接下來(lái),我想通過(guò)一些數(shù)據(jù)跟大家分享一下新的集熱技術(shù)會(huì)給槽式電站帶來(lái)哪些改變?
我想介紹三種槽式電站的設(shè)計(jì)方案,當(dāng)前基準(zhǔn)槽式電站是我們?cè)谛陆苄马?xiàng)目可研中采用的方案,采用常規(guī)的開(kāi)口約為5.8m的集熱器,配置8.5小時(shí)的雙罐儲(chǔ)熱,硅油運(yùn)行溫度可以達(dá)到425℃,未來(lái)可以達(dá)到435℃。
在概念設(shè)計(jì)2020中,集熱器開(kāi)口約為8.2m,概念設(shè)計(jì)2025中,集熱器開(kāi)口約為14m,集熱器陣列間距也有很大變化,這是一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程。如果縮小集熱器的間距,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約土地,但是會(huì)產(chǎn)生陣列間的遮擋,使光熱轉(zhuǎn)化效率降低。對(duì)此,我們?cè)诠苄碌捻?xiàng)目可研分析中,對(duì)集熱器陣列間距從12m-18m進(jìn)行差值分析,年均光熱轉(zhuǎn)化效率可以從34%提升至到42%。因此,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)會(huì)優(yōu)化集熱器陣列間距(當(dāng)然也要考慮使用土地的成本)。隨著集熱器開(kāi)口的增大,集熱陣列的間距也會(huì)相應(yīng)有較大的增加,基準(zhǔn)電站中采用356條回路,集熱面積大約116萬(wàn)㎡,如果用開(kāi)口為8.2m的集熱器,總的集熱面積大約為104萬(wàn)㎡。
在概念設(shè)計(jì)2025中,集熱面積為94萬(wàn)㎡,占地面積實(shí)現(xiàn)了大幅度的縮減。在當(dāng)前基準(zhǔn)槽式電站中,導(dǎo)熱油循環(huán)泵功率為7.38MW,主循環(huán)泵的功耗占絕大部分比重。在概念設(shè)計(jì)2020中,如果采用開(kāi)口為8.2m的集熱器,用90mm管徑的集熱管,導(dǎo)熱油循環(huán)泵功率為6.64MW。在概念設(shè)計(jì)2025中,采用開(kāi)口為14m的集熱器,主循環(huán)泵功率降到2.45MW,相當(dāng)于自耗電降低50%以上。
同時(shí),這三種電站年均光熱轉(zhuǎn)化效率變化情況為:從41%到45%再到46%的提升過(guò)程;此外,年均總光電效率有很大提升,從14%到16%再到17%。當(dāng)然,哈密的緯度較高。由此,大家可以看到選址的重要性、光資源的重要性(光熱發(fā)電對(duì)資源有非常高的依賴性)。
我們也選取了一個(gè)當(dāng)前基準(zhǔn)熔鹽塔式電站的效率(選自公開(kāi)資料)。目前在哈密地區(qū),100MW熔鹽塔式電站的年均光熱轉(zhuǎn)化率約為38%,年均總光電轉(zhuǎn)化效率約為16%。槽式電站屬于線聚焦集熱方式,有真空保護(hù)的集熱管,對(duì)流損失較少,由此可以看到其熱效率相對(duì)高一些。但是,其管路損失會(huì)大一些。塔式光熱電站中,汽輪機(jī)效率為45%。整體而言,熔鹽塔式技術(shù)相較傳統(tǒng)的槽式技術(shù)在光電轉(zhuǎn)化效率上有明顯的優(yōu)勢(shì)。在我們哈密新的項(xiàng)目可研中,哈密年均總光電效率能達(dá)到14.62%,如果采用開(kāi)口為8.2m的新集熱器,光熱轉(zhuǎn)化效率和光電轉(zhuǎn)化效率都能進(jìn)一步提升,基本能夠接近現(xiàn)有熔鹽塔式電站整體的轉(zhuǎn)化效率。在目前技術(shù)水平下,如果用更新一代的集熱器,光電轉(zhuǎn)化效率可能超出傳統(tǒng)熔鹽塔式電站。
