CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：6月13日，2023中國國際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA第十屆年會(huì)在浙江杭州盛大召開，山東電力建設(shè)第三工程有限公司首席工程師、工程咨詢?cè)焊痹洪L、光熱研究中心主任王仁寶出席會(huì)議并帶來主題報(bào)告《光熱綜合能源供應(yīng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐》。

圖：王仁寶

光熱綜合能源供應(yīng)背景

▋能耗結(jié)構(gòu)

王仁寶指出，在工業(yè)生產(chǎn)中工藝用熱占到總能耗的70%，且大部分由天然氣和石油等化石能源提供，下表列出了各工藝加熱及發(fā)電用熱場(chǎng)景和溫度范圍：

▋光熱供能優(yōu)勢(shì)

從能量轉(zhuǎn)換角度來看，太陽能到熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的年光熱轉(zhuǎn)換效率（30%~55%）遠(yuǎn)高于太陽能到電力年光電轉(zhuǎn)換效率（15%~17%）。因此，太陽能熱系統(tǒng)被認(rèn)為是工業(yè)熱應(yīng)用很有吸引力的解決方案之一。

▋主要供能場(chǎng)景

國外學(xué)者在分析了西方工業(yè)國的太陽能熱潛力后，認(rèn)為太陽能熱利用最有前途的行業(yè)包括石油開采上游和下游產(chǎn)業(yè)、食品和飲料加工、制藥等。

王仁寶闡述，太陽能熱利用就是用太陽能集熱器將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。按利用的溫度不同分為太陽能低溫(<100℃)利用、中溫(100～250℃)利用和高溫(>250℃)利用。應(yīng)用領(lǐng)域已從提供生活熱水向采暖、石油開采、干燥、鍋爐等工農(nóng)業(yè)諸多領(lǐng)域擴(kuò)展。

圖：太陽能高中低溫領(lǐng)域利用

其中，王仁寶特別強(qiáng)調(diào)了高溫領(lǐng)域應(yīng)用，可為工業(yè)脫碳提供高參數(shù)能量來源，具體體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.為石油、稠油開發(fā)提供高溫、高壓蒸汽提供能源來源；

2.為高溫?zé)岱êＫ峁┠芰縼碓矗?/p>

3.為高溫?zé)峤?電解制氫提供能量來源，水通過吸收太陽能分解產(chǎn)生氫氣，為“綠氫”（可再生能源制氫，制氫過程無碳排放）的重要來源；

4.為鋼鐵、水泥等有高溫需求的高耗能工業(yè)，提供能源來源，為工業(yè)脫碳提供能量來源。

商業(yè)化應(yīng)用

▋案例1—澳大利亞Sundrop沙漠農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目

澳大利亞Sundrop沙漠農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目位于澳大利亞奧古斯塔港附近，是全球第一個(gè)基于CSP技術(shù)的商業(yè)化綜合能源工程，同時(shí)也是世界上第一座利用光熱+海水淡化+發(fā)電+溫控溫室來運(yùn)營的沙漠農(nóng)場(chǎng)。

Sundrop農(nóng)場(chǎng)占地約20萬平方米，坐落于澳洲南部靠海的沙漠。所在地屬熱帶沙漠氣候和地中海氣候的過渡地帶，夏季炎熱干旱，冬季溫和濕潤，并不適宜農(nóng)場(chǎng)作物生長。然而，Sundrop農(nóng)場(chǎng)卻能很好地適應(yīng)這種沙漠干旱的環(huán)境，原因在于采用了光熱系統(tǒng)，可為農(nóng)場(chǎng)提供電力和供暖，同時(shí)驅(qū)動(dòng)海水淡化裝置制造農(nóng)場(chǎng)所需的淡水。

Sundrop農(nóng)場(chǎng)光熱綜合能源項(xiàng)目自2015年10月開始建設(shè)，2016年6月開始調(diào)試，2016年10月滿負(fù)荷并網(wǎng)投運(yùn)，至今運(yùn)行情況良好。

Sundrop農(nóng)場(chǎng)光熱綜合能源項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)

圖：Sundrop農(nóng)場(chǎng)光熱綜合能源項(xiàng)目鳥瞰圖

作為全球首個(gè)無土壤、無農(nóng)藥、不使用化石燃料或地下水的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，其成功運(yùn)行標(biāo)志著可再生能源將更全面地被利用。

該項(xiàng)目鏡場(chǎng)采用SEPCOIII小型定日鏡技術(shù)，聚光集熱系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽一部分進(jìn)入儲(chǔ)熱系統(tǒng)，一部分進(jìn)入背壓式汽輪機(jī)發(fā)電為農(nóng)場(chǎng)提供電力，同時(shí)蒸汽為海水淡化系統(tǒng)提供熱源。

