王志勇谈光热发电项目的可行性研究和基础设计
发布者:admin | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 607查看 | 2018-07-05 14:28:00    
CSPPLAZA光热发电网报道:2018年6月20~22日,在北京召开的第五届中国国际光热电站大会暨CSPPLAZA年会2018(CPC2018)上,内蒙古电力勘测设计院有限责任公司副总工程师王志勇从电厂规模、厂址选择、太阳能资源、工艺路线选择,工程设想优化、投资估算与财务评价、基础设计的必要性、基础设计内容等几个方面介绍了光热发电项目的可行性研究和基础设计的关键问题。

王志勇在演讲中谈到,在电厂的电力系统上,主要要考虑电力平衡、电力的送出。共同结合工艺路线来分析建厂可行性,最后来确定电厂的规划容量和建设规模;厂址的选择首先考虑太阳能资源,建议优先考虑年DNI大于1700的地点,二期申报可能电价还会下降,年DNI就应该在1800以上;建设用地方面来说,要根据当地土地总体利用规划、土地应选择未利用地、避免林地和草场,以避免林地置换问题带来惨痛损失;政策上来说,要优选有政府支持、有土地税收优惠或补贴的地区;太阳能资源开展上,要关注过渡均匀无陡升陡降的优良日的比例。

王志勇还在演讲中指出了槽式,塔式,菲涅尔式工艺路线下系统及设备优化比选的关键考量因素。

更多精彩内容,请阅读下面刊出的王志勇的演讲全文


各位来宾,各位专家,各位领导,大家好!我是内蒙古电力勘测设计院有限责任公司副总工程师王志勇。今天跟大家分享的演讲题目是《光热发电项目的可行性研究和基础设计》,演讲分电厂规模、厂址选择、太阳能资源、工艺路线选择,工程设想优化、投资估算与财务评价、基础设计的必要性、基础设计内容等几个方面来和大家讨论。

电厂规模方面,首先电厂的地位,首先分析电厂在地区规划中的地位和作用,电厂是承担基本负荷、热电联产抑或是微网或者多能互补的电厂,从建厂思想来说,是要考虑推动新技术发展、验证新技术的可行性,还是考虑大型光电发展产业,如果是考虑推动和验证新技术,规模要略微小一些,如果是大型光热发电产业的话,考虑规模效应、产业的收益,规模就要大一些。如果是能源资源综合利用,那就涉及到各种能源的协调和选择。

从电力系统方面来说,主要考虑电力平衡、电力的送出。共同结合工艺路线来分析建厂可行性,最后来确定电厂的规划容量和建设规模。


建设规模确定以后就要确定建厂的厂址,厂址选择首先要考虑太阳能资源优劣条件,建议优先考虑年DNI大于1700的地点,考虑到二期申报可能电价还有下降,年DNI就应该在1800以上。


从建设用地方面来说,要根据当地土地总体利用规划、土地应选择未利用地、避免林地和草场。国内林场有林地置换的问题,如果置换不了再重新选择场地会耽误很多工期。50MW槽式一个项目需要2~2.5平方公里的面积,塔式大概3~4.5平方公里,地点最好是纬度低一些,形状要规整。槽式和线性菲涅耳坡度要小于3%,塔式坡度可以放宽一些。水资源的话,三北地区相对缺水,空冷建的比较多,空冷机组每度电大约是0.3到0.6每千度电;接入系统要按照当地电力规划,选择有送出容量和间隔的电站,接入距离比较近的地点。


如果是线性系统,比如熔盐槽式,由于对防凝的燃料需要较多,要考虑到燃料供给条件,气象上要选择一些气温适宜、风速低、污染小、无洪涝的地点,尤其是大风和沙尘等气候因素更要注意。


政策上来说,要优选有政府支持、有土地税收优惠或补贴的地区,现在无论是租地还是征地,都要花费很大一笔资金,动辄几千万。税收来说每年可能在1~6元/平米之间,这些费用每年都会产生,对未来的收益影响也比较大。收取方式来说有些是全场收取有些是点征,各地政府政策差别比较大,政策上要有所关注。风险上,要选当地民众比较支持的地点。


