1、國家能源局關于印發太陽能發電發展“十二五”規劃的通知(國能新能[2012]194號)——推動光熱進入實質性發展階段;
5、國家能源局關于組織太陽能熱發電示范項目建設的通知國能新能〔2015〕355號——開展示范項目的投標工作;
DNI年法向直接輻射量(kwh/m2.a);
3、反光鏡
圖7反射鏡結構圖
表5反射鏡技術參數參考表
4、吸熱傳熱介質(導熱油)
其特性主要有:工作溫度高;熱穩定性強;傳熱性佳;熱傳遞損失小;低蒸汽壓;低凝固點;材料相容性好;經濟性好。
表6吸熱傳熱介質(導熱油)技術參數參考表
5、蒸汽發生裝置
(1)蒸汽發生系統主要由預熱器、蒸汽發生器、過熱器和再熱器組成。
(2)單套系統具有管系簡單、設備占地小、閥門少、運行調節簡單等特點。
(3)而兩套系統具有低負荷調節性能強的特點,但整體占地較大。
表7蒸汽發生裝置參數參考表
6、儲熱方式
太陽能儲熱主要有三種形式:A.顯熱儲熱B.潛熱儲熱C.化學反應儲熱。
儲熱材料應滿足以下要求:
儲熱密度大;穩定性好;無毒、無腐蝕、不易燃易爆,且價格低廉;導熱系數大,能量可以及時地儲存或取出;不同狀態間轉化時,材料體積變化要小;合適的使用溫度。
7、汽輪發電機組容量和型式
合理選擇機組容量:
(1)單機容量的增大,有利于降低工程單位造價,但需要技術成熟度作為支撐,同時,還要考慮儲熱系統的容量和機組的整體經濟性。
(2)對于槽式電站,集熱場規模增大,傳熱介質的流動距離更長,阻力也將更大,會使廠用電消耗增加。
(3)機組容量應綜合技術成熟度、儲熱系統容量和機組的整體經濟性進行多方案比選后確定。
汽輪機型式的主要特點有:啟動迅速、頻繁啟停、高效可靠,應具有快速響應進汽參數變化及低負荷連續運行的能力。其型式有:高溫高壓或中溫高壓、一次中間再熱、雙缸、雙軸、雙轉速(高壓缸轉速6000rpm,低壓缸轉速3000rpm)、凝汽式汽輪機。額定功率背壓:在缺水地區,采用空冷機組。為提高機組全年運行的經濟性,建議按照額定背壓(冷卻介質全年平均計算溫度對應的背壓)作為汽輪機額定功率背壓。
圖8槽式太陽能熱電項目汽輪發電機組外形圖
與常規火電機組的不同點是:
(1)發電機布置在高壓缸與低壓缸之間,高壓缸通過變速箱與發電機連接。高低壓缸可單獨運行也可以聯合運行;
(2)采用再熱設計可顯著提高汽輪發電機組效率,最高效率可達40%以上;
(3)可長時間低負荷運行(20%負荷),冷態啟動時間僅需1~2小時(0%~100%負荷),溫態啟動時間僅需20~30分鐘(0%~100%負荷)。
8、主變壓器選擇
(1)主變壓器容量應按照發電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后,留有10%的裕度。
(2)主變壓器額定電壓根據發電機出口電壓,以及并網電壓選擇。
(3)主變主要技術參數注意事項請見表8(數據為參考值)。
表8主變主要技術參數表
9、導體選型
導體及設備選擇遵照《導體和電器選擇設計技術規定》DL/T5222-2005,并考慮以下特殊條件。
(1)項目所在區域室內外環境溫度。
(2)當地的污穢等級。
(3)敷設方式。
(4)直埋式要考慮土壤腐蝕度和地下水位。
(5)地震裂度,地震加速度值等。
(6)導體及電氣設備均根據海拔高度選擇,并做修正。
(三)土建工程
光熱電站選址應根據國家可再生能源中長期發展規劃、地區自然條件、太陽能資源、交通運輸、接入系統、地區經濟發展規劃、其它設施等因素全面考慮,綜合規劃。選址過程中應考慮以下因素:①不宜占用耕地。②光照時間長,提高發電量。③地勢高差小,減少土石方工程量(場地平整度要求嚴格)。④應避開嚴重污染區、地質災害易發區、氣候災害嚴重區、影響人類居住或受人類活動影響區。⑤水資源相對豐富(100MW-17.6萬噸)。
總平面布置原則:
1、滿足各場地和設施功能要求,為生產過程創造有利條件。
2、符合當地規劃要求。
3、充分利用占地,緊湊布置總平面。節省投資,加快本期建設的進度。
4、盡量縮短運輸距離和管線長度。
5、利用風向減少相互干擾,改善環境。
6、滿足各種防護距離的要求。
表9太陽能熱發電站選址一般性條件
建筑物主要類型有汽機房、化學水處理站、換熱站、綜合水泵房、補給水泵房、生活污水處理站、辦公樓、HTF泵房、啟動與防凝鍋爐房、空冷配電間、原水預處理。