大家可以看到,光熱轉(zhuǎn)化效率跟光電轉(zhuǎn)化效率可能有一個(gè)不同的趨勢(shì)。從傳統(tǒng)火電來(lái)看,后端發(fā)電效率越高,整個(gè)系統(tǒng)效率肯定越高,但是,在光熱領(lǐng)域,因?yàn)榇嬖诠獾綗岬霓D(zhuǎn)化,槽式作為線聚焦系統(tǒng)與塔式作為點(diǎn)聚焦系統(tǒng),在光熱轉(zhuǎn)化效率上有明顯不同。槽式是典型的并列式、單模塊組成的系統(tǒng),規(guī)模大和小對(duì)于槽式系統(tǒng)的效率幾乎沒(méi)有影響,一條回路和一百條回路對(duì)光熱轉(zhuǎn)化效率不會(huì)有太大影響,50MW電站跟200MW電站的集熱場(chǎng)的整體效率基本不變,當(dāng)然母管道的傳熱損失會(huì)有所增加。
對(duì)于塔式電站而言,比如裝機(jī)規(guī)模為50MW的電站,距離吸熱塔近的定日鏡的光學(xué)效率肯定更高。如果裝機(jī)規(guī)模為200MW,鏡場(chǎng)面積會(huì)更大,在3公里以外的定日鏡的光學(xué)效率會(huì)有所降低。當(dāng)然,在塔式技術(shù)路線中,電站裝機(jī)規(guī)模由50MW到200MW,對(duì)定日鏡場(chǎng)的設(shè)計(jì)也會(huì)不斷優(yōu)化,從而提升光熱轉(zhuǎn)換效率。但是,由于槽式技術(shù)屬于線聚焦,采用真空集熱管,目前來(lái)說(shuō),開(kāi)口為5.8m的集熱器大約有1.7m的焦距;如果集熱器開(kāi)口為14m,焦距大約為3m。從聚焦集熱的角度來(lái)講,其效率還是相對(duì)較高的。目前,槽式電站管路系統(tǒng)非常長(zhǎng),直接采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)的話,就面臨防凝問(wèn)題,我們采用硅油介質(zhì),凝固點(diǎn)在-40℃以下,不涉及防凝問(wèn)題。
總而言之,隨著新技術(shù)的應(yīng)用,整個(gè)電站的效率可以提升,回路數(shù)量可以逐步下降。在占地面積方面,采用方案一占地面積下降超過(guò)10%,采用方案二將超過(guò)20%;從回路數(shù)量來(lái)講,相對(duì)于基準(zhǔn)方案,采用方案一回路數(shù)量下降超過(guò)35%,采用方案二回路數(shù)量下降超過(guò)60%。因此,我們采用開(kāi)口為14m的集熱器后,電站占地面積和管路、集熱管、跟蹤系統(tǒng)及儀器儀表等設(shè)備的數(shù)量都會(huì)實(shí)現(xiàn)大幅下降,整個(gè)鏡場(chǎng)的集熱器模塊會(huì)有極大的下降,可以說(shuō)回路數(shù)量下降超過(guò)60%,安裝工作量可能下降超過(guò)80%,整個(gè)集熱器的現(xiàn)場(chǎng)組裝會(huì)變得相當(dāng)簡(jiǎn)易;在泵功耗方面,在采用70mm管徑集熱管的600m的回路中,使用旋轉(zhuǎn)接頭作為柔性連接,包括356條回路,會(huì)造成相當(dāng)大的泵功耗。在未來(lái),采用105mm管徑集熱管、開(kāi)口為14m的集熱器的集熱技術(shù)中,泵功耗會(huì)極大下降,系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性也會(huì)得到很大的提升。
