2025年5月29日,第十二届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会在浙江杭州盛大召开,中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司(以下简称中电建西北院)新能源工程院副院长段杨龙出席会议并作主题报告《光热一体化项目的总承包实践》,详细介绍了光热发电在一体化项目中的作用,并结合实际参建项目分享了中电建西北院在光热一体化项目总承包过程中积累的丰富经验。
图:段杨龙
光热发电在一体化项目中的作用
段杨龙表示,国家一系列利好政策及《中华人民共和国能源法》的正式施行,为光热发电持续发展进一步定调,提振了光热发电行业的发展信心。
段杨龙指出,目前风电、光伏配套光热的大基地发展模式,已经成为“十四五”时期我国西北地区新能源发展的一大趋势。在新能源整体无补贴发展的政策背景下,国家和地方能源主管部门提出了“光伏+光热”、“风电+光伏+光热”、“风电+光热”及“大容量、高参数光热”等发展模式,促进光热发电行业健康有序发展。为了进一步提升光热发电项目的调峰能力,中电建西北院正在青海等地积极参与推进35万千瓦级光热项目策划和建设。
光热一体化项目建设理念及建设重点
环保与智慧化理念
据段杨龙介绍,中电建西北院在光热项目建设中始终贯穿环保理念。以共和一期项目为例,镜场建设不做大面积场平,充分发挥光热发电清洁绿色的优势,高效利用水资源,实现废水“零排放”。
同时,积极推进“智慧电站”建设,将资源预测、数字化技术深度融合于项目规划、设计、施工及运维全阶段,以提升发电量保障能力。
光热与风电光伏深度联合运行
据段杨龙介绍,光热电站由于配备储能系统,可以在日照资源较好、中午光伏大发时段降出力为新能源调峰并储存热量,在晚上负荷高峰时利用储存的热量进行发电,维持电站持续运行。同时,考虑风光弃电回收利用解决方案,提升项目经济性。中电建西北院总承包的中广核德令哈项目配置熔盐电加热器,为国内容量最大的弃电回收装置。
注重项目整体经济性
在136号文下达的背景下,一体化项目的开发思路应考虑利用光伏、风电的低度电成本降低项目建设投资,利用光热发电的可调度性尽量争取高电价时段发电,既可在一定程度上缓解电网调峰压力,也可使目前度电成本较高的光热发电技术保持一定的规模增量,从而带动产业链上下游协同发展加速技术迭代、降低成本,使光热发电在未来新型电力系统中发挥应有的作用。
一体化方式建设运营
按照一体化方式建设运营,应该将整个风光热多能互补项目作为一个整体来考虑,部分公用设施共用。
针对大规模风光热多能互补项目,中电建西北院采用统一规划公用设施、统一测算经济指标、统一运维管理的一体化运营模式,以实现优化资源配置和降低项目成本的目标。
光热一体化项目主要支撑技术
策划阶段重点关注内容
结合多年项目建设经验,中电建西北院对于光热一体化项目的开发思路正不断优化。
电源配比方面,中电建西北院通过“光热+光伏+风电+化学储能+熔盐储能”多种能源有效匹配,采用一体化项目分析软件,对项目进行全年8760h逐时进行发电量分析和光伏(风电)弃电量分析,形成最优电源配比方案及运行调度策略。
熔盐电加热器设置
此外,西部地区由于高寒缺氧,风沙较大,中电建西北院采用了SGS联合厂房布置方案,可以优化运行损耗,降低小管径管道的冻堵风险,改善运维条件。
一体化厂房设置
聚光集热系统多云工况应对策略
段杨龙表示,云的出现对聚光集热的运行尤其熔盐泵影响非常大,为此应重点关注提升不同时间尺度下多云工况聚光集热系统预测的准确性,按照宽温域、宽负荷设备适应性进行主要设备选型,优化工艺流程,缩短系统整体启动时间,提升电站调峰能力。
云遮工况分析
中电建西北院开展了吸热器系统光-热-流-力联合仿真,对非均匀热流密度下高参数表面式吸热器安全开展可靠性研究,并搭建了蒸汽发生器试验台用以辅助模拟实验,并分别建立了蒸汽发生器水动力计算模型、换热管热-力耦合数值分析模型、对换热器水动力计算及安全可靠性开展仿真研究,实现快速调峰工况下的系统集成优化。
核心设备自主设计
