华强兆阳张家口一号15MW光热电站实现24小时连续发电
发布者:zlj | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 1评论 | 3052查看 | 2018-06-01 13:24:00    
 中国原创的完整太阳能光热发电技术体系获得全面验证


大规模储能输出稳定可靠的平价清洁能源时代已经到来


CSPPLAZA光热发电网报道:距北京约三百公里的张北草原,在经历了寒冷漫长的坝上冬季之后,已呈现出勃勃生机。


在张北的荒原之上,中国第一座全部利用太阳能实现24小时连续发电运行的光热电站,带给了光热行业向上生长的独特力量。


这是由北京兆阳光热技术有限公司(以下简称兆阳光热)承建的华强兆阳张家口一号太阳能热发电站(以下简称一号电站),该电站于近日圆满完成了严酷条件下的大规模集热、储热和连续发电各环节的全体系测试验证内容,如期一次性顺利通过24小时连续发电测试。


图:一号电站


测试结果及连续八个月的运行监控情况表明,各项技术经济数据均达到或优于设计指标,其简单、安全、高可靠性的技术特点表现尤为突出。


至此,兆阳光热完整的光热发电技术体系已获得全面商业化验证,证明了以东西轴南向斜面布局、高倍率聚光、水工质传热和固态储热为基本特征的兆阳光热技术体系具有强大的可靠性和经济性优势。


其意义在于,由中国人原创、具有全部自主知识产权的完整兆阳光热技术体系,能够迅速实现可靠性和经济性的大幅提升和持续优化,进而使该技术体系具有根本性的竞争优势。



世界最大规模的光热发电固态储热系统


作为兆阳光热技术体系的重要组成部分,一号电站的固态混凝土储热系统备受关注。对储热系统耐热混凝土本体及换热管束的预热、蒸干、清洗、升温以及贯穿全过程的综合详细测试分析工作耗时4个多月,目前已基本完成。


各项测试数据和实际运行状况表明,系统全面达到设计目标,可完全满足电站缓冲储热、可控放热及长时间维稳运行的各种工况需求,清洁安全、简单方便。



图:储热系统


上述全部工作均只利用镜场聚光集热完成,未消耗任何其它外部热源,过程跨越整个冬季严寒时段,并且历经了几个月内晴好天气不足20%的非正常光照条件考验,同时为配合换热管束化学清洗工艺要求进行了多次大幅度快速降温操作,全面监测的各项热力学性能表现均与设计仿真结果高度一致,充分表现了兆阳技术团队的专业素质和严谨态度,以及兆阳光热固态储热系统简单可靠、清洁安全的基本特性。


该系统占地约2500㎡,使用兆阳专有配方耐热混凝土约27000m³,标准有效储热容量约为700MWh,具备150MW功率水平的储热接收能力和超过45MW的放热输出能力,能够接收一号电站全部镜场的峰值输出功率以及最好光照条件下的全天集热量,全年弃热量小于总集热量的3%,能够满足汽轮机满额调峰输出时的最大蒸汽需求,还可以有效平缓聚光镜场过热蒸汽输出参数稳定性,降低复杂光照情况下的运行管控难度,有力保障电站的安全高效经济运行。


同时,兆阳光热固态储热系统常年保有巨大的基础热量储备,能够在特殊情况下加以超长时间利用。根据一号电站的汽轮机技术条件测算,该固态储热系统的最大可利用热量超过2500MWh,这意味着在热量正常储满后,即使遭遇长达一周的连续阴雨雪天气,在完全不依靠外部热源补充的情况下,电站不但没有任何冻堵风险,而且还可以实现连续7日以上低功率(20%左右)发电输出,展现出无与伦比的持续稳定性。


该固态储热系统全部采用兆阳系列专有技术,配方混凝土主要成分取材于当地天然材料,清洁环保且有效促进当地的经济发展,全国产化换热管束组件使用传统火电行业的成熟产品,可靠经济,储热系统建设成本远远低于其它储热形式,且无过热、燃爆、污染等安全隐患,运行成本更低,初步测算,配备相同储热容量的情况下,兆阳光热固态储热系统的建造及运行成本仅有光热行业常见方案的50%左右,具有显著的可靠性和经济性优势。同时,该固态储热系统不仅适用于太阳能光热发电领域,还在谷电蓄热、火电厂灵活性改造、工业及民用热力系统等诸多领域得到广泛关注。


