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这一中国人独创的光热技术体系瞄准平价上网的最终目标

2018-1-1 12:45| 发布者: csp| 查看: 1791| 评论: 1|来自: CSPPLAZA光热发电网

    ——兆阳光热创新型光热技术体系系列深度报道之二

  CSPPLAZA光热发电网报道:一切看起来都是那么地与众不同。在华强兆阳张家口一号15MW光热示范电站,这一由中国人独创的新型光热技术完成了商业化验证,彻底革新了传统的光热技术体系。

  刚刚过去的2017年,是北京兆阳光热技术有限公司(以下简称兆阳光热)为此奋斗的第12年,对兆阳光热的技术负责人李维而言,则是他个人坚持不懈致力于此的第10年。

  革故鼎新,需要智慧、勇气与坚持。10余年来,是什么在支撑着兆阳光热不忘初心的理想和信念?是什么让兆阳光热逐步构建了完整的独特的新型光热技术体系?CSPPLAZA日前对李维进行了深度采访,以寻求这一问题的答案。

  CSPPLAZA:兆阳光热为何要独辟蹊径开发如此独特的一套全新光热技术体系?
 
  李维:能够实现长时间稳定输出、可按照调度指令进行调节、能够作为基荷能源大规模发展的新能源技术中,光热发电非常具有竞争力,但必须看到的是,长期依赖补贴的能源技术路线是行不通的,除了清洁安全以外,还必须在经济性上优于燃气发电、实现平价上网。

  这是可持续的能源发展必由之路,在基于对未来能源大形势的判断下,我们坚持研发安全可靠、不需补贴的清洁能源技术,将可靠性和经济性作为核心评价标准和追求目标。

图:华强兆阳张家口一号15MW光热示范电站


  从头开发具有完整自主知识产权的独创技术体系是一项漫长、充满挑战和风险的艰巨任务,只有具备自主完整技术体系的坚实基础,才可能持续不断进行完善提高,巩固和保持核心竞争力。今天的这套全新的光热发电技术体系正是在清洁安全、可实现平价上网的最终设计目标指引下完成的,我们对其可靠性和经济性充满信心。

  CSPPLAZA:那您如何看待目前主流的槽式和塔式技术?难道这两种技术无法实现平价上网吗?

  李维:槽式技术的商业化发展已经30余年,有着数量众多的成功案例,这充分证明了槽式技术的可行性以及槽式技术的高度成熟性,因此,我们认为在中国建设槽式电站的技术风险不大。虽然由于我国特殊的地域、气候和光照资源特点会带来很多工程设计及运行维护方面的挑战,但这些应该都是可以通过强化设计、建设及运维工作解决的。

  但是,槽式技术数十年的发展形成的高成熟度恰恰证明了其进一步简化设计、降低成本的空间很小,经济性指标也基本固定,难有大幅改善,特别是在相对全球光照资源丰富地区要差很多的中国西北地区,其成本竞争力非常有限。

  塔式技术作为一大发展方向,我们也进行了多年的研发和实际测试。根据广泛调研及我们近几年的实际试验测试结果,从可靠性和经济性两方面看,我们认为塔式的聚光、集热、传热及储热系统的设计、建设、调试及运行维护管理策略等都还有非常大的改进发展空间及相当多的不确定因素,这些都需要大量的时间及资金投入,继续进行深入研究。

  在三四年的较短时间内,我们认为塔式技术迅速实现可靠、经济的商业化运行目标困难较大。国际上目前只有两个熔盐塔式电站实际运行,而其经济性尚未优于同等条件下槽式光热电站的运行指标,且在运行初期一般都出现了较多问题。这也在一定程度上说明了塔式技术尚处于发展的初期阶段。我们认为塔式技术或许能够成为较长时间段内的研发热点,但在三五年内难以担当光热发电产业化推广的主要角色。当然,我们对塔式技术的研究较少,认识还很肤浅,以上只是我们在选择技术路线时的一个判断。

  另一方面,从进化论角度看,优胜劣汰后存活下来的物种往往不是最大最强最聪明的,比如恐龙,而是最能够适应环境变化特点的。中国光热电站开发的环境有很大的特殊性,行业人士对此都有深刻认知。相比美国加州,国内的DNI资源约差30%~40%,同时面临大风频发、低至-30℃到-40℃的极寒、沙尘等恶劣自然条件。这决定了适宜于中国自然环境的光热发电技术必须能够适应这些环境特点。

  目前,国际上成功的光热电站大都建设在DNI资源富集区、风小、全年几乎无冰冻、空气清洁,国内的自然条件是对传统光热技术路线可靠性和经济性的巨大挑战,我们认为很难通过对某种既有技术体系的局部改良达成显著效果。

  因此,要在中国实现光热电站的可靠运行、实现平价上网,我们只能尝试全新的技术路线,充分适应国情特点,寻找出路。经过10多年的潜心研发和实践,这才有了目前的兆阳光热技术体系。

  CSPPLAZA:导热油或熔盐为当前主流的传热工质,兆阳光热技术体系为何选择非主流的DSG技术? 