从太阳资源的角度来说,首先要收集分析现场观测站数据,一期有很多厂子已经设了测光站也有很多数据,如果可以共享或者有偿共享,对后续的电站是比较好的支撑。另外一种方式就是搜集分析卫星数据库中的太阳能资源数据,当然现在商业卫星数据也有很多,共同分析形成典型年数据并进行太阳能资源评估,光热发电一般要到100~200W/平米才开始启动,所以要关注过渡比较均匀无陡升陡降的优良日的比例,有的场地虽然说全年光资源比较好,但是陡升陡降日子比较多,过渡比较差,总的来说发电量也比较差,好的和坏的差10%以上。


工艺路线上,目前主要是槽式、塔式、菲涅尔式。槽式相对来说工程经验更多、技术更成熟一些;塔式效益更高一些;菲涅尔式价格略便宜一些。热损来说,菲涅尔和槽式热损相对大,塔式小一些,从转化效率上讲,塔式更高些。负荷影响上槽式和菲涅尔冬季夏季的负荷率变动比较大,塔式变动率比较小。


根据这些工艺路线的技术特点再结合电网对负荷的要求,是连续还是固定的,还是间断的,季节负荷率的要求怎样,是否带供热,如果带供热,要考虑冬季全天运行的影响。是不是有多能互补,在运行模式影响上,如果储能容量要求很高,考虑到熔盐利用率,高温系统更有一些优势,从辅助燃料供应情况来说,供应困难时要选择一些耐低温的介质。


土地价格影响是比较大的,除此之外,还有云量因素,如果有流云的话塔式电站经常会停机,所以云的影响也要考虑。地形坡度对槽式有影响,槽式一般是1%左右的坡度,用一些专利技术可以放大到3%,往往坡度在3%左右到4%的时候,场坪工程量会相当大,平常达到几千万,甚至会上亿,所以要做多台阶的布置。如果是在西藏,就要考虑导热油对当地有没有影响。分析设备产品工艺情况,可以考虑当地有没有大型制造厂对某些工艺有一些特殊的优势。经过分析确定选择稳健可靠的技术路线还是求新创新的技术路线,比如有些国企考虑一次性成功,需要一些有经验的,可能槽式更好一些,有些新兴企业要考虑到以后企业发展,就要做一些创新的项目。


从槽式路线来说,目前集热器有ET槽、UT槽、ST槽等等。ET槽相对工程经验更多,其他类型工程经验略少一些,但是其他的技术更先进一些,效益更好一些,但有些是存在技术壁垒的。从工质来说有导热油、熔融盐,也有水工质,如果是导热油和熔融盐,要考虑防凝与热损的问题。尤其是熔融盐,热损更大一些。


对于集热管来说,比较主流的有70管和90管,采用熔盐管的时候,要考虑集热管的可靠性,比如说它的膜耐高温的寿命,封接在高温情况下的可靠性。


从反射镜来说,规格有RP3、RP4、RP5等,反射材料有玻璃的和反射膜的,如果是采用反射膜或RP5,要考虑当地供给和招标情况,生产商以及价格的情况。


从集热器布置来说,主要有南北轴和东西轴布置方案,南北轴的发电量更多,对冬季负荷比较高的时候可采用东西轴布置。


从工质温度选择来说,工质温度当然越高越好,由于工质耐温影响,导热油工质一般不会超过400度、熔融盐的会到560多度。


从塔式线路来说,吸收器目前大部分是采用了圆柱式,因为规模越来越大,镜场也由于工程规模越来越大,大都采用圆形,扇形已经布置不开了。有些因为场地限制,也有用扇形的。工质上目前也都采用了熔融盐式。从定日镜来说,要分析各厂的工艺特点跟工艺专利,还有定日镜的供给价格,定日镜的抗风能力等等,通过技术经济比选来确定定日镜的形状和尺寸。


集热塔目前大都采用了单塔,如果不是实验塔或者是特殊供给塔要用多塔,一般都采用单塔,考虑到熔融盐的供给和回收,多塔有一定困难。


从菲涅耳来说,工质有水,熔融盐、导热油,如果是熔融盐,导热油,需要考虑防凝和热损,由于菲涅耳集热器的宽度越来越宽,吸收的热流密度越来越大,从集热管来说,大部分是采用90管;介质采用熔盐时需提前关注介质运行的可靠性,因为系统比较大,全厂都是熔融盐管路,热损和防凝就是很重要的议题,而且考虑到热损往往会考虑低熔点熔盐,它的品质就要控制好,以避免腐蚀的发生。