最后,我想總結(jié)一下槽式技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向,主要在于幾個(gè)方面:
1.提升單回路集熱器設(shè)計(jì)點(diǎn)功率,可極大地降低單回路或者單兆瓦的造價(jià)。
2.提高回路的光熱轉(zhuǎn)化效率(槽式電站不會(huì)因?yàn)橐?guī)模擴(kuò)大而降低效率,國(guó)際上都是往大了做。例如,迪拜項(xiàng)目裝機(jī)都是200MW,在未來(lái)可能不會(huì)看到100MW以下的槽式電站,因?yàn)樗苋菀讓?shí)現(xiàn)規(guī)模化)。
3.減少回路數(shù)量,降低集熱場(chǎng)的綜合成本(包括基礎(chǔ)、管路、控制等)。
4.降低主循環(huán)泵功耗,降低廠用電(冬季不用夜間泵送,不需要天然氣補(bǔ)燃,這些都會(huì)降低運(yùn)維成本)。
5.開(kāi)發(fā)新一代反射鏡。前段時(shí)間青島展館采用的超大面積的玻璃幕墻,里面有薄膜涂層,可以用來(lái)發(fā)電,單塊面積十分大,這種大型鋼化、高精度、雙面復(fù)合的建筑玻璃技術(shù),近來(lái)得到了極大的提升。目前,我們跟合作伙伴在開(kāi)發(fā)的反射鏡采用常規(guī)的建筑厚玻璃作為底板,鋼化之后貼合,貼薄玻璃,反射率可以做得更高,現(xiàn)在基本可以達(dá)到96%,甚至是96.5%,反射效率會(huì)得到有效的提升。同時(shí),單片玻璃面積也會(huì)非常大,將來(lái)我們可能會(huì)用12m長(zhǎng)的運(yùn)輸車運(yùn)反射鏡。一輛車可能運(yùn)幾十片,就可以安裝出幾個(gè)大型的SCE,運(yùn)輸和安裝的效率和匹配度會(huì)非常高,整個(gè)集熱廠安裝時(shí)間會(huì)極大地縮短。
6.采用高溫、低凝固點(diǎn)的傳儲(chǔ)熱材料,提升汽輪機(jī)效率。在這方面,我們采用硅油技術(shù),也希望與合作伙伴在這個(gè)領(lǐng)域向前邁進(jìn),我相信,隨著整個(gè)光熱市場(chǎng)的擴(kuò)大或者全球光熱市場(chǎng)的發(fā)展,材料企業(yè)對(duì)光熱市場(chǎng)關(guān)注度提升之后,新材料、新技術(shù)的應(yīng)用會(huì)有很好的發(fā)展和提升(類似于新能源汽車,原來(lái)鋰電池一直處于不溫不火的狀態(tài),隨著市場(chǎng)的需求、政策的引導(dǎo),現(xiàn)在這個(gè)產(chǎn)業(yè)引入了超量資金,很多企業(yè)為鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)點(diǎn)的技術(shù)在投入大量資金進(jìn)行研發(fā),這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展得非常快),相信光熱行業(yè)只要有良好的市場(chǎng)支撐和政策引導(dǎo),也會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)環(huán)節(jié)你追我趕的技術(shù)發(fā)展熱潮,這也會(huì)成為將來(lái)推動(dòng)技術(shù)和成本下降的根本性力量。
