中國光熱發(fā)電技術的再次突破
發(fā)布者：CSPPLAZA | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 9431查看 | 2016-09-07 17:47:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：德令哈，西行10公里，巍峨的祁連山脈橫亙在太陽能產(chǎn)業(yè)園的北部，見證著正在這里發(fā)生的一場新能源產(chǎn)業(yè)革命。
2013年7月5日，中控太陽能德令哈10MW水工質(zhì)塔式光熱電站正式并網(wǎng)發(fā)電，作為國內(nèi)第一座并網(wǎng)發(fā)電的光熱電站，當時被視為中國光熱發(fā)電技術的第一次重大突破。
2016年8月20日，中控太陽能德令哈10MW熔鹽塔式光熱電站一次性打通全流程并成功并網(wǎng)發(fā)電，實現(xiàn)了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術的完全國產(chǎn)化，徹底打破了國外技術壁壘，實現(xiàn)了中國光熱發(fā)電技術的又一次重大突破，創(chuàng)造了光熱發(fā)電行業(yè)新的里程碑。
63000平方米定日鏡在鏡場集群控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)下，將低密度太陽能聚焦至92米高的熔鹽吸熱器上，將熔鹽加熱至565℃的高溫，進入高溫熔鹽罐儲存，再由高溫熔鹽與水換熱，產(chǎn)出510℃/9MPa的高壓過熱蒸汽，驅(qū)動一臺10MW的汽輪發(fā)電機組，輸出高品質(zhì)的綠色電能，由于配置了儲能系統(tǒng)，可實現(xiàn)陰雨天或夜間連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。
圖：正在運行的中控德令哈熔鹽塔電站
3017米海拔的青藏高原腹地，年均氣溫4℃，我國首座成功投運的熔鹽塔式光熱電站就誕生于這樣的自然環(huán)境下，其成功證明了熔鹽塔式光熱技術在中國特殊自然氣候環(huán)境下運行的可行性。
來之不易的“順利”
8月26日17:00，DNI 950W/㎡，CSPPLAZA記者在中控德令哈10MW熔鹽塔式電站的控制室看到，汽輪機輸出功率達到8.04MW，轉速8512rpm，運行情況良好。事實上，當天德令哈的上空依然陰云籠罩，導致電站未能運行，直到15：30，天氣突然放晴，到16：00電站即實現(xiàn)正常運行。
“由于該項目臨時接入當?shù)剞r(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)，可用負荷較小，目前只允許上網(wǎng)8MW，實際上在現(xiàn)在的輻照條件下，滿功率輸出是沒有任何問題的?！敝锌靥柲芄靖笨偛眯炷苋缡潜硎尽?/div>
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該電站是在原10MW水工質(zhì)光熱電站的基礎上進行的熔鹽系統(tǒng)改造工程，于2014年底正式啟動相關的設計、專項設備采購工作，2015年中期開始鏡場安裝和土建施工工作，總計歷時約一年零8個月、直接耗資約8000萬元完成改造。
“項目在7月初進入調(diào)試階段，7月20日開始化鹽，8月12日啟動系統(tǒng)調(diào)試，8月16日順利完成熔鹽上塔以及熔鹽回收實驗，經(jīng)過幾天的消缺工作，8月20日正式并網(wǎng)發(fā)電，至21日15：45各項指標達到設計值?！毙炷芨嬖V記者。
熔鹽上塔以及熔鹽回收是熔鹽塔式光熱發(fā)電技術的關鍵，更是難點。對采用二元鹽為工質(zhì)的熔鹽塔式光熱電站而言，由于二元鹽的凝固點為220℃，管路中的熔鹽若低于該溫度，就很容易發(fā)生凍堵管路事故；另外，如果鏡場反射至吸熱器的能量控制不均，吸熱器上的吸熱管局部受熱過強，導致熔鹽氣化，也極易發(fā)生重大事故。
對此問題，徐能表示，“對熔鹽上塔及熔鹽回收的試驗我們非常謹慎，在8月16日的上午和下午分別進行了試驗，各設備運行沒有發(fā)現(xiàn)問題，熔鹽吸熱器的表面溫升達到設計要求。當天進行的熔鹽上塔試驗的溫度監(jiān)測顯示這些指標均在控制范圍之內(nèi)，這說明我們對鏡場能量的控制達到了設計要求，可以保證系統(tǒng)是安全的，于是我們在8月20日才啟動全流程發(fā)電運行，并取得了成功。”
“我也沒有想到會如此順利。”在回憶起獲悉該項目成功并網(wǎng)發(fā)電的消息后，中控太陽能董事長金建祥如是描述了當時的心情，“很難用一句話來表達，在整個調(diào)試過程中沒有出現(xiàn)大的問題，我感到很幸運，這個項目能夠這么快就達到各項設計技術參數(shù)，也讓我很意外?！?/div>
