郑建涛:华能菲涅尔光热技术研究最新进展及经验分享
发布者:CSPPLAZA | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 2评论 | 7247查看 | 2015-07-10 18:04:00    
  CSPPLAZA光热发电网报道:中国国际光热电站大会暨CSPPLAZA年会2015于6月25~26日在京盛大召开,中国华能集团清洁能源技术研究院可再生能源发电技术部所长郑建涛出席本届大会并发表演讲,分享了华能集团在菲涅尔光热发电技术开发方面所取得的经验及最新进展。

下面刊出的是郑建涛演讲的主要内容(注:本文根据速记和录音资料整理,文章内容未经演讲者本人审阅):

  非常荣幸能有这个机会与大家分享一下我们的工作和一些想法。光热和光伏是两种太阳能的利用方式,也是互相不冲突的,可以并行发展,各有优缺点。目前来说光伏发电加上储能和光热储热相比成本要稍微高点,但是随着技术的发展两者也可以具有一定的竞争性。

图:郑建涛在发表演讲


  关于光热发电行业的发展情况,大家都比较清楚,在此我就不赘述了。

图:中国光热发电资源分布


图:国内已建成的部分光热发电示范项目


  这是我国太阳能光热发电资源分布情况,国内已经建成的一些光热示范工程。光伏和光热比,光伏受太阳能辐射波动影响更大,相对光热储热发电系统来说,电网需要光伏和风电更准确的预测;而光热则是采用汽轮机发电,电能已经稳定,可以进行调峰和转移发电时间。在西藏一些电网容量比较小的地区,由于光伏对电网冲击比较大,可能更欢迎这种更稳定的光热发电。

图:菲涅尔光热发电技术发展历程


  谈到大规模光热并网发电技术,大家往往提到塔式和槽式比较多。我把我们关于线性菲涅尔光热技术方面的研发工作给大家简单汇报一下。先看看菲涅尔技术的发展历程,2008年阿海珐在Kimberlina建设了一个5MWe的菲涅尔光热发电系统,2009年和2012年,Novatec则分别建设了规模为1.4MWe的PE1和规模为30MWe的PE2菲涅尔光热电站。华能清能院于2012年10月份在三亚建成了规模为1.5MWth的菲涅尔光热发电系统,这是相当于一个天然气和光热发电组成的ISCC联合循环系统,这个是阿海珐2014年在印度做的125MW的菲涅尔光热电站。非常高兴看到咱们国内也有华强兆阳(DSG菲涅尔发电技术)和兰州大成也有菲涅尔光热发电项目在开工建设。线性菲涅尔和槽式相比是有一定的相似性,但是也有不同,比如反热镜、支架、吸热器、跟踪装置和基础都有一些区别;它也有它的一些优势,比如抗风性能,再一个是系统比较灵活,适应性好,水、导热油、熔盐也都可以使用;土地利用性高,因为它离地面低,遮挡比较少;清洗比较方便,因为它可以放平,进行大面积、高效率的清洗;成本比较低;效率虽然是相比槽式和塔式略有下降,但是成本下降的幅度更大,所以性价比也有一定优势。

图:菲涅尔光热技术与槽式光热技术对比


  菲涅尔技术其实和其它技术一样,也都是存在几个方面的成本下降的途径,一个是规模化效应,再一个就是说重大的技术革新;其次是在工艺流程和安装方面有优化和提高效率的空间。

图:华能清研院菲涅尔光热技术发展历程

   
  我们的菲涅尔发展经历是这样的,2010年西安做了一个原型机,2011年有一个集热场的单元样机,2012年建设了一个规模为1.5MWth的试验系统,相当于是中小试。

