日前，在由中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司、國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺共同主辦、首航高科能源技術(shù)股份有限公司聯(lián)合主辦的2022中國風(fēng)光熱互補(bǔ)新能源基地開發(fā)大會上，常州龍騰光熱科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)盧智恒就《槽式光熱儲能電站在大規(guī)模調(diào)峰場景下的設(shè)計(jì)方案與技術(shù)創(chuàng)新降本路徑》作了主題報(bào)告。

圖：盧智恒作主題發(fā)言

盧智恒表示，槽式光熱技術(shù)是全球范圍內(nèi)最成熟的光熱發(fā)電技術(shù)。首先美國已有運(yùn)行30多年的槽式電站，積累了非常豐富的長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；其次它的占比很高——目前全世界的光熱發(fā)電裝機(jī)里面有3/4都是槽式的；另外槽式集熱器模塊設(shè)計(jì)非常適合規(guī)模化生產(chǎn)，因?yàn)槭菢?biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，規(guī)模化裝配，特別適合大規(guī)模部署；此外，槽式光熱技術(shù)成本下降的技術(shù)路徑非常清晰，目前都是朝著大開口的方向去做，同時工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高，包括430℃以上的硅油或者565℃的熔鹽。

此間，盧智恒還指出了業(yè)界針對槽式光熱技術(shù)的認(rèn)識存在三大誤區(qū)：1、槽式不適合高緯度地區(qū)；2、槽式發(fā)電量季節(jié)性差異非常大；3、槽式對于地形的要求很高，并結(jié)合自身的技術(shù)研究成果和實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行表現(xiàn)就上述誤區(qū)進(jìn)行了一一解釋說明。

關(guān)于槽式光熱技術(shù)的成本下降空間，盧智恒認(rèn)為，通過規(guī)模化、經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)進(jìn)步三條路徑后，光熱電站的電價能夠接近于調(diào)峰火電電力的平價價格。

更多精彩內(nèi)容，請閱讀下面刊出的盧智恒的演講全文：

盧智恒：各位參會代表，各位同行，大家下午好！

我是盧智恒，今天跟大家一起分享一下槽式光熱儲能電站在大規(guī)模調(diào)峰場景下的設(shè)計(jì)方案與產(chǎn)業(yè)化降本路徑。

前面很多同行更多在講塔式，但是我可以告訴大家，在全球已建成光熱電站中槽式占很大的比重，而且它的技術(shù)發(fā)展方向是非常清晰的。

接下來分享下大家比較關(guān)心的中核龍騰烏拉特100MW槽式項(xiàng)目的運(yùn)行情況。

該項(xiàng)目屬于國家第一批示范項(xiàng)目，采用龍騰光熱核心技術(shù)和集熱場集成裝備，實(shí)現(xiàn)了中國槽式光熱電站領(lǐng)域的首次國產(chǎn)化替代，性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，也成為國內(nèi)同緯度下第一個滿負(fù)荷發(fā)電的光熱項(xiàng)目。圓滿完成了國家主管部門的示范目標(biāo)。

該項(xiàng)目也是全球緯度最高（北緯46°）的槽式項(xiàng)目，2020年1月首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，2020年12月底實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷發(fā)電，2021年8月份儲熱系統(tǒng)全部投產(chǎn)，一直運(yùn)行到現(xiàn)在。

目前項(xiàng)目從投產(chǎn)到今年7月底的累計(jì)發(fā)電量已達(dá)4.3億度，2021年發(fā)電量是2.1億度，今年上半年發(fā)了1.8億度電。2022年1月份，烏拉特電站停機(jī)檢修并進(jìn)行了消缺改造，今年第二季度利用小時數(shù)超過1200小時，6月5日達(dá)到了單日最高發(fā)電量2192MWh，期間天氣較好的6月5日-6月14日的連續(xù)不停機(jī)發(fā)電期間10天累計(jì)發(fā)電量達(dá)到19464MWh，充分展現(xiàn)了槽式光熱電站連續(xù)高負(fù)荷的運(yùn)行能力。

接下來分享下槽式技術(shù)針對大規(guī)模調(diào)峰場景的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