反射镜有平面和微弧,相对来说微弧聚焦更好效率更高,价格也更贵一些,需要进行综合比较;回路来说,有I型、U型的,如果没有场地限制U型要更居多一些;二次反射镜的高度,开口宽度还有驱动配置也是综合优化的问题。布置上有水平布置和倾斜布置,目前国内来说有南北轴水平的、也有东西轴倾斜的,各有特点,需要具体分析。


工质温度决定了发电效率,所以熔融盐的效率更高,水工质如果温度比较高效率也会高一些,这也是目前主流工艺方案。


规划容量及本期建设规模来说,进行总体规划,在厂区发电岛部分进行总平面布置优化。


进行厂区总平面规划方案技术比较,主要考虑防洪排涝,厂址不能有低洼地,因为以后场坪费用会非常高,场坪坡度在允许情况下肯定是采用自然坡度,南北向一般是1%、东西向坡度大一些影响也并不大,坡度较大的时候,比如2%到4%会要采用阶梯布置在南北向,东西向自然坡度,这样要考虑土方的费用、电量的影响,做了台阶拉大间距后的尾部和端部的影响,还有管道的散热影响,还有基础的造价、道路的造价、护坡的造价,增加材料的影响,最后进行总体阶梯数量的优化。


从集热系统来说,按照选定的技术路线、太阳能资源、各系统效率,各部分单价和运行方式,按LCOE最低原则优化确定太阳倍数,设计点DNI,集热场规模和储能容量,最后是集热系统的配置和集热场的布置,槽式要进行集热器、集热管、反射镜的优化比选等等。对集热场回路的间距,考虑到土地价格、遮挡的影响和各种材料的影响,进行技术经济比选优化,对导热油的最大流量进行优化,选取最佳的设计点流量。对运行方式也要进行优化,来考虑熔盐量的减少。


对于塔式要对吸热器的参数,比如说吸热器的直径、吸热器的高度以及对吸热塔的高度综合进行优化,对吸热塔的型式进行优选,对定日镜尺寸进行优化。


对集热场布置进行优化,是仿生学还是径向错列布置要综合进行考虑。


对蒸发系统单双列选择优化,对于单列是单设备还是双设备串联进行优化,对于加热再热后的介质返回到蒸发器前面还是后面进行优化。


对于储热系统要优化冷罐温度,比较低的冷罐温度相对熔盐量就可以节省,优化罐尺寸,罐是越大越好,但是大了以后罐的施工安装热处理相对问题要更大一些,安全性更严峻一些。


换热器的形式和容量也要进行优化,板式的或者管式进行比选,同时多组串联方案也要进行比选。


储能时间优化方面,要考虑到负荷率,尤其是夜间负荷率,来减少熔盐的放入量,综合考虑运行时长,减少启动次数提高运行效率。


防凝配置,要对防凝方式与容量进行优化,目前天然气的价格涨的越来越高,在这时候要考虑是否需要用辅助燃料来维持低负荷的负荷稳定。


辅助系统,配置熔盐的装盐系统、防凝、伴热,防漏等等检测的系统要共同考虑。


机组来说,目前都采用了效率更高的再热机组,采用了双速或者高速,都是为了提高机组的效率。


供热,要采用抽凝机组,有可调整抽汽和不可调整抽汽,如果要求不高,由于可调整抽汽有效率降低的问题就不如采用不可调整抽汽,如果供热要求较高的时候需要采用低真空供热的技术或者多机轮流启动或者采用背压小机,这样来平衡冬季不能满发的问题。


主蒸汽压力方面,结合机组的效率、储能容量运行方式和厂电流优化共同考虑,压力越高、机组效率也越高,相应熔盐用量也更多一些。对于厂用电率相对来说占的也更高,这是个需要综合考虑的问题。