  李维:不用导热油或熔盐是基于安全性和成本考量,主要有以下几点原因:

  从运行风险角度来看:据商业化电站公开的信息,导热油的超温裂解、老化劣化使其需要不断进行循环处理,安全运行管理良好的情况下大约7年左右就等效更新了一遍,且时刻存在泄漏燃烧爆炸的风险;熔盐也同样可能出现超温分解、泄漏爆炸风险;而当一个电站同时含有导热油和熔盐系统时,运行风险则更大。

  这两种工质的降解、分解、泄漏、燃烧、爆炸风险都意味着高昂的设计、采购及建设运行管理成本。特别是这两类工质属于易燃易爆物品或强氧化剂管制品,光热电站领域适用的安全标准及设计规范目前还比较欠缺或较模糊,但在日益强调安全生产的背景下,估计设计、采购、施工及运行管理等各部门都将会承担巨大而又不确定的安全责任风险,这都会大幅增加成本。

  从成本角度看,水的成本要远低于导热油和熔盐的采购成本,导热油和熔盐原料均属于成熟产品,价格基本稳定,很难有较大下降空间,目前甚至还面临着价格上涨的压力;另外,导热油和熔盐在正常运行状态都有一个相对较高的最低运行温度,系统防凝保温成本高昂,而水工质的防凝方案简单且成本低廉。

  从配套产品角度看,光热电站的水工质系统使用的所有设备都类同于常规火电行业,包括泵、阀门、仪器仪表、伴热、保温、辅机系统等,有着成熟的产业链和成熟的配套产品,替代和更换成本低廉;而导热油和熔盐系统的配套产品很多需要进口,而且材料的兼容性、稳定性未经过长年的验证,存在很大问题隐患。

  从运行经验角度看,常规火电行业通用水/蒸汽工质体系,使得该行业的大量建设、调试和运行人员可以在水/蒸汽工质光热电站无缝对接,规章制度和运行条例等成功经验可以得到有效延续,具备运行能力的人员选择范围很宽,容易大规模推广。而导热油、熔盐工质的光热发电技术体系目前在国内显然属于新生事物,国内根本没有任何有实际商业化运行经验的人员,也很难长时间依靠国际人才资源进行实际商业运行,一个素质很好的学员估计最少也需要一两年的理论学习、光热电站实习过程才有可能实现独立当值操作,这在目前的光热发展阶段显然是远水不解近渴的,而未经专业系统训练就贸然运行安全风险极高的油盐类电站,后果无法想象。

  CSPPLAZA:行业内普遍认为,线聚焦DSG技术的主要困难是对集热管提出了更高的技术要求,且水蒸气系统储热难度大、经济性不足,你们现在已经完全克服了这两大难题吗?

  李维:我们对集热系统及DSG系统已经进行了近一年的测试运行、改进和验证,初期确实发现了常规集热管无法适用于我们的集热系统,但经过详细的测试试验后发现,并非真空集热管主体存在问题,只是集热管附件设计未考虑HLIACS聚光系统的实际使用条件而已,经过和集热管厂商的共同努力,现在这一问题已经得到很好的解决,目前可以证明在HLIACS聚光系统200倍的光强环境下,多家国产的真空集热管产品均可初步满足我们的使用要求,经过改进的集热管已经批量安装并有超过3个月的连续运行,目前没有再发现爆管现象,质量表现稳定,集热管的弯曲程度、失真空比例等指标远远优于一些槽式电站案例的披露信息。目前可以说,兆阳HLIACS聚光集热系统中的水工质传热部分已经达到了类似常规蒸汽锅炉的成熟度,能够稳定可靠地生产13MPa、450℃的高品质过热蒸汽,并且系统经济性远远优于导热油或熔盐聚光集热体系。

  对于DSG技术储热难这一问题,我们则通过独有的固态混凝土储热技术成功地予以解决。

  CSPPLAZA:当前主流的储热技术为熔盐储热,你们为何选择了固态混凝土储热技术?是否太过大胆超前?

  李维:我认为熔盐储热系统反而是一个较为大胆的技术路线选择,从建设成本和运行风险上看,并不符合我们追求的安全可靠、平价上网的长远发展目标。

图:华强兆阳张家口一号15MW示范电站配套的14h混凝土储热系统


  熔盐储热系统的建设成本较大受限于熔盐使用量、钢材用量及专业泵阀组件等等。钢材和熔盐均属工业基本原料,成本下降空间极为有限。一个50MW级、带有长时间储热能力的槽式电站的熔盐采购成本往往就高达上亿元,并且配套设备中如熔盐泵等目前只能进口,成本高昂。

  再者,熔盐系统的运行风险相对较大,除了每天都有一定的温度变化外,高温状态下,高温熔盐罐和低温熔盐罐的反复充满和排空会对罐体带来较大的交变应力,对罐体材料的高温抗疲劳和结构设计、焊接组装施工等各方面的要求将非常之高。一旦出现泄露,可能就要整罐甚至整个电站退出运行进行维修,时间动辄数月,损失巨大难以承受。目前国际上已经发生了多起熔盐罐泄漏事故,造成了巨大损失,给这种储热技术的产业化大规模发展蒙上阴影。

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引用 zjchuaran 2018-1-2 10:54
新年伊始,预祝光热发电更进一步。在这里讲一个涉及光热发电的常识问题,如果我们的设计院将设计点确定为900W/平米,那么一个兆瓦大约需要6000平米的槽式聚光设备,50MW电站不带储能应该不低于30万平米,100MW大约需要60万平米,设计日发电时数在7小时。依据传统光热聚光面积和储能匹配理论设计,则储热时长选择7小时,也就是太阳能2设计,则镜场面积需扩大一倍。以此类推,其他类型的电站应该依据聚光设备和聚光的实际光热效率增减面积。

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