槽式光熱技術(shù)在全世界已有30多年的發(fā)展歷史，它是線聚焦技術(shù)，工作原理就是把槽式集熱器進(jìn)行南北向布置，跟蹤太陽由東到西，這是常規(guī)的做法；然后用導(dǎo)熱油收集到的熱量一部分會進(jìn)汽輪機(jī)，另一部分進(jìn)儲能熔鹽罐。但是槽式的核心部件——集熱器，真空管和反射鏡是固定裝配好的，而且光程很短，反射鏡面離吸熱管的長度平均只有2米左右，不會受到大氣通透度的影響。

目前塔式電站上的很多，但是塔式電站有一個很大的問題，即針對反射鏡面到吸熱器之間遠(yuǎn)距離光程的衰減問題，目前沒有太好的手段；我知道迪拜項(xiàng)目委托西班牙的一家企業(yè)在提供一套設(shè)備，就是為了實(shí)時現(xiàn)場測量大氣通透度，在陰霾天氣、浮塵天氣和晴天光經(jīng)過大氣的衰減是不一樣的，所以這種衰減也會影響電站運(yùn)營，并會提升系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜度。

而槽式光熱系統(tǒng)光程很短，所以槽式是以管程來換光程的一種設(shè)計(jì)理念。槽式有很多優(yōu)點(diǎn)，首先它是全球范圍內(nèi)最成熟的光熱發(fā)電技術(shù)，比如美國已有運(yùn)行30多年的槽式電站，槽式電站的長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累的非常豐富；其次它的占比很高——目前全世界的光熱發(fā)電裝機(jī)里面有3/4都是槽式的，國內(nèi)的情況可能反過來。

第二個優(yōu)點(diǎn)，就是槽式集熱器模塊設(shè)計(jì)非常適合規(guī)模化生產(chǎn)，因?yàn)槭菢?biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，規(guī)模化裝配，特別適合大規(guī)模部署。

還有一個優(yōu)點(diǎn)，就是成本下降的技術(shù)路徑非常清晰，目前都是朝著大開口集熱器的方向去做，同時工質(zhì)的溫度進(jìn)一步提高，包括430℃以上的硅油或者565℃的熔鹽，常規(guī)島可以實(shí)現(xiàn)200MW以上的單機(jī)大容量。槽式光熱技術(shù)路線綜合集熱島、儲熱島、常規(guī)島的分塊降本，通過兩三輪技術(shù)迭代能較快實(shí)現(xiàn)調(diào)峰平價。

接下來我想糾正幾個大家對槽式技術(shù)的認(rèn)識誤區(qū)。

第一、大家認(rèn)為槽式是不適合高緯度地區(qū)的，因?yàn)樗挠嘞倚?yīng)。

之前我在另外一個單位工作的時候，國際范圍有個不成文的規(guī)則——槽式電站選址的緯度不會超過40°。大家可以去看目前Solarpaces上有統(tǒng)計(jì)的全世界的光熱電站緯度都在40°以下。

但是中國比較特殊，烏拉特，哈密等一些適宜光熱電站開發(fā)地區(qū)的緯度都在40°以上，怎么辦？是不是不適合呢？我們做了一些分析，同一個電站，同樣的集熱面積，什么都不改變，就改變它的布置方向，剛才我說過常規(guī)的槽式是一個南北方向布置，由東向西跟著太陽轉(zhuǎn)的，現(xiàn)在我就把方向轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，把南北向的布置變成東西向的布置，這個時候跟蹤的是太陽的高度角，由東到西的方位角，這個表述不嚴(yán)謹(jǐn)，但是跟蹤的是高度角，由東向西的方位角會產(chǎn)生余弦，這樣的話電站每天的余弦效應(yīng)在一年內(nèi)都是差不多的。

我們?yōu)榱伺懦渌蛩氐挠绊懀覀兙蛯Ρ裙饽軌虻竭_(dá)吸熱管的量，一年8760個小時有多少，可以看我們有一列南北向的集熱量，還有東西向的集熱量，可以看到在40°以下的地區(qū)，確實(shí)是南北向布置的集熱量多一點(diǎn)，但是到了哈密（43.7°）等更高緯度地區(qū)，東西向布置的集熱量要多。而烏拉特是一個位于中間的地方，從這個對比，我們可以看出，越是緯度低的地方，南北向的布置越有利，越是緯度高的地方，我們要把它變成東西向布置，并不是說這種技術(shù)不適用于高緯度的地區(qū)。