7.針對(duì)大槽技術(shù)開(kāi)發(fā)分散式驅(qū)動(dòng)跟蹤技術(shù)。現(xiàn)在槽式集熱器設(shè)計(jì)上,比較大的一個(gè)難點(diǎn)在于為了節(jié)約跟蹤成本,通常采用中央驅(qū)動(dòng),一個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)帶動(dòng)150m的回路,將來(lái)有可能帶動(dòng)200多m的回路,這要求集熱陣列必須保持水平,這是因?yàn)椴凼诫娬緦?duì)場(chǎng)地有相應(yīng)的要求,通常來(lái)講斜度不能超過(guò)3%,采用大開(kāi)口的集熱器后,兩個(gè)SCA就能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的熱功率。當(dāng)然,現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)技術(shù)也在發(fā)展,使這個(gè)模塊變得更小,對(duì)地形的適應(yīng)性更好,將來(lái)可能考慮使2-3個(gè)模組適應(yīng)一片地形,不需要對(duì)場(chǎng)地做臺(tái)階式的布置,能夠隨地形布置,這種情況下,槽式電站對(duì)于場(chǎng)地的要求可能會(huì)降低,可選擇的廠址就會(huì)增加,這也是目前正在投入大量精力研發(fā)的一個(gè)方向。
以上幾點(diǎn)是我對(duì)槽式光熱發(fā)電技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)行的簡(jiǎn)單分析,相信隨著行業(yè)的發(fā)展,我們有更多的合作伙伴、有更多的光熱方面的技術(shù)專家、科研院所能夠投入到這個(gè)領(lǐng)域,讓我們?cè)诟鱾€(gè)方向、各個(gè)點(diǎn)上推動(dòng)這個(gè)行業(yè)更快地降低成本,更好地推動(dòng)新產(chǎn)品、新技術(shù)的應(yīng)用。
感謝大家關(guān)注光熱的發(fā)展!謝謝!
提問(wèn):俞總,您好!我來(lái)自青島華豐偉業(yè)電力科技工程公司,我們負(fù)責(zé)NOOR2項(xiàng)目的調(diào)試,您介紹公司在做大開(kāi)口集熱器,那在抗風(fēng)速方面有沒(méi)有研究呢?
俞科:中國(guó)要特殊應(yīng)對(duì)風(fēng)速的問(wèn)題,就槽式項(xiàng)目來(lái)講,德令哈項(xiàng)目集熱器采用歐槽。內(nèi)蒙相對(duì)于德令哈風(fēng)速更高,風(fēng)載提升了30%,所有集熱器較德令哈項(xiàng)目的集熱器進(jìn)行優(yōu)化,當(dāng)然,優(yōu)化之后,集熱器的重量提升了,強(qiáng)度也提升了。當(dāng)然,不僅僅是集熱器本身,對(duì)于整個(gè)集熱場(chǎng),包括防風(fēng)墻的布置、單條回路上有不同加強(qiáng)型集熱器和標(biāo)準(zhǔn)型集熱器的配置,并在風(fēng)載測(cè)算中對(duì)地基、立柱進(jìn)行各種優(yōu)化。事實(shí)上,集熱場(chǎng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng),并不是非常簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,我們要考慮到風(fēng)速對(duì)于集熱場(chǎng)的影響。
提問(wèn):您介紹的十幾米長(zhǎng)的反射鏡是比較長(zhǎng)的,單片反射鏡可能只需要6個(gè)固定的螺絲,但是,對(duì)于十幾米長(zhǎng)的反射鏡,有可能需要用幾十個(gè)螺絲固定,在這種情況下,你們公司有沒(méi)有針對(duì)大風(fēng)情況下反射鏡鏡片的共振進(jìn)行研究呢?