建筑物布置原則:廠區內建筑物的布置在結合廠區的總體規劃、滿足生產工藝要求及方便管理的前提下,盡可能創造較好的工作環境。除辦公樓用于人員生活外,其他建筑均用于生產,故最好都采用單層結構。建筑材料盡量就地取材,節約成本。
在查明場區地質條件的情況下,需對場區內構筑物進行結構設計。主要包括:
1、集熱區:槽式集熱陣列基礎及結構設計。
2、儲熱區:事故油坑、HTF溢流罐、HTF膨脹箱、HTF泵房、熔鹽儲熱罐、導熱油熔鹽換熱器和熔鹽熔化爐(熔鹽初始融化系統)等基礎及結構設計。
3、發電區:空冷平臺、換熱站、架構和設備支架等。
(四)安裝工程
1、場地平整:對場區平整度要求較高,土方量較大,應結合地形,合理布局,在滿足要求的前提下做到減少土方工程量,降低造價。
2、防洪防澇:場區占地面積較大,大雨天容易積水形成沖涮和洪澇,應做好排水措施。
3、施工難度:高海拔,溫度低,要考慮工程防凍及冬季施工要求。
4、水資源:高海拔地區,水資源不足,需要提前做好相關準備,若條件允許,盡量使用地表水資源及處理后的污水。
5、占地面積:占地面積與太陽直接輻射強度、機組容量、聚光集熱方式和儲熱系統容量等均有關系,故申請用地面積前,一定要根據收集到的基礎數據進行計算分析確定。
6、安裝:安裝精度會影響聚光鏡跟蹤的命中率和精準度,從而影響發電量,需要嚴格控制。
占地面積包括:
a、集熱場安裝施工區(安裝車間和倉庫)
b、換熱安裝施工區
c、汽機機力塔安裝施工區(汽機施工區和機力塔施工區)
d、其它安裝區(電氣施工區、設備堆放區、修配鉚焊區、機械站區)
e、土建施工區(鋼筋加工、混凝土攪拌站、木工模板區)
f、輔助生產及施工管理區(施工管理區和倉庫)、宿舍及其它生活設施占地等。
g、100MW工程占地面積約4.50hm2,其中施工區用地3.7hm2,施工生活區占地0.8hm2
四、光熱電站經濟性分析
(一)投資
1、測算基本條件
以槽式光熱項目為例,其各類投資投產比例見圖9所示
圖9槽式光熱項目靜態投資投產比例圖
表10主輔生產工程投資構成與占比分析(槽式)
(二)經濟性分析
1、基本收益情況
(1)測算條件
槽式100MW光熱項目,儲能7小時,運行25年,建設期2年,投資按前述測算投資。電價按1.15元/kW(示范項目電價),年發電量暫按3000h;
年耗水量15×104t,水價3元/t,發電場用電率10%,發電標準氣耗0.015Nm3/kWh,氣價2元/Nm3,外購電量2700MWh,工業電價0.75元/kWh;材料費8元/MWh;其他費用12元/MWh;
資本金20%,80%的銀行貸款,長期貸款利率4.90%;
(2)收益情況
表11測算投資收益匯總表
(3)敏感性分析
表12測算敏感性分析表
圖10敏感性圖
從圖10中可以看出,收益對電價最為敏感,其次是投資,再次是利率。
2、投資變化的影響
表13主要成本構成表
各設備隨著降價幅度的不同,都收益的影響也不同,但隨著技術進步和創新,設備價格的持續下降,在現有電價條件下,光熱電站是可以實現8-10%的收益率。
表14主要設備成本變化對應收益及相當的電價變化表
3、發電量變化的影響
發電量增長和降低的變化趨勢有所不同,下降時都收益影響會大一些。發電量每變化100h,資本金內部收益率約調整1.2%,相當于電價調整0.042元/kWh。詳見表13
表15發電量變化對收益和相當的電價變化表
4、預期電價的調整趨勢
在2020年電價降到0.75元/kWh,下降幅度為34.78%;
成本下降到15000元/kW左右,下降幅度約為40%。
圖11數據來源于《中國太陽能發展路線圖》
2020年電價0.75元/kWh,仍以發電量3000h,廠用電率10%,2700h進行測算,以資本金稅后IRR8%對投資進行測算:
投資下降37%,財務內部收益率可達到8%,下降41%資本金稅后IRR可達到10%。具體見表所示
表16電價變化后的收益變化分析
我國常規能源儲采比遠低于世界平均水平,目前已成為世界第一大能源消費國、原煤進口國、電力裝機國,原油和天然氣對外依存度高達60%和30%,中國大范圍持續霧霾等大氣污染已成為“心肺大患”。
光熱的發展未來并非一條陽光坦途,從技術研發、方案設計、設備制造、到系統集成、運營維護,需要整個行業,全產業鏈齊心協力共同努力,十三五是光熱發展的關鍵時期!