對此“意外”，徐能表示：“我們從2011年即開始研究塔式熔鹽系統(tǒng)的核心技術，前期調(diào)研了國內(nèi)大量化工熔鹽系統(tǒng)的使用單位，在杭州建設了一套完整的塔式熔鹽系統(tǒng)聚光、吸熱、儲熱、換熱全流程試驗平臺，在這個平臺上對塔式熔鹽系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了長時間、系統(tǒng)性的試驗，對運行過程中如熔鹽凍堵、泄漏以及吸熱器的堵管等等可能出現(xiàn)的問題進行了深入研究，并對各種應對策略進行了反復驗證，對各項關鍵設備的性能進行了詳盡的測試與改進。光是熔鹽管道的電伴熱系統(tǒng)，就進行了數(shù)十次改進?！闭腔谶@些細瑣、扎實的基礎性工作，才有了項目實施過程的“如此順利”。
事實上，在“沒有想到”的背后，項目技術團隊同樣付出了他人“想象不到”的努力，承受了非常大的壓力。在進行上述各項調(diào)試工作的幾天內(nèi)，徐能的心情和當天接受采訪時的輕松完全相反，“那幾天我基本都睡不好覺，每天只能睡三四個小時，睡不著，精神壓力很大?！边@種壓力在20日項目實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電后得到了釋放，當天徐能在他的朋友圈留下了一句話，“今天應該能稍微睡個好覺了。”
100%純太陽能發(fā)電
時間回溯至2013年7月，中控德令哈10MW水工質(zhì)電站并網(wǎng)發(fā)電為中控帶來了諸多聲譽，但也引來了少數(shù)人的質(zhì)疑，這種質(zhì)疑集中于此電站并非一個真正的純太陽能電站。理由是其吸熱器僅能產(chǎn)出約313℃的飽和蒸汽，還需利用天然氣將其過熱至510℃再進入汽輪機發(fā)電，這一觀點在一段時間內(nèi)成為行業(yè)內(nèi)私下議論的話題。
金建祥說：“其實國外不少光熱電站也是采用天然氣補燃的，一般不超過總能量的15%，我們補燃量設計值也不超過15%，國內(nèi)的垃圾發(fā)電也是允許添加少量燃煤的，實際上這個問題不是我們關注的焦點，也不在意同行的議論。其實我們一開始就計劃要上熔鹽蓄能系統(tǒng)，只是第一步優(yōu)先解決鏡場聚光控制問題，而這個產(chǎn)生飽和蒸汽的水工質(zhì)電站完全可以達到這個目的，因此我們也沒有必要再去花精力在水工質(zhì)吸熱器上直接產(chǎn)生過熱蒸汽”。
也有一些專家能理性看待這一問題：這是中控推進熔鹽塔式光熱發(fā)電技術應用的第一步，在水工質(zhì)技術實踐的基礎上，實現(xiàn)熔鹽技術的成功應用，可以最大限度地降低技術風險?！爸锌靥柲苁且患曳€(wěn)健又低調(diào)的研發(fā)型公司，做任何事都要有八成以上的把握才會去干?！庇袠I(yè)內(nèi)人士如是評論道，這也是中控太陽能選擇先從水工質(zhì)做起的原因。
金建祥強調(diào)：“其實，中控太陽能從成立伊始，就對技術路線有著清晰的規(guī)劃，明確以熔鹽塔式光熱發(fā)電作為其技術研發(fā)方向。盡管有中控、杭鍋、杭汽等股東在各自領域多年的積累作為技術支撐，對于熔鹽塔式光熱發(fā)電這一涉及專業(yè)領域眾多、系統(tǒng)高度復雜的全新發(fā)電方式，仍然面臨著非常大的挑戰(zhàn)。所以我們選擇先從最擅長的控制入手，通過建設10MW水工質(zhì)電站，目的在于重點解決塔式光熱發(fā)電最大的難題——鏡場聚光控制，取得成功之后，再集中精力突破熔鹽吸熱、儲熱和換熱等技術難關，最終實現(xiàn)熔鹽塔式光熱發(fā)電技術的全流程貫通”。
在此次完成熔鹽系統(tǒng)改造后，在電站主機廠房一側矗立著的燃氣鍋爐已經(jīng)停運。徐能指著眼前的燃氣鍋爐對記者說，“目前我們已經(jīng)完全不需要這個燃氣鍋爐了，現(xiàn)在我們用熔鹽換熱系統(tǒng)就可以將2號塔輸出的飽和蒸汽過熱為510℃的過熱蒸汽。”
中控德令哈電站共建有1號和2號兩個塔，中控此次主要對1號塔進行了整體熔鹽系統(tǒng)改造，將其水工質(zhì)吸熱器更換為熔鹽吸熱器，并新安裝整套熔鹽儲熱、換熱系統(tǒng)，經(jīng)改造后的1號塔采用直接熔鹽吸熱、儲熱和換熱技術，可作為一個獨立的熔鹽塔式光熱電站運行。2號塔在太陽島方面未做改動，產(chǎn)出的飽和蒸汽通過1號塔的熔鹽過熱器成為過熱蒸汽。與此前的水工質(zhì)塔相比，經(jīng)改造后的電站實現(xiàn)了100%純太陽能發(fā)電。
自主化技術+高國產(chǎn)化率
早在2010年中控太陽能成立之初，就確立了熔鹽塔式光熱發(fā)電技術這一研發(fā)方向，當時在全球范圍內(nèi)尚無任何商業(yè)化熔鹽塔項目運行。在德令哈項目投運之前，全球范圍內(nèi)在運行的熔鹽塔式光熱電站僅2011年投運的西班牙GemaSolar電站，裝機19.9MW，以及2016年2月投運的美國新月沙丘電站，裝機110MW，這兩個項目的技術供應方西班牙Sener和美國SolarReserve被認為是掌握熔鹽塔式光熱發(fā)電技術的兩大公司，但中國公司若要引入這項技術，往往需要付出很高的成本，
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