CSPPLAZA光熱發電網報道:2015年底,北京兆陽光熱技術有限公司(簡稱“兆陽光熱”)在張家口張北縣15MW的創新型菲涅耳光熱電站啟動建造,2018年6月,該電站在穩定聚光直接產生高品質過熱蒸汽運行半年后,順利完成了全面的大規模混凝土儲熱取熱測試,各項指標實測完全達到設計目標,同時實現了汽輪機24小時連續發電,并進一步成功達成連續64小時發電測試目標,成為世界首個成功實現長時間連續運行的高倍線性聚光水工質傳熱固態儲熱太陽能電站。憑借該項成果,兆陽光熱獲得聯合國工業組織的2018年最具投資價值清潔能源技術大獎“藍天獎”。CSPPLAZA平臺已經對兆陽光熱發電技術體系進行了系列連續報道,從各個技術角度詳細介紹該體系的特點及成熟可靠性優勢。
10月12日,在2018第三屆?德令哈光熱發電大會上,兆陽光熱總工程師李維就該公司自主研發的創新型菲涅耳光熱技術體系在發電和供熱市場的應用和經濟性作主題演講,進一步介紹了兆陽光熱技術體系的市場應用和經濟性指標情況,引起了業內各界的高度關注。
針對行業痛點,創新光熱發電
對于光熱發電的行業痛點,李維介紹了以下四點:一、依照國外相對成熟技術引進消化開展工作的模式難有實質性突破,造價大幅下降的空間不大;關鍵設備和材料部分依賴進口,核心技術專利相當部分掌握在外資手中;二、中國太陽能資源條件不佳,太陽能資源相對豐富地區天氣惡劣(風沙、多云、缺水、嚴寒),運維難度大,年度電成本較高;三、引進的光熱技術體系中常用的導熱油、熔融鹽設備建造和運行成本高,且運行中存在安全環保風險;四、面對光伏、風電的迅猛發展勢頭,光熱單個項目建設周期長、造價高的局面如不短期內得以改變,政策、市場方面的壓力巨大,發展前景不明朗。
針對國內太陽資源較差和緯度高、風沙大等限制條件,兆陽光熱成功開發全球首創的東西軸傾斜面布置的類菲涅耳式兆陽聚光集熱系統,聚光倍率可高達200倍(這是全球線性聚光技術體系中的最高聚光倍率),大幅提升集熱效率,降低鏡場造價并顯著增加了全年得熱量和均衡每日得熱量。
在深入分析研究各類技術路線的基礎上取長補短,兆陽光熱發電技術體系全部采用可靠成熟技術,全面實現與傳統火力發電技術體系無縫對接,創新研發出兆陽聚光集熱系統、DSG直接過熱蒸汽傳熱技術、混凝土儲熱技術、系列綜合實用技術四大類主要技術。如今,兆陽線性聚光體系已完善定型,成熟度與槽式完全相同,安全可靠性和經濟性指標則大大優于其它傳統技術路線,其可靠性和經濟性指標已經通過了15MW規模的實際電站工程驗證。
圖:兆陽光熱張家口15MW創新型菲涅耳光熱發電項目
李維認為,除了安全可靠性以外,光熱發電如果沒有經濟性,也將沒有生命力,難以持續發展,所以光熱發電的可靠性經濟性將是光熱發電的核心競爭力。針對行業痛點,兆陽光熱進行了長期的新技術體系綜合研發,憑借幾輪的電站建設實踐經驗,在關鍵技術體系上已實現全面突破,為大規模產業化發展做好了準備。
在集熱方面,針對關鍵設備成本較高的問題,兆陽光熱成功開發了雙玻璃冷彎曲面一次反射鏡、耐高溫二次反射鏡和高效支撐鋼架,大大降低建設成本,同時根本性地提高了反射鏡和支撐鋼架的使用壽命、使用安全性;針對傳統導熱油和熔融鹽成本高、環境污染、運行成本高和風險大等問題,成功開發了采用水工質直接過熱蒸汽發生的技術。
在儲熱方面,針對熔融鹽儲熱方案建設成本高、運行風險大、無法經濟和高效地對過熱蒸汽儲存和連續陰雨天氣無法啟動汽輪機等問題,兆陽光熱成功開發了全球獨創的大規模耐熱混凝土儲熱技術體系。
在綜合輔助系統方面,針對沙塵大的問題,兆陽光熱開發了一次反射鏡和二次反射鏡的高頻次無水清掃裝置,使電站能夠長期處于高效運行狀態;針對水資源缺乏問題,成功開發了雨水收集裝置,大大降低了光熱電站區域對水資源的依賴;依托光熱的調峰特長,開發了光熱、光伏加風電的多能互補體系,采用智能微網技術進行調控,綜合輸出穩定性基本等同火力發電、發電成本可達到甚至低于火電標桿電價;依據東西軸鏡場布置的特點和優勢,開發了鏡場底部和鏡場列間土地綜合利用技術;依據鏡場結構的特點和優勢,開發了空擋區域(吸熱器頂部位置)安裝光伏電池組件技術,綜合利用太陽能資源。
圖:兆陽鏡場土地苜蓿種植實驗
應用范圍廣,經濟性佳
除產生高溫蒸汽應用于光熱電站外,兆陽光熱創新型菲涅耳光熱技術體系還可應用在其他多個領域,包括制藥、紡織、食品、石油等。同時,兆陽聚光集熱系統能夠與建筑相結合,可以充分利用土地資源,與廠房、庫房、農業大棚有機融合,可廣泛用于城鎮熱水供暖、工業生產海水淡化等等。
經濟性方面,這套應用范圍極廣的系統在不同領域應用的經濟性到底如何是各界最為關注的焦點。據李維介紹,在商業化光熱電站方面,以德令哈為例,按100MW機組年利用小時3400h進行經濟評價,總投資未超過20億元,按上網電價為:含稅電價980元/MWh測算得項目投資內部收益率(稅前)為11.53%。此時,項目資本金內部收益率高達20.92%,資本金凈利潤率為24.55%,經濟性極好。
德令哈商業化光熱電站投資估算表
表:德令哈商業化光熱電站經濟性評估的主要技術經濟指標
以靠近負荷中心的冀北地區為例,按機組年利用小時4460h進行100MW商業化光熱電站的經濟評價,按上網電價為含稅電價980元/MWh,測算得項目投資內部收益率(稅前)為11.78%,項目資本金內部收益率21.04%,資本金凈利潤率為26.07%,經濟性依然很好。
冀北地區商業化光熱電站投資估算表
冀北地區商業化光熱電站經濟性評估的主要技術經濟指標
而相比光熱發電,商業化供汽技術成本可進一步下降,其原因主要在于以下幾點:聚光倍率可適當降低,降低了制造安裝精度要求;管道、閥門等設備要求可進一步降低;熱力系統和控制邏輯可進一步簡化;儲能系統可根據用戶需求設置;儲能系統可采用儲熱池的經濟性技術方案。
商業化光熱供汽項目經濟性評價參數表
商業化光熱供汽項目主要成本參數表
某商業化光熱供熱應用項目經濟性評估
此外,李維指出,即使在中國太陽能資源二類地區,兆陽光熱創新型菲涅耳系統產出的熱水級熱源價格也可低于45元/GJ,從而達到與傳統燃煤鍋爐相當的經濟性,在工農業生產用能、城市供暖方面具有巨大的推廣空間。