机组冷却方面,目前三北地区水资源比较缺乏,都是采用了空冷,从背压优化来说,优化的结果是设计背压都优化到了8~10kPa,这是空冷机组,如果是湿冷机组,4~5kPa,考虑节水,辅机大都采用变频调速来降低厂用电率。


工程设想,结合升压站开关站的配置,考虑到附近有没有其他电站共同用送出线路、共同设置开关站来分摊造价。紧急停用设备的设置,比如备用电源和蓄能装置和UPS,蓄能和UPS比较安全性更高,但是造价也更高一些,备用电源和柴油发电机相比造价低一些,备用电源有容量费,柴油发电机有可靠性的问题,就是启动的时候可能不能在规定时间内启动。


发电量与供电量要根据太阳的直接辐射量计算,考虑可靠性、检修、达产时间、老化、热损、厂用电的影响,尤其是达产时间,目前说的爬坡率相对影响更大,直接计算的话,如果要直接投入运行就达产,第一年80%、第二年85%、第三年90%,都有可能,这样对发电量是有一定的影响,对项目也有影响。


从投资估算和财务评价来说,要虑资金来源和融资,第一批项目就在融资上碰到很大的挑战,在资金投入时间,融资成本,发电量达产时间都要综合考虑,这几个问题都会影响到最终的收益,在设备、建安、材料保管,调试费用上也要综合考虑,比如设备逐年在降价。


在环境保护、水土保持等方面要和当地政府协调,如土地征地费,草原恢复费、林地置换费等等相关费用,接入系统、太阳能资源、土地使用税(目前是4元,一年就好几千万了)、备用容量费,有的考虑做大外接电源,厂用电由它接,如果以后厂用电接不了,验收的时候,每年备用容量费是很大的一笔投资。


基础设计来说,目前主要是考虑第二批项目,基础设计合并了初步设计和司令图,目前按第二批考虑,第二批如果项目开始的时候,电价已经出来了,施工工期也出来了,太阳能资源也搜集出来了,到了这个时候外部条件可能也有一定的变化,原先的可研的条件已经发生了很大变化,应该重新做可研或者可研收口,更好一些的方式是做基础设计,相比可研,基础设计提供更详细的设计方案、更准确的年发电量计算模型,为后续招标的时候提供更强的依据。


基础设计完成所有设备的选型工作,设备选型时更精确一些,提供更准确的工程量清单,完成主机、导热油、熔盐泵,吸收器等主要设备招标规范书,提供EPC详细招标文件。很多业主经过第一批项目,积累了一定的建设经验,很多业主也做了光热的研究,从第二批开始很可能业主直接建设或者业主分岛建设,如果有基础设计相对来说业主对造价的把控或者对安装的安排,相对更有把握一些,对按期投产更有保障一些。


关于基础设计主要内容:刚才提到了,电价变了、投产工期也给定了、外部条件也变了,资源量经过可研以后也搜集了当地的实测资源进行了修正,然后就要优化可研的技术方案,进行各系统详细计算、进行各系统的设计和布置。


设备参数重新优化选型,做更加详细的设计说明,以使设计方、调试方、业主对项目更加深刻地了解。对初设阶段关注问题进行比选,列出详细的设备材料清册,给招标工程量做依据,编制EPC规范书和设备规范书。进行各系统的详细计算,比如罐的计算、储能系统计算、镜场布置、导热油的主泵流量的计算、防凝泵流量的计算、主泵的阻力计算、不同流量工况的计算、氮气用量的计算,导热油管道工程量的统计和导热油系统散热损失计算、换热设备的功率计算、熔盐泵的计算之后进行各系统的设计和布置,系统设计图就从工艺,电控,土建,化水系统接入总服务利用系统,包括PID、PFD的设计和布置,储能系统PID,如图,净化系统的PID、蒸发系统PID、导热油输送系统PID、回路的布置。


基础设计说明书,像工艺、电控、组建、化水,接入,安装等等做一些详细的说明,以指导后续工程的实施。


基础设计专题也就是防凝专题,总的工艺路线可研已经做过了,一些具体的施工工艺,比如导热油的防凝、熔盐防凝,熔盐换热器,伴热等等的优化。


材料也就是全厂材料的详细计算。


谢谢!

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