图:华能在海南三亚建成的菲涅尔光热发电系统


图:华能清研院完成的菲涅尔反射镜面宽度研究


图:华能清研院自主研发的跟踪控制系统


  我们对框架进行了一些研究,包括风载和应力方面的一些分析等等。另外,我们还对镜面宽度进行了一系列研究,从0.6m宽到0.8m,再到1.0m,最后到1.8m,同时镜面的变化也引起了框架的变化。这是我们研发的跟踪机构和控制软件系统,相当于一体化的低成本控制器,全自动跟踪系统;这个是我们优化后的集热场,仅需进行积木式的模块化设计和安装,即可完成大规模电站的集热场建设。我们2012年4月开始建设规模为1.5MW的太阳能热发电装置,10月开始投入运行,现在运行也比较稳定。此外在菲涅尔光热技术方面我们也取得了一些知识产权和发明专利。在上述基础上我们也进行了一些导热油系统创新性的系统开发,研发出这个紧凑式蒸发器,这个系统可以减少夜间的散热,而且可以把储热和蓄热结合到一块。储热也是光热系统一个非常大的优势,我们也在做全流程尝试,并且也发现了一些关键技术方面的问题。此外,我们也做了一些关键设备的生产及工艺优化方面的研究,包括镜面、反射镜微弧检测等。同时菲涅尔的系统不仅仅可以使用在高温太阳能热发电方案,也可以利用中温太阳能集热的方案,应用在纺织、食品和海水淡化等场合。


图:华能清研院菲涅尔光热技术可应用于中温热利用和高温热发电两个方向


  针对菲涅尔光热发电技术,我们经过这次研发之后有以下一些想法可以跟大家分享,一方面,太阳能集热场从实质上虽然说是一个跟机械或者是跟控制相关联的行业,但它的发电原理实际上也是光学系统,其核心技术是机械的精度,表现为结构精度和跟踪精度,在下面可以跟大家详细的说一下。还有一个热力系统的控制是将不可控的太阳能辐射变为可控、可调的太阳能发电功率输出。首先这个结构精度要保证太阳光经过反射镜反射后,最大限度地照在这个集热管上。大家知道,机械强度在工程设计时的误差可以是厘米甚至更高的误差,但是光学精度要用来检测更细微的变化,所以说精度要求更高,包括反射镜镜面安装的直线度和平行度等。还有一个是要准确的追踪太阳,跟踪器跟踪误差应≤0.1°,如果焦距越长则精度要求越高;其次是大量跟踪器因为面积比较大,控制器数量也比较多,如何保证实时性和准确性,集中控制、通讯和调度技术也是需要研究的。

  热力系统的设计,如何将不稳定的太阳能辐射变成稳定的、可调的功率输出,要考虑储热系统如何最优化的匹配、容量的选择、运行控制策略和设计定的优化、多回路并联流量分配及变工况控制技术等等。除此之外除了以下几个方面也需要在全过程进行把控,一个是地基的测量,施工直线度、平行度,因为这个直接影响到设备安装的精度,还有场内外运输时要保证设备不变形,另外设备组装的精度也很重要。

  再来讲一讲太阳能光热项目如何成功和保证经济性的前提,有以下几个问题需要注意。一个是如何保持设备在现场条件下长时间高精度、高可靠性,保持光热效率不明显下降?因为长期运行的话可能会变形,或者跟踪系统产生一些问题,可能达不到最初的一些光热效率。再一个就是如何保证系统稳定运行,克服太阳能随机性,减少非计划停车,保
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hj007
菲涅尔是个低成本光热发电技术,个人觉得通过高的聚光比可以弥补较大的余玄损失和二次反射。未来菲涅尔技术应当是更大口径集热管和更长LOOP和更高聚光比技术开发。<br /> &nbsp; &nbsp; 另外菲涅尔空间安装密度也可以做到最紧凑
2015-07-30 09:19:27
0
zjchuaran
郑建涛选择菲涅尔技术不能说是最佳选择,首先菲涅尔聚光技术余弦损失大,且采用非镜像聚焦和CPC二次反射,红外热损失很大,因此提高工况温度很难。这也是导致阿海珐放弃的重要原因和诺维特比索破产的客观原因。我还是那句话,选择镜像聚焦比非镜像好,选择短焦距比长焦距好,只有大幅度减少余弦损失才能有效延长发电时数。再补充一句,可见光包括散射光对光热发电意义不大。
2015-07-11 09:24:22
0
马上参与
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