電池由二氧化碳熱泵、儲(chǔ)熱和發(fā)電模塊構(gòu)成。其與光熱電站的共性在于儲(chǔ)熱和發(fā)電模塊【詳見下圖】，差異在于前端熱源獲取方式——熱力電池通過二氧化碳熱泵從電網(wǎng)下電獲取熱量，可與光熱電站的聚光集熱系統(tǒng)形成并聯(lián)互補(bǔ)關(guān)系。

系統(tǒng)配置的經(jīng)濟(jì)性考量與應(yīng)用結(jié)論

利用光熱發(fā)電與熱力電池技術(shù)來新建一個(gè)熱力電站，應(yīng)該如何配置？齊志鵬表示，從開發(fā)商角度來考慮，肯定要以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)。尤其是136號(hào)文出臺(tái)之后，光熱發(fā)電項(xiàng)目必然要考慮參與現(xiàn)貨交易。

經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的影響因素

設(shè)備成本：齊志鵬表示，基于中國(guó)強(qiáng)大的制造能力，目前聚光集熱系統(tǒng)價(jià)格已降至每平方米500元左右，具備較強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)；而二氧化碳熱泵價(jià)格目前相對(duì)較高，是初始投資的主要影響因素之一。

電網(wǎng)條件：對(duì)熱力電池系統(tǒng)來說，從網(wǎng)上下電的價(jià)格及時(shí)段至關(guān)重要，即便光伏棄電免費(fèi)，仍需考慮七八分錢的過網(wǎng)費(fèi)，下電時(shí)段若集中在白天光伏高峰或后半夜低價(jià)時(shí)段，將影響整體性價(jià)比。

電價(jià)機(jī)制：分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)中，晚上高峰時(shí)段電價(jià)較高但持續(xù)時(shí)間短，早上時(shí)段電價(jià)較低，需據(jù)此優(yōu)化充放電策略。

供熱收益：在有熱負(fù)荷的區(qū)域，熱力機(jī)組可向周圍城市供熱，則熱價(jià)收益可顯著提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性；這種情況下，可以選擇熱力電池+光熱系統(tǒng)，具體來看當(dāng)?shù)毓赓Y源來進(jìn)行配置并選出最佳方案，設(shè)計(jì)合理的話系統(tǒng)COP值可達(dá)1.61，這個(gè)1.61產(chǎn)生的總熱量其中就是存在熔鹽里面的熱量是低品質(zhì)熱量的1.1倍。

齊志鵬表示，光熱發(fā)電和熱力電池很好的結(jié)合就是在滿足西部地區(qū)小鎮(zhèn)小城的供熱方面，因?yàn)檫@些場(chǎng)景供熱面積不大，一個(gè)10萬機(jī)組基本上就能滿足一個(gè)小城鎮(zhèn)冬季的用熱需求。

地理與氣候條件的制約

地理?xiàng)l件方面，草原、耕地的轉(zhuǎn)讓費(fèi)較高，洼地、夏季有大量積水的地塊則會(huì)增加聚光集熱系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)難度；氣候條件方面，強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)、冰雹概率大的區(qū)域，對(duì)聚光集熱系統(tǒng)的安全性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

差異化應(yīng)用結(jié)論

齊志鵬總結(jié)道，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在直射輻射良好的區(qū)域僅配置聚光集熱系統(tǒng)（鏡場(chǎng)規(guī)模適中）最為經(jīng)濟(jì)；而在光資源較差、土地成本高或地理?xiàng)l件惡劣的區(qū)域，熱力電池則是唯一選擇；對(duì)于有集中供熱需求的場(chǎng)景，配置熱力電池結(jié)合光熱系統(tǒng)是最佳方案。但以上結(jié)論適合于新項(xiàng)目，對(duì)于改造項(xiàng)目很多結(jié)論就不合適。

肥城新型二氧化碳儲(chǔ)能項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)與最新進(jìn)展

據(jù)齊志鵬介紹，肥城項(xiàng)目目前已獲得50年超長(zhǎng)期國(guó)債支持，商業(yè)貸款預(yù)計(jì)6月中旬到位，計(jì)劃2025年6月開工建設(shè)，2026年6月建成調(diào)試，目前主設(shè)備已完成訂貨。

