EDF專家談超臨界二氧化碳循環(huán)光熱發(fā)電技術(shù)
發(fā)布者：本網(wǎng)記者Joyce | 來(lái)源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評(píng)論 | 10396查看 | 2015-07-09 17:31:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：中國(guó)國(guó)際光熱電站大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)2015于6月25~26日在京盛大召開，法國(guó)電力集團(tuán)中國(guó)研發(fā)中心技術(shù)總監(jiān)Yann Le Moullec出席本屆大會(huì)，并在演講中分析了超臨界二氧化碳循環(huán)光熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用、前景與挑戰(zhàn)。
下面刊出的是Yann Le Moullec演講的主要內(nèi)容：（注：本文根據(jù)速記和錄音資料整理，文章內(nèi)容未經(jīng)演講者本人審閱?？赡艽嬖诩劼?，僅供參考，敬請(qǐng)理解。）
大家下午好，我的發(fā)言中我想跟大家一起來(lái)看看超高臨界二氧化碳今后的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
我的發(fā)言有四個(gè)部分：第一部分簡(jiǎn)單介紹下EDF；第二部分介紹什么是超臨界CO2二氧化碳；第三部分講一下CSP中的超臨界CO2循環(huán)；第四部分我們從裝備開發(fā)、電站設(shè)計(jì)問(wèn)題和開發(fā)線路圖這幾個(gè)方面談一下這種CSP技術(shù)的未來(lái)。
圖：Yann Le Moullec 在發(fā)表演講
第一簡(jiǎn)單介紹一下EDF集團(tuán)和EDF的研發(fā)工作，法國(guó)電力集團(tuán)是全球的電力供應(yīng)商和生產(chǎn)商，我們是電力行業(yè)世界領(lǐng)先者，我們有著廣泛的業(yè)務(wù)范圍，包括發(fā)電、傳輸、電網(wǎng)、銷售和交易，我們是一個(gè)公共服務(wù)企業(yè)，我們?cè)?0多個(gè)國(guó)家都有自己的業(yè)務(wù)，主要是在歐洲，現(xiàn)在正在進(jìn)一步拓展我們的國(guó)際業(yè)務(wù)。我們可以看到每年的銷售額是750億歐元。
法國(guó)電力集團(tuán)是低碳發(fā)電的倡導(dǎo)者，我們也是全球最大的核電運(yùn)營(yíng)商，我們一直致力于可再生能源的發(fā)展，在歐洲和美國(guó)我們一直致力于風(fēng)電的發(fā)展，我們?cè)诮衲暌查_始關(guān)注中國(guó)市場(chǎng)的投資。
我們的研究總院是比較大的機(jī)構(gòu)，有2100多位員工構(gòu)成，主要包括200多個(gè)研究人員，150個(gè)PHD，我們的工作領(lǐng)域主要是開展全球的研發(fā)工作。
研發(fā)布局多數(shù)是在歐洲國(guó)家，法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和波蘭，現(xiàn)在也在美國(guó)和中國(guó)有了自己的研發(fā)中心，是在2011年的時(shí)候開始的。法國(guó)電力集團(tuán)中國(guó)研發(fā)中心涉及的核心領(lǐng)域，包括能源生產(chǎn)：清潔煤發(fā)電技術(shù)、可再生能源、發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)值模擬；能源配送：可再生能源的并網(wǎng)和電動(dòng)汽車；還有客戶需求端管理：可持續(xù)低碳城市、能源高效利用、綜合能源服務(wù)。我們有非常強(qiáng)大的專有技術(shù)，我們把這些技術(shù)慢慢的引入到中國(guó)，希望能有更多的合作。
能源的輸送和配送方面，會(huì)參與到智能電網(wǎng)的建設(shè)和可再生能源的并網(wǎng)和電動(dòng)汽車的建設(shè)等等，我們也會(huì)在客戶需求端進(jìn)行管理，比如說(shuō)可持續(xù)的低碳城市能源高效利用和綜合的能源服務(wù)。我們希望能夠外包給一些感興趣的中國(guó)企業(yè)，我們也期待大家的合作。