据段杨龙介绍,与其它EPC总包单位在熔盐储罐部分采用“小EPC”分包形式不同,中电建西北院自主开展熔盐储罐整体设计,仅此一项可节约成本500万元以上。技术成果已在三峡青豫直流、国能共和、中广核德令哈等多个项目中应用。
吸热塔结构设计方面,中电建西北院开展了针对不同地区、不同风速条件下塔顶摆幅与吸热器光斑组合变化规律研究,采用理论分析和数值建模的方法对吸热塔采用不同的基础型式、筒壁结构型式进行了分析研究,设计出国内首例变截面变坡度吸热塔,节省了建设投资。
同时,中电建西北院还总结建设经验,编制了《吸热塔结构设计标准》企业标准,摸索出一套集模板、施工平台和垂直运输多维一体的吸热塔塔筒施工及设备安装综合解决方案。
主机设备选型要点
为适应前端聚光集热的间歇性、波动性和后端变工况运行(压力、温度),中电建西北院针对光热发电项目的系统功能和特点,提出主机设备选型要点:
蒸汽发生系统(SGS)采用宽温域设计和低负荷工况设计,与汽轮机工况匹配,制定合理的保压方案;
汽轮机采用宽温域、宽负荷设计选型,适应频繁启停、快速启动、低负荷等专用技术制造和运行要求。
光热一体化项目实施重点
外部建设条件把控
段杨龙指出,在项目实施中,要高度重视太阳能资源(DNI)的准确评估,避免因卫星数据偏差影响发电量与收益。
同时,需注重对当地建设条件的调查和落实,重点关注用地、水源、交通运输等建设条件,针对高海拔、高寒地区有效施工期短的特点,合理制定工期计划。
设计与采购管控
设计管控重点:
1、总体技术方案及总图布置;
2、土建方案(重点关注镜场基础形式、吸热塔结构设计、储罐基础及焊接方案、泵框架平台、主厂房结构等);
3、工艺设备参数选型(例如SGS设备选型、汽轮发电机组选型、空冷设备及聚光集热系统的形式及面积、主厂房布置方案、吸热塔及储罐区布置方案等);
4、工艺流程及自动化控制方案(尤其聚光集热及储换热系统、大容量机组多塔布置控制策略);
5、调试运行工艺流程方案等。
采购方面,段杨龙认为要重点关注以下几点:
1、参照施工网络计划图编制合理的分标方案和采购进度计划,确保设备交货满足现场需求;
2、设计技术规范与厂家设备方案的合理性;
3、重要设备分包商的设计、采购、供货周期及技术方案的确认,同时对施工图、现场施工进度的影响管控;
4、大宗物资的采购和工厂化加工等;
5、仪表的采购周期及准确性,部分如基础预埋仪表应提前制定采购预案;
6、主要设备的生产质量及重要工序的监造管控;
7、设备厂家在安装调试发电及运行阶段的配合度。
同时,针对同时推进的项目可采用集中采购方式,以提升采购效率,降低项目成本。在此过程中,要严格进行供应商选择与评估、规范采购合同管理,重视采购与设计施工各个环节的高效接口管理。此外,应重点关注进口设备的采购及供货周期。
施工与调试管理
段杨龙认为光热项目不是简单的新能源项目,设备不常规,常规岛不常规,调试运行不常规,可以看成是火电与新能源的创新融合,其施工与调试的总体特点如下:
1、光热项目大部分处在高寒、高海拔区域,环境因素影响大,有效施工期短,工期制定应合理、针对性强;
2、成熟的项目经验较少,对项目管理人员综合能力要求高;
3、部分关键进口设备采购周期长,国产化经验需积累提高;
4、对于熔盐的安全管理要求高,熔盐储罐预热化盐运行经验少;
5、高低温熔盐泵、熔盐阀、聚光集热系统技术供应商偏少;
6、光热电站设计涉及专业多,专业间配合难度大;
7、聚光集热系统与储换热系统,发电系统三岛联调运行难度大。
数字化应用——一体化BIM信息模型
据段杨龙介绍,中电建西北院通过应用数字化技术,BIM技术实现了光热电站从设计到运维的全生命周期数字化建模管理和优化,主要制定了设计施工一体化BIM技术应用策略和光热电站一体化BIM信息模型;构建了统一的数据标准和数据交付规范;建立了BIM技术的工程数字化协同管理平台;目前青豫二期项目已实现正向三维设计。
段杨龙最后表示,随着能源结构转型与电力体制改革深化,光热发电在新型电力系统中的价值将持续凸显。中电建西北院将锚定“国际一流科技型工程公司”愿景,加大科技研发投入,与业内同行携手推动光热发电技术进步,为“碳达峰、碳中和”目标实现贡献力量。