兆阳HLIACS聚光集热系统圆满通过长期运行考验


通过八个多月的持续运行测试,兆阳HLIACS聚光集热系统经受了冬季恶劣气候条件的充分考验,在复杂的光照情况及初期尚未熟练(偶尔存在重大操作疏漏)的运行条件下,未发生任何重大损失,充分验证了兆阳HLIACS聚光集热系统的高度可靠性和实用性优势。


1、低光照高波动光照条件下保持正常运行:


在刚刚过去的寒冬里,一号电站经历了十多年未见的低DNI时段,无直射光天气超过50%,晴好天气数量不足20%,其它多云薄云DNI水平较低的天气时段,光照强度波动性也很大,给聚光集热系统运行带来巨大挑战。


  图:张北地区2015-2018年1-4月DNI


HLIACS聚光集热系统充分表现出优异的坚强实用性,凭借200倍左右的超高线性聚光倍率,在DNI超过200kWh/m²的条件下就能展开有效聚光集热运行工作,启动运行快速,参数输出稳定,停机运维操作简单方便,光资源捕捉利用率高,有力保障了系统整体联调工作的顺利开展。


兆阳聚光集热系统在冬季复杂光照时段的综合运行数据及效果明显好于公开发布的传统聚光集热系统的水平,证明了其高度适合中国资源环境条件的光热发电产业。


2、集热接收装置及关键器件可靠性远好于预期:


通过长时间的大规模运行测试,充分消除了疑虑,证明了兆阳HLIACS系统高倍率聚光条件下的集热接收系统的运行可靠性。


此外,机械结构稳定,二次反射镜面型及反射率指标合格,温控设计效果良好,专利设计的滑动牵引机构作用显著,真空集热管结构防护有效,充分保证了最佳的二次高倍聚光效率和高度运行可靠性。经统计,在电站正常运行的八个月期间,二次聚光CPC镜片和真空集热管运行损坏率低于1%,远低于文献披露的成熟光热电站初期破损数据。


值得一提的是,遵照国家示范项目带动国内光热全产业发展的指示精神,华强兆阳一号电站包括集热接收系统在内的全部组件均选择了国产化产品,在供需双方紧密配合下,经过几个回合的改进完善,多家国产组件产品均表现出优异的性能及可靠性水平,用事实证明了国产核心零部件完全可以满足中国环境资源条件下的光热电站使用需求,为中国光热产业大规模发展奠定了坚实基础。


3、镜面清扫至关重要:


通过对一号电站镜面反射率的逐日检测分析可以看出,在项目地正常的自然环境条件下,平均每日灰尘污染造成的镜面直射光反射率下降远超2%,常规的沙尘天气一次就会造成近50%的反射率下降,因此每日一次的镜面清扫成为保持光热电站经济有效运行的必要条件。


对此,兆阳光热对张北地区镜面反射率进行了长达二年的跟踪实验,实验结果表明,当清扫间隔为四至五天时,经兆阳全自动干式清扫车清扫后的镜面反射率平均可提高20%左右。



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图:反射镜清洗前后反射率对比图


由于客观进度条件等限制,一号电站目前只有八分之一数量的清扫车投入运行,上述图表的反射率数据是在平均每四五天一次清扫条件下的实测结果。为保护镜面在三十年的干式清扫过程中免受损伤,经过充分测试后最终确定了清扫力度,能够在间隔一至两天的情况下实现97%以上的镜面清洁率(达到初始反射率的97%)。而较长时间(或较厚较顽固)的灰尘积累不但会导致清扫困难,还有可能在深度清洗时造成不可恢复的镜面损伤,严重影响聚光集热效率。


清扫及反射率测试数据统计充分反映出,中国气候环境中镜面清扫对光热电站的极度重要性,可靠而经济的高频次清扫质量事关电站的投资成败,值得业内高度关注。


可靠性和经济性指标在全面验证后将大幅提升


总体而言,兆阳光热电站系统的总体设计以可靠实用为前提,追求最佳投资回报目标,不盲目追求单一指标的高大上,未选用任何易燃易爆、可造成污染的工质材料,全面借鉴吸收火电体系的成熟标准规范和供应链体系,质量稳定,采购建设成本低,适合传统电建业务转型,无大规模快速发展的建设能力制约。