第二個誤區(qū)：槽式季節(jié)性差異非常大，意思是夏天發(fā)的電很多，但是到了冬天不行，這也是一個認(rèn)識的誤區(qū)。

前面一句話說的對的前提是南北向布置，南北向布置可以看左上角的圖是一年365天出力功率的情況，可以看出來夏天的時候確實(shí)很高，鏡場每天接收到的太陽能量能達(dá)到5000MWh，但到了冬天只有1500 MWh，季節(jié)性差異非常大；但是同樣把它變成東西向布置后，整個曲線就平滑下來了，基本上每個季度最高的一天的數(shù)值都在3000 MWh左右。如果說左邊兩張圖看不清楚，看右邊的圖，這是每個月發(fā)電量的統(tǒng)計(jì)，可以看到藍(lán)色的圖是南北向布置，橙色是東西向布置，可以看出變成東西向布置之后，全年的季節(jié)性差異變的很小了。

這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)上有什么優(yōu)點(diǎn)呢，這三張圖都畫了紅色虛線，對于設(shè)計(jì)電站來講是很大的問題，如果電站一年的出力比較平均，無論在設(shè)計(jì)換熱系統(tǒng)的大小或者儲熱時長、容量的時候，按照東西向布置我們可以設(shè)計(jì)一個比較好的值，全年不會說冬天充不滿，而到夏天棄掉很多，這對設(shè)計(jì)電站來講是有好處的，因?yàn)闂墴釛壍脑蕉啵C明你扔掉的錢越多。

同時，南北向換成東西向布置之后可以節(jié)省土地。如圖，上面是南北向布置，下面是東西向布置，他們的間距都用L來表示，通過計(jì)算改變行間距的距離，我們可以看下邊的圖，一般南北向布置的烏拉特項(xiàng)目用了17米左右的行間距。

通過計(jì)算可以知道，因?yàn)橛嘘幱白钃蹶P(guān)系，所以無限長的距離都會有損失，我們就以20米的間距為起點(diǎn)，看藍(lán)色的線是南北向布置的，17米的行間距意味著要犧牲1%的能量，如果進(jìn)一步縮小行間距，那棄掉的熱量就會越多，但是能越節(jié)省土地。橙色線比藍(lán)色線更平滑，這意味著我可以把行間距縮的更短，但是棄掉的熱量更少，換句話說即收集相同的熱量，我可以將這個行間距縮的更短。對于節(jié)省土地來說，這是立竿見影的效果，因?yàn)楣鉄犴?xiàng)目大部分都是鏡場的占地，如果行間距從17米縮到14米，能省20%的占地。

這是兩個不同廠址的風(fēng)玫瑰圖，風(fēng)的荷載對槽式集熱器來說是一個重要影響因素，它決定了集熱器設(shè)計(jì)的強(qiáng)度，而設(shè)計(jì)強(qiáng)度意味著鋼材的用量；如果我們把這個布置的方向和風(fēng)的玫瑰圖結(jié)合起來，可以減少迎風(fēng)面時的設(shè)計(jì)荷載，為什么？因?yàn)椴凼郊療崞髡龑︼L(fēng)吹的時候所受到的力是最大的，當(dāng)風(fēng)從兩行之間過去的時候，受到的負(fù)荷是最小的，這也是一個我們在優(yōu)化布置里面可以考慮的因素。

這樣的話，鋼材用量減少下來了，整個項(xiàng)目的造價也就降低了。

第三個認(rèn)識誤區(qū)是地形。我們都說槽式對地形的影響很高，需要場地非常平整，這句話說對了一半，為什么？槽式集熱器是對軸線方向上的坡度要求很高，但是在垂直于軸線方向上的可以沿著自然的坡度。我們知道，場地的平整土方量是組成造價的很大的一部分，如果我們能把這個布置的方向和場地的自然地形結(jié)合起來，場平的土方量就能夠減少。