▋案例2—西藏扎布耶源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綜合能源供應(yīng)項(xiàng)目

“西藏扎布耶鹽湖綠色綜合開發(fā)利用萬噸電池級(jí)碳酸鋰項(xiàng)目”由西藏礦業(yè)發(fā)展股份有限公司投資建設(shè)，位于仲巴縣境內(nèi)。扎布耶鹽湖總面積為235 平方公里，湖面海拔4422 米，為全球第三、亞洲第一百萬噸級(jí)鋰礦鹽湖。

西藏扎布耶源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綜合能源供應(yīng)項(xiàng)目采用“光熱+光伏+儲(chǔ)能”技術(shù)路線，可為上述項(xiàng)目提供能源，保障碳酸鋰加工廠連續(xù)生產(chǎn)供能需求。該項(xiàng)目位于西藏自治區(qū)日喀則市仲巴縣以北扎布耶鹽湖東南側(cè)，地處海拔4500米的青藏高原，是全球首個(gè)在高海拔地區(qū)，實(shí)現(xiàn)清潔能源孤網(wǎng)運(yùn)行綜合供能的先行先試的“珠峰”項(xiàng)目。

西藏扎布耶源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綜合能源供應(yīng)項(xiàng)目所在地光資源豐富，年均水平總輻射量（GHI）>2000 kWh/m2，屬全國最豐富區(qū)；年均法向直接輻射量（DNI）>2700 kWh/㎡，非常適合建光熱、光伏電站。

據(jù)王仁寶介紹，整個(gè)能源站由光伏電站、光熱電站、電化學(xué)儲(chǔ)能三部分組成。

圖：項(xiàng)目配置相關(guān)數(shù)據(jù)

光熱部分采用槽式光熱發(fā)電技術(shù)，容量為40MW。該項(xiàng)目由山東電力建設(shè)第三工程有限公司和中國船舶重工集團(tuán)有限公司聯(lián)合建設(shè)，光熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱容量可達(dá)1915兆瓦時(shí)，熔鹽儲(chǔ)熱時(shí)長可達(dá)16小時(shí)。

王仁寶向與會(huì)來賓分享了該系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯，如下：

—白天工況光伏滿發(fā)，為碳酸鋰廠供電，多余電力進(jìn)入電化學(xué)儲(chǔ)能；光熱低負(fù)荷運(yùn)行，為碳酸鋰廠供汽；

—夜間工況光熱滿發(fā)，為碳酸鋰廠供電的同時(shí)供汽；

—配置解耦蒸汽發(fā)生器，汽輪機(jī)抽汽不足時(shí)來自鏡場(chǎng)或儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱量直接為碳酸鋰廠蒸汽。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

▋機(jī)遇

2020年9月，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論的講話中提到：中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

圖：2021-2022年光熱相關(guān)鼓勵(lì)政策

2023年3月20日國家能源局發(fā)布了28號(hào)文-《關(guān)于推動(dòng)光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》，要求全國光熱發(fā)電每年新增開工規(guī)模達(dá)到300萬千瓦左右，規(guī)劃百萬千瓦、千萬千瓦級(jí)光熱發(fā)電基地，率先打造光熱產(chǎn)業(yè)集群。

上述一系列政策為光熱行業(yè)指明了方向，極大地推動(dòng)了光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

▋挑戰(zhàn)

光熱機(jī)遇井噴的同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)。

（一）工業(yè)脫碳進(jìn)程較慢

據(jù)國際能源局統(tǒng)計(jì)，電力行業(yè)脫碳速度最快，工業(yè)生產(chǎn)脫碳進(jìn)程相比電力行業(yè)要慢大約10-20年。工業(yè)脫碳速度較慢的主要原因是在制造鋼、鐵、水泥、石灰、化學(xué)品和鋁等材料的高溫工業(yè)過程中，存在清潔能源替代技術(shù)不成熟、投資風(fēng)險(xiǎn)大等問題。

（二）工業(yè)用熱參數(shù)較高

工業(yè)生產(chǎn)主要以熱需求為主，光熱在工業(yè)脫碳領(lǐng)域具有天然的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前全球碳排放最大的生產(chǎn)行業(yè)包括金屬冶煉、水泥生產(chǎn)等，所需反應(yīng)溫度均高于熔鹽儲(chǔ)熱的溫度（565℃），光熱系統(tǒng)需要開發(fā)耐高溫的儲(chǔ)換熱介質(zhì)以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。

資料來源：國際能源署

上圖所示為，截至2050年，每五年主要經(jīng)濟(jì)部門對(duì)全球二氧化碳排放量的預(yù)計(jì)貢獻(xiàn)，以及工業(yè)排放量占總排放量的份額。