同时,水工质传热技术成熟稳定,无任何燃爆或环境污染隐患,运行维护工作简单安全,熟练操作人员来源广泛。八个月来出现的各类阀门、管路、热控等故障均可很快得到高效处置,未造成任何污染或大面积停运现象,充分保证了电站整体运行可靠性,有效降低了运维成本。


一号电站作为首个试验示范项目遵循稳健保守原则进行方案选择,各方面预留充足余量,随着全面验证工作告一段落,不但证实了该套技术体系的可行性,更从系统层面彻底打通了全部关键节点,形成更加清晰和完整的理论体系,必将迅速迎来可靠性和经济性的大幅度提升。


目前,新一代改进型HLIACS聚光集热系统和新型固态储热系统已经完成定型设计,可根据不同地域特点、土地属性和不同客户需求进行灵活组合调整,保证客户投资收益最大化。(兆阳光热聚光系统能够与高效农业设施有机结合,在优先充分保障农作物生长的最佳光照环境前提下,再实施高效聚光集热,实现“保障农业优先、能源充分利用”的双赢目标)。


根据测算,在政策及光照资源较好地区,兆阳光热技术体系已经可以实现光热发电优于燃气发电的可靠性和经济性指标,在工业热利用领域已经可以实现大幅低于燃气锅炉接近燃煤锅炉的经济性指标。


特别是,采用光热/光伏组合发电方案,充分利用固态储热可靠经济的巨大储能能力,建设与火力发电可调度特性相似的全太阳能综合电站,其发电成本测算已经能够基本达到燃煤火电的水平,有望成为零碳清洁、稳定可靠、无补贴依赖的新一代基荷能源,显现出巨大的发展前景。


自主开发的完整光热发电技术体系前景广阔


一直以来,兆阳光热始终高度重视基础研究和核心团队建设,其自主开发的完整原创技术体系与引进消化再创新的技术体系相比,明显具备更加强大的生命力和显著的持续发展优势。


经过十多年的历程,兆阳光热团队从无到有从小到大,目前已经发展成为一支全面具备基础研究、专业设计、高效制造、工程建设及现代化管理能力的光热行业生力军,核心团队始终坚持以奋斗者为本的理念,严谨求实踏实朴素,成为推动兆阳光热不断发展壮大的动力源泉。


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此外,兆阳光热高度重视专有技术开发和知识产权保护工作。早在2010年,兆阳光热就在技术创新和专利申请方面进行了广泛布局。据统计,兆阳体系目前在国内外拥有近200项专利,涉及原理控制、产品制造、工程安装、系统集成和运维等多个领域。


基于未来市场竞争态势和未来市场热点,兆阳除进行国内专利申请之外,还进行全球化专利布局,在近三十个国家及地区提交了PCT(国际专利合作条约)专利申请,获得近二十个国家的专利授权。这些研发成果大多属于国际首创,已经交叉组合形成了完整的光热发电自主知识产权保护体系,对于中国创造走向世界,形成中国光热产业核心竞争力具有重要意义。


兆阳光热首个商业化电站项目的成功验证,是中国光热产业自力更生发展壮大的典型例证。今天,兆阳光热成功迈出的关键一步,是兆阳光热在过去十几年来攻坚克难的一小步,却是光热发电产业在大规模储能、可靠稳定输出平价清洁能源新时代实现腾飞的一大步。

最新评论
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zjchuaran
客观说,采用固体材料进行储热实验是该项目的主要看点,特别是规模蛮大,很值得骄傲。至于实现24小时储热和连续发电24小时可不是一回事,当年西班牙吉马索20兆瓦熔盐塔式也曾把24小时连续发电作为亮点宣传,如今却成了聋子的耳朵,中看不中用。最近重点对国外已经投入运行多年的槽式和塔式光热电站的实际运行情况进行了分析,很有点意思,特别是决定发电成本的年、月、日发电时数差别很大,产生很多问号。说到底,一个光热电站的效能和经济性最终要看年发电量和单位发电成本。
2018-06-03 11:47:48
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