槽式集熱器的布置，不是只有南北東西兩個方向，其實(shí)可以任意的角度來布置，但布置的目的第一個當(dāng)然是為了得到更多的能量，第二個是能夠減少整個系統(tǒng)的造價。所以后續(xù)無論在分析或者考慮設(shè)計(jì)槽式項(xiàng)目的時候，這一步是需要做的。

上面的對比都是只到了吸熱管集熱量的那一步，但實(shí)際上影響最后發(fā)電的還有很多。最簡單的大家可以想，在夏天的時候，如果到達(dá)集熱管的量很多的時候，就要棄光了，就要棄掉一部分，那進(jìn)入儲熱系統(tǒng)和汽機(jī)的能量就會少了。所以即使集熱器南北布置和東西布置集熱量相差不大的情況下，最終的發(fā)電量肯定也是有區(qū)別的。計(jì)算表明，其實(shí)在更低的緯度下，東西向的布置已經(jīng)顯現(xiàn)出這樣的優(yōu)勢。

槽式集熱器技術(shù)的發(fā)展是朝著大開口的方向，所以大開口的集熱器有助于進(jìn)一步降低造價，降低度電成本。目前常用開口5.7米的歐槽，大開口的新疆現(xiàn)在有8.6米開口的項(xiàng)目，長度可能有變化，單個集熱器集熱量輸出已經(jīng)超過原來。還有更大的14米的超大槽的設(shè)計(jì)，包括槽式集熱器的設(shè)計(jì)點(diǎn)，設(shè)計(jì)點(diǎn)的功率和長度，這些都會有變化。

接下來我們再想一想，一個光熱電站究竟能做到多大，單機(jī)的電站，全世界最大的槽式電站是美國裝機(jī)280兆瓦的Solana電站，目前已經(jīng)投產(chǎn)的摩洛哥NOOR2槽式項(xiàng)目是200兆瓦，在建迪拜槽式項(xiàng)目也是200兆瓦。

單機(jī)槽式電站其實(shí)非常適合規(guī)模化的部署，那最大的槽式電站能做到多大？當(dāng)然我們回答這個問題的時候要先設(shè)一些邊際條件，第一個是如何調(diào)度。是像目前已建成的示范電站那樣每天任何時候都可以發(fā)，還是要適應(yīng)大基地的調(diào)度。如果現(xiàn)在考慮設(shè)計(jì)超大電站的時候，考慮適應(yīng)大規(guī)模的調(diào)峰方式設(shè)計(jì)的——意思就是頂晚高峰，下午大概4點(diǎn)開始，一直到晚上這個電站發(fā)完電為止，可能覆蓋6-7個小時，每天不一樣。

剛才我說了很多包括布置方式，新的技術(shù)，我們都應(yīng)用在這個超大電站的設(shè)計(jì)里面，包括開口8.6米的集熱器，集熱管內(nèi)徑從原來的70mm變成90mm（全廠流阻就會降低），用東西向的布置（希望全年每個季度每天都是差不多的，同時在高緯度地區(qū)可以獲得更多的能量）、采用新一代的硅油（好處是在于它的凝固點(diǎn)非常低，零下40℃，非常適合國內(nèi)的氣候條件，不需要防凝系統(tǒng)）；還有我要糾正的是剛才有同行說槽式不能解耦，其實(shí)槽式可以解耦，如右上圖槽式的解耦工藝方式：把導(dǎo)熱油全部進(jìn)熔鹽罐和熔鹽換熱，要產(chǎn)生蒸汽的時候，是熔鹽和水來換熱，這樣它的前面集熱和后面放熱部分完全可以解耦了；而且用的硅油的好處，前面導(dǎo)熱油系統(tǒng)不管到晚上多少度，我不需要防凝，一直讓它循環(huán)就行了，我只要做好熔鹽管路和熔鹽系統(tǒng)的保溫就可以了，所以這種解耦流程是可以滿足調(diào)峰電站的白天集熱，晚上（或晚高峰）發(fā)電的調(diào)度方式的。