最后，王仁寶總結(jié)，光熱技術(shù)具有光熱轉(zhuǎn)換效率高、安全、無污染等優(yōu)勢(shì)，在減碳的大背景下，光熱產(chǎn)業(yè)面臨巨大的歷史機(jī)遇，已逐步涉足發(fā)電、工業(yè)熱利用、海水淡化、供暖、石油開采和生態(tài)農(nóng)業(yè)等行業(yè)，發(fā)展前景廣闊。同時(shí)，光熱也面臨諸多挑戰(zhàn)，如發(fā)電成本較高，儲(chǔ)換熱溫度低于工業(yè)用熱需求等。未來光熱綜合利用技術(shù)將朝著高參數(shù)、高效率、高可靠性、低成本方向持續(xù)發(fā)展。

SEPCOIII光熱技術(shù)

山東電力建設(shè)第三工程有限公司（以下簡稱“SEPCOIII”）成立于1985年，是中國電力建設(shè)集團(tuán)全資A級(jí)子公司，是以EPCO、EPC等方式承包各類型電站、海水淡化、基礎(chǔ)設(shè)施等工程建設(shè)為主，廣泛涉足電力與金融投資、設(shè)計(jì)咨詢、設(shè)備制造與租賃、國際物流與貿(mào)易、調(diào)試運(yùn)行、休閑旅游等多個(gè)領(lǐng)域的綜合性建設(shè)集團(tuán)。

SEPCOIII設(shè)有青島總部和迪拜公司，可為客戶提供從項(xiàng)目可研到融資、勘探、策劃、設(shè)計(jì)、采購、施工、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、檢修改造等一攬子解決方案。 

圖：相關(guān)榮譽(yù)

SEPCOIII連續(xù)8年入選美國《工程新聞?dòng)涗洝罚‥NR）“250強(qiáng)國際總承包商”榜單，2014年位列第58位。近年來，公司被評(píng)為“中央企業(yè)先進(jìn)集體”，榮獲“全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”。

圖：相關(guān)業(yè)績

圖：公司組織機(jī)構(gòu)

SEPCOIII打造了完整的光熱技術(shù)EPCO產(chǎn)業(yè)鏈，通過不懈的努力，積累豐富理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。涵蓋鏡場(chǎng)成套設(shè)備及技術(shù)、設(shè)計(jì)、采購、施工、調(diào)試到運(yùn)維各環(huán)節(jié)的項(xiàng)目任務(wù)。項(xiàng)目執(zhí)行過程中，E、P、C、O各環(huán)節(jié)能夠緊密銜接，在項(xiàng)目前期提前介入，統(tǒng)籌安排，并進(jìn)行各環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)反饋，形成EPCO的完整閉環(huán)，為工期控制、性能風(fēng)險(xiǎn)把控、機(jī)組可靠穩(wěn)定運(yùn)行、故障高效處理以及項(xiàng)目的成功投產(chǎn)提供了強(qiáng)有力保障。

王仁寶介紹，光熱電站的設(shè)計(jì)工作主要由工程咨詢?cè)撼袚?dān)，該院具有甲級(jí)設(shè)計(jì)資質(zhì)及豐富的國際電力工程設(shè)計(jì)、咨詢經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與國際接軌，從業(yè)人員近400人。已參與摩洛哥、南非紅石、西藏扎布耶等多個(gè)項(xiàng)目前期及施工圖設(shè)計(jì)工作，并參與了多個(gè)國內(nèi)外光熱項(xiàng)目的投標(biāo)、咨詢、可研等工作。

此外，SEPCOIII整合全球優(yōu)勢(shì)資源，同國際知名光熱技術(shù)企業(yè)和設(shè)備廠家建立了長期戰(zhàn)略合作關(guān)系。2019年，完成了對(duì)擁有豐富塔式光熱技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的美國 eSolar公司鏡場(chǎng)技術(shù)包收購工作，成為該技術(shù)唯一所有人。

SEPCOIII鏡場(chǎng)技術(shù)自2007年開始研發(fā)，經(jīng)過多年的技術(shù)迭代，具備高可靠性、低成本、高精度等特點(diǎn)。SEPCOIII全面掌握了塔式太陽能光熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)核心裝備國產(chǎn)化，持續(xù)推廣光熱綜合能源供應(yīng)領(lǐng)域應(yīng)用。

目前，鏡場(chǎng)技術(shù)已成功應(yīng)用于美國蘭卡斯特、印度拉賈斯坦邦、澳大利亞奧古斯塔港等多個(gè)項(xiàng)目，運(yùn)行效果良好。