據(jù)悉，在肥城項(xiàng)目中首航高科就整個(gè)100兆瓦的SGS系統(tǒng)做了比較大的創(chuàng)新，即——整個(gè)預(yù)熱器、蒸發(fā)器還有過熱再熱器都采用了纏繞管換熱器和立式布置。

齊志鵬指出，該創(chuàng)新可帶來以下4大好處：

1、預(yù)熱蒸發(fā)和過熱再熱均采用立式纏繞管換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積換熱面積是管殼式的2-5倍；

2、因?yàn)椴捎寐菪?，管?nèi)產(chǎn)生二次流，傳熱得到了有效強(qiáng)化；

3、全逆流，整個(gè)冷流體和熱流體全逆流，而且進(jìn)出口溫差可以達(dá)到200℃以上，這也是這種換熱器非常大的魅力。齊志鵬表示，槽式電站的油鹽換熱器如果采用這種方案設(shè)計(jì)將會(huì)大大簡(jiǎn)化，同時(shí)可大幅降低成本。

4、管束的螺旋結(jié)構(gòu)可吸收熱脹冷縮形變，自動(dòng)補(bǔ)償，這點(diǎn)也極具吸引力。

詳細(xì)來說，通過該技術(shù)主要可解決以下問題：

1、小管板和柔性管束解決了升溫速率的問題，比傳統(tǒng)管殼速度快了至少1倍，特別適合光熱機(jī)組，滿足光熱機(jī)組快速啟停需求；

2、單位體積換熱面積提高了一倍還多，100MWe SGS單元的占地急劇縮小；

3、過熱器和再熱器采用了三股流的方案，合并成一個(gè)換熱器，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中再熱器開機(jī)的問題；

4、單列設(shè)計(jì)，減少了儀表閥門的數(shù)量；

5、立式設(shè)計(jì)，采用了混凝土立柱支撐，混凝土和鋼結(jié)構(gòu)用量急劇減小，全島造價(jià)降低了30%~50%，且可實(shí)現(xiàn)超大型化應(yīng)用。

敦煌10MW電站超臨界CO2發(fā)電項(xiàng)目最新進(jìn)展

敦煌10MW電站是我國(guó)最早的一臺(tái)商業(yè)化運(yùn)行的塔式熔鹽水蒸氣機(jī)組，2016年12月投產(chǎn)至今已9年。

齊志鵬介紹，2020年首航高科內(nèi)部提出改造為超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過近幾年的充分技術(shù)論證，該項(xiàng)目將于今年正式實(shí)施，預(yù)計(jì)2026年3月投產(chǎn)，目前主設(shè)備采購(gòu)合同已簽訂。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值

低負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)勢(shì)：常規(guī)汽輪機(jī)低負(fù)荷效率下降明顯，而閉式循環(huán)的超臨界二氧化碳透平在低負(fù)荷下仍能保持較高效率，適應(yīng)電網(wǎng)對(duì)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行的要求。

齊志鵬表示，閉式循環(huán)最大的魅力就是在于它低負(fù)荷的時(shí)候，它的效率仍然很高，結(jié)合光熱發(fā)電未來在新型電力系統(tǒng)中的定位，電網(wǎng)應(yīng)該不會(huì)輕易讓光熱系統(tǒng)停機(jī)的，而是讓你保持低負(fù)荷運(yùn)營(yíng)。比如，傳統(tǒng)汽輪機(jī)組從早上10點(diǎn)到下午6點(diǎn)一直低負(fù)荷運(yùn)行效率肯定會(huì)非常低，而超臨界CO2機(jī)組則可在低負(fù)荷下基本上接近額定效率進(jìn)行發(fā)電。

快速啟停特性：超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)金屬耗量小，適合頻繁快速啟停，可以很好滿足新型電力系統(tǒng)對(duì)靈活性電源的需求。