還有這種單體超大的槽式項(xiàng)目需要用到平行鏡場的設(shè)計(jì)理念，為什么？請看右下角圖片，因?yàn)樗械牟凼焦苈访總€回路是并聯(lián)的，最后要匯集到最粗的管道里面，而這個最粗的管道按照當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)的工藝是有尺寸限制的，為了避開這個尺寸限制（即使匯集成母管道，到了油鹽換熱器還是要分成不同級路的，那為什么要匯成一路呢？）這樣就能突破最大管徑的限制。相當(dāng)于我們要把鏡場分成上下兩半，如圖每一套鏡場進(jìn)一個油鹽換熱器，最后把熱量儲存到熔鹽罐里。同時罐子也是分成8個或10個，發(fā)電的時候把熔鹽從熔鹽罐里泵出來，再匯集到母管，然后再進(jìn)蒸汽發(fā)生器。因?yàn)槿埯}的密度要比導(dǎo)熱油要高很多，所以它的管徑能夠在目前工藝能夠生產(chǎn)的范圍內(nèi)。

剛才也說了，就是電站的設(shè)計(jì)目標(biāo)是年利用1500-2000小時，盡量覆蓋晚高峰，設(shè)計(jì)的結(jié)果怎么樣呢？我們拿烏拉特這個位置進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，參數(shù)如下：北緯41.5°，汽機(jī)裝機(jī)量600兆瓦，這個規(guī)模在火電里面不算大；整個電站采用東西向布置，一共有700多個回路，占地1.5萬畝地，相當(dāng)于已建成烏拉特100MW槽式電站占地面積的兩倍多；集熱面積是385萬㎡；儲熱時長8小時；最后計(jì)算的結(jié)果是每年能夠覆蓋1700個小時，就是晚高峰的時候，如果按每天晚高峰6.5小時來算，覆蓋率能達(dá)到72%。

最后講一講降本路徑。

剛才我說過，降本有三種不同的槽型，同時降本也是三條路徑：第一、規(guī)模化，第二、經(jīng)驗(yàn)積累，第三、技術(shù)進(jìn)步。

第一階段，我們認(rèn)為降本有三個階段，第一階段是現(xiàn)有成熟技術(shù)的規(guī)模化；我們要把現(xiàn)在的100兆瓦裝機(jī)（目前已經(jīng)投產(chǎn)，各方面都已經(jīng)證實(shí)）容量做大，無論是多個的，還是你做一個超大型的槽式電站，只有通過規(guī)模化的效應(yīng)，才能讓更多的供應(yīng)商進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)更多的市場競爭，這樣才能帶動產(chǎn)品造價的下降。

第二階段，要通過大開口槽式集熱器+硅基導(dǎo)熱油來實(shí)現(xiàn)，比如8.6米集熱器+硅油，度電成本在此條件下我們預(yù)計(jì)相比上一個階段可以下降20%-30%。因?yàn)椴捎眠@種大開口槽可以減少回路設(shè)備，減少防凝系統(tǒng)，同時工作溫度提高到420-430℃，熔鹽的使用量也能相應(yīng)減少。

第三階段，我們要用到超大開口槽和熔鹽。使用熔鹽作為傳儲熱工質(zhì)可以減少油鹽換熱器，這是非常好的一個優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)然還會有一些反射鏡工藝上面的改進(jìn)，現(xiàn)在反射鏡面反射率一般為94%左右，目前正在做的技術(shù)研發(fā)計(jì)劃把反射率再提升2-3%。

這個階段度電成本預(yù)計(jì)還可以在上一階段基礎(chǔ)上再下降15-20%，經(jīng)過這三個階段之后，光熱電站的電價能夠接近于調(diào)峰火電電力的平價價格。

最后羅嗦幾句，光熱發(fā)電技術(shù)其實(shí)在國際上已經(jīng)存在了很多年，也不是我們國內(nèi)自創(chuàng)的技術(shù)，但是我們在把國際上的技術(shù)拿到國內(nèi)來用的時候，不能說簡單復(fù)制粘貼，因?yàn)閲鴥?nèi)有很多特殊要求，比如說緯度的要求。我們必須得改變思路，而不是別人怎么干我們就怎么干，專業(yè)技術(shù)方面，要做到知其然而且要知其所以然。我今天就分享到這里。

謝謝！