今天的話題非常有意思，我們中國(guó)研發(fā)中心和中科院一起合作建設(shè)了延慶項(xiàng)目，是1.4兆瓦的項(xiàng)目，去年也和中國(guó)創(chuàng)新協(xié)會(huì)有了一些合作，希望通過(guò)這樣的示范項(xiàng)目能夠進(jìn)行更多的測(cè)試，同時(shí)也能夠?qū)π碌募夹g(shù)進(jìn)行測(cè)試。
接下來(lái)給大家講一講超臨界二氧化碳的循環(huán)，我們對(duì)二氧化碳的物理特性有一些分析和了解，超臨界的點(diǎn)上會(huì)有非常高的濃度，大概會(huì)每立方米超過(guò)600公斤，超臨界的狀態(tài)下會(huì)有非常好的延展特性，而且它是不可燃的，同時(shí)也很容易生產(chǎn)、也比較穩(wěn)定，所以二氧化碳是非常有經(jīng)濟(jì)效益的原料。也可以根據(jù)具體情況考慮，這是很好的循環(huán)。
通過(guò)主要的壓縮機(jī)，可以通過(guò)自己的任何形式的鍋爐和熱罐和風(fēng)機(jī)，通過(guò)這樣的循環(huán)，如果沒(méi)有進(jìn)一步的優(yōu)化是這樣的狀態(tài)，如果有更進(jìn)一步的優(yōu)化還是很有前景的。
現(xiàn)在看到的是典型的再壓循環(huán)狀態(tài)，溫度沒(méi)有太大的變化、壓力也不變，最大的溫度是在600度，最后會(huì)有低溫協(xié)調(diào)器，這樣的循環(huán)過(guò)程中，整個(gè)的效率非常的高，循環(huán)也是可以進(jìn)行全程監(jiān)控的，會(huì)看到熱量產(chǎn)生的變化、整個(gè)循環(huán)過(guò)程中溫度的變化，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)可以很有效的降低成本。
可以很有效的降低水溫，溫度方面也會(huì)有所不同，經(jīng)過(guò)改進(jìn)效率也會(huì)提高，把這些因素都考慮在內(nèi)來(lái)進(jìn)行更好、更準(zhǔn)確的評(píng)估，如果溫度高于550度的話效率會(huì)更高。
超高臨界二氧化碳循環(huán)技術(shù)的開發(fā)過(guò)程以及最新的設(shè)備，我們的循環(huán)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了行業(yè)全面的研究，現(xiàn)在全球已經(jīng)有三到四個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的示范場(chǎng)已經(jīng)開始運(yùn)營(yíng)了，它們的功率都是在兆瓦級(jí)的。
風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)，壓縮機(jī)一般是在超臨界點(diǎn)去運(yùn)行，需要非常高的效率，效率至少是88%的樣子，同時(shí)部件負(fù)荷方面需要很高的靈活度，這一點(diǎn)對(duì)整體的效率是至關(guān)重要的。
高溫高壓目前有比較先進(jìn)的技術(shù)，這是對(duì)于目前市場(chǎng)上現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹，如果要特別講CSP項(xiàng)目的話，為什么要講超臨界循環(huán)呢？因?yàn)樵诎l(fā)電行業(yè)，傳統(tǒng)的想法是會(huì)有一個(gè)能源的消耗也會(huì)有生產(chǎn)，這是兩個(gè)主要要考慮的因素，高效率意味著高的投資回報(bào)率，也意味著更低的能耗，這是在煤電和天然氣發(fā)電方面具體數(shù)據(jù)的比較，煤電的價(jià)格每兆瓦時(shí)是7，天然氣是19，對(duì)于太陽(yáng)能的話可能會(huì)是20，鑒于初步研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)CSP的效率有待于提高，超高臨界技術(shù)可以為我們帶來(lái)10%效率的提高，也可以減少10%的定日鏡的數(shù)量，也會(huì)把整個(gè)電源模塊的成本也減少10%，電源模塊量減少50%，相當(dāng)于節(jié)省了60%的成本。