俞科:我剛才提到的是引入最新的建筑與玻璃行業(yè)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。現(xiàn)在我們采用的玻璃其實(shí)要符合建筑防風(fēng)標(biāo)準(zhǔn),槽式集熱器應(yīng)該還不屬于高層建筑,通常建筑領(lǐng)域采用的幕墻是要符合高層建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。就超大鏡面的反射鏡而言,它與傳統(tǒng)的反射鏡不一樣,傳統(tǒng)鏡面是柔性結(jié)構(gòu),這種鏡面是半鋼性結(jié)構(gòu),支撐點(diǎn)很少。但是,每個(gè)支撐點(diǎn)承受的強(qiáng)度會(huì)很大,支撐點(diǎn)的形式與現(xiàn)在的也不一樣,現(xiàn)在采用的是陶瓷片來(lái)支撐一個(gè)點(diǎn),整體是柔性結(jié)構(gòu),消除風(fēng)載和振動(dòng)。
在未來(lái),反射鏡本身強(qiáng)度會(huì)非常高,支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)更加簡(jiǎn)單,支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)不會(huì)采用陶瓷片,而是采用類似塔式定日鏡使用的背板,用整體的背板來(lái)承受單點(diǎn)更大的載荷,這種設(shè)計(jì)理念同現(xiàn)有的槽式集熱器的設(shè)計(jì)理念不同,對(duì)于風(fēng)載、對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)減重也會(huì)有不同的考量。
現(xiàn)有的集熱器,比如單回路150m長(zhǎng),集熱器開(kāi)口為5.7m,中央驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)點(diǎn)承受集熱器最大的載荷,導(dǎo)致所有的集熱器模塊都必須為了滿足載荷進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于分散式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),通常一個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)承擔(dān)兩三個(gè)、三四個(gè)SCE,SCE承受的載荷基本不用考慮,這樣可以大幅度削減鋼結(jié)構(gòu)重量,抗風(fēng)能力依然能夠達(dá)到類似要求。另外,其驅(qū)動(dòng)跟蹤方式也不是單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)然后帶動(dòng)兩端,而是用分散式驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)趨于一致的追蹤角度。
提問(wèn):俞總好!我是兆陽(yáng)的,很高興你們?cè)诓凼缴嫌钟辛诵碌拈_(kāi)拓,使集熱器的性能更加優(yōu)越,光學(xué)放大倍數(shù)已經(jīng)到133了,你們啟動(dòng)的最低DNI可以降到多少?因?yàn)橛袝r(shí)候DNI太小啟動(dòng)不了,現(xiàn)在大致到多少了?
俞科:這個(gè)我要詳細(xì)檢查一下,因?yàn)橥ǔ?dòng)的DNI是指晨間最早啟動(dòng)時(shí),能夠達(dá)到最低流量的數(shù)值。由于選址不同、緯度不同,DNI數(shù)據(jù)都有很大變化,最終把DNI根據(jù)太陽(yáng)高度角折算出來(lái)一個(gè)槽面可以接受的轉(zhuǎn)化過(guò)的輻射值,這樣是相對(duì)比較準(zhǔn)確的,如果單用DNI,冬季和夏季DNI值相同,效率會(huì)差很多。
提問(wèn):比如哈密呢?
俞科:現(xiàn)在可研中用的還是傳統(tǒng)的開(kāi)口為5.7m的集熱器,沒(méi)有將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到新項(xiàng)目中,預(yù)計(jì)2019年-2020年期間該技術(shù)會(huì)投入商業(yè)化應(yīng)用。
提問(wèn):你們可能選擇了很薄的玻璃,如何抗冰雹呢?
俞科:薄玻璃現(xiàn)在也有鋼化,也有非鋼化的、貼合的。比如有冰雹的情況下,單片破碎不會(huì)導(dǎo)致鏡面崩裂。當(dāng)然,如果考慮抗冰雹,這種設(shè)計(jì)不是用前表面接受冰雹的沖擊,而是用后表面,因?yàn)楹蟊砻媸墙ㄖAВ绻欢ㄒ米畋∪醯姆阶隹赡苁怯袉?wèn)題的。
提問(wèn):所以,天氣預(yù)報(bào)要很準(zhǔn)。
俞科:當(dāng)然,鋼化貼合的情況下,冰雹測(cè)試應(yīng)該是沒(méi)問(wèn)題的。
提問(wèn):我是來(lái)自中機(jī)電力的張慶寶,我有一個(gè)問(wèn)題,上面說(shuō)到單回路集熱器設(shè)計(jì)點(diǎn)熱功率,您提到1.8MWth、2.79MWth、4.38MWth,對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI是多少?一般還有緯度吧?
俞科:光線垂直照射于槽面,入射角為0度,所以就不用考慮緯度了。