這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)并不是特別的完善，但是目前來(lái)說(shuō)是有前景的，可以提高效率也可以降低成本，設(shè)計(jì)也會(huì)比較一目了然，如果要去用的話，我們給大家展示了一個(gè)簡(jiǎn)單明了也比較直觀的圖，可以用蒸汽循環(huán)的替代，還有一些額外頂端的流和原理圖，現(xiàn)在想法很多有的看起來(lái)也不錯(cuò)，但是真正去使用的時(shí)候必須要考慮實(shí)用性，尤其是在第二部分的模塊的時(shí)候，尤其是需要考慮的。
我們也不可能用超高臨界二氧化碳代替所有的技術(shù)，還是取決于不同項(xiàng)目具體的要求。在具體執(zhí)行的階段，怎么去有效的使用熔鹽呢？在SCO2，熔鹽使用的時(shí)候區(qū)間是250到580度，這樣的情況下會(huì)把整個(gè)熔鹽的使用量增加一倍，通過(guò)循環(huán)效率的提高也可以減少物料的使用，這也是很有意思的步驟。執(zhí)行著下游熔鹽的存儲(chǔ)，同樣的太陽(yáng)接收器的設(shè)計(jì)，也是同樣的存儲(chǔ)能力和成本。也可以部分的降低定日鏡和儲(chǔ)存的成本，大概降低20%左右，這也是非常的明顯，當(dāng)然也需要相應(yīng)的設(shè)計(jì)，蒸汽循環(huán)和SCO2循環(huán)。目前整個(gè)狀況來(lái)講，超高臨界循環(huán)有著非常廣闊的應(yīng)用空間。
這是對(duì)熔鹽物理特性的分析，包括濃度、熱效能和黏度和溫度的要求，接收器管中，熔鹽和超臨界二氧化碳不同數(shù)據(jù)的比對(duì)，有時(shí)候在達(dá)到特定的溫度和壓力的時(shí)候使用熔鹽的成本會(huì)很高，這是具體設(shè)計(jì)的參數(shù)，例如在HX區(qū)域增加30%，整個(gè)的重量會(huì)增加400%，目前還不能用超高臨界二氧化碳作為接收器，但是還是會(huì)慢慢的解決這些問(wèn)題，技術(shù)上的具體內(nèi)容就不再多講了，感興趣可以會(huì)后交流。
未來(lái)的走向和未來(lái)的潛力，我剛剛已經(jīng)講過(guò)的，現(xiàn)在目前還是需要更好的設(shè)計(jì)方案，需要去改善效能，超臨界二氧化碳的使用還需要有更成熟的技術(shù)上的改進(jìn)，我們通過(guò)效能節(jié)省器還是可以有很多的改善，現(xiàn)在還有一些具體項(xiàng)目的問(wèn)題，還有一些項(xiàng)目還需要進(jìn)一步管理方面的改善，目前很多東西還沒(méi)有達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，還需要進(jìn)一步改善設(shè)計(jì)，改善管理和整體的性能。
壓縮器方面的效率，單一的再壓縮，是在低溫下工作的原理，功率循環(huán)的可操作性方面會(huì)有自己的控制和要求的設(shè)計(jì)，還有關(guān)于部件負(fù)荷的管理，還有溫度存儲(chǔ)的管理，也會(huì)在優(yōu)化方面有更多的靈活性。尤其是項(xiàng)目中為了降低成本，靈活性的優(yōu)化的確是非常的必要，還是要看具體項(xiàng)目具體現(xiàn)場(chǎng)情況，我們需要使用不同的技術(shù)、不同的材料，需要看一下未來(lái)發(fā)展的路線圖，目前還是要在靈活性方面有更多優(yōu)化，如果考慮到跟PV的對(duì)比其實(shí)靈活度已經(jīng)相當(dāng)高了，這個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)就是提高靈活度。
現(xiàn)在技術(shù)的路線圖，在2015年要做更大的測(cè)試回路，1到5兆瓦，組件方式也要開展測(cè)試的工作，相信這方面的項(xiàng)目可能會(huì)持續(xù)三到四年的時(shí)間，之后也需要來(lái)做最好實(shí)踐的設(shè)計(jì)，該需要進(jìn)一步的優(yōu)化組件的設(shè)計(jì)，這樣可以獲得最佳的效果，接下來(lái)的階段是做試點(diǎn)項(xiàng)目，20到50兆瓦試點(diǎn)的項(xiàng)目，需要對(duì)設(shè)計(jì)
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