日前，蘭州大成敦煌50兆瓦熔鹽線性菲涅爾式光熱發(fā)電示范項目（以下簡稱“敦煌菲涅爾式光熱項目”）有序?qū)崿F(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，開始進(jìn)行主要尾工及消缺工作，向著今年6月三島性能測試及效率提升的目標(biāo)沖刺。該項目是世界首個熔鹽線性菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電商用項目，由中國能建西北院勘察設(shè)計。
新技術(shù)有新優(yōu)勢
敦煌菲涅爾式光熱項目是我國首批光熱發(fā)電示范項目之一，2018年9月開工，采用我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的線性菲涅爾式聚光集熱技術(shù)，以熔鹽為集熱、儲熱、換熱介質(zhì)，配置15小時儲熱，可實現(xiàn)24小時全天候發(fā)電，年利用小時數(shù)達(dá)4283小時，年發(fā)電量約2.14億千瓦時。
“根據(jù)聚光方式不同，目前商用光熱發(fā)電技術(shù)分為槽式、塔式、碟式和線性菲涅爾式?！蔽鞅痹喉椖吭O(shè)計總工程師黎建鋒說，“現(xiàn)在世界已建成的光熱發(fā)電項目以槽式、塔式為主，兩者技術(shù)相對成熟，但建設(shè)成本居高難下。線性菲涅爾式技術(shù)較新，結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)、運行成本低，優(yōu)勢明顯?！?
因為采用線性菲涅爾式技術(shù)，該項目的集熱管位置固定，避免了高溫高壓熔鹽管路的密封和連接問題，集熱場運行更加穩(wěn)定?！爸档靡惶岬氖牵€性菲涅爾式技術(shù)的集熱器結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，所需構(gòu)件形式不多，項目相關(guān)設(shè)備容易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，適合本土化批量生產(chǎn)，既降低了成本，又可帶動國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”黎建鋒強調(diào)。
該項目的一次反射鏡采用平面反射鏡，生產(chǎn)工藝成熟、成本較低，安裝距離地面僅1米高，可保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也會大大降低風(fēng)阻，減少設(shè)備被破壞的機率，更能進(jìn)行大面積、高效率的自動化清洗，耗水少，維護(hù)成本低。同時，因為支撐結(jié)構(gòu)簡單，整個光場系統(tǒng)建設(shè)所需的鋼材和混凝土消耗量也大大下降。
此外，由于一次反射鏡距離地面較低，遮擋較少，采用緊湊型布置方式，安裝密度更大，這也使該項目擁有了極高的單位土地發(fā)電效率。
優(yōu)化設(shè)計克難關(guān)
儲熱系統(tǒng)是太陽能熱發(fā)電的核心。目前，世界已建成的線性菲涅爾式光熱發(fā)電項目都采用水或?qū)嵊蜑楣べ|(zhì)，很難實現(xiàn)儲熱，成為制約該技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸。
儲熱系統(tǒng)的關(guān)鍵是儲熱材料。熔鹽即無機鹽的熔融體，是一種熱密度大、成本低、壽命長、易調(diào)節(jié)、傳熱儲熱性能好的儲熱介質(zhì)。如今，在世界所有配備儲熱設(shè)施的電力系統(tǒng)中，熔鹽儲熱技術(shù)占比75%，并且主要用于光熱發(fā)電項目.在我國首批20個光熱發(fā)電示范項目中，更有18個采用熔鹽儲熱。“線性菲涅爾式技術(shù)想要簡化系統(tǒng)、獲得更高的熱電效率和發(fā)電效率，提升系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性，增加項目的年運行小時數(shù)，降低平準(zhǔn)化電力成本，與熔鹽‘結(jié)合’是極佳的選擇?！崩杞ㄤh說。
敦煌菲涅爾式光熱項目以二元熔鹽為工質(zhì)，熔點約220攝氏度，運行溫度在290—550攝氏度。但是，高溫熔鹽易凝固、腐蝕性強，一旦在集熱管內(nèi)凝結(jié)，將很難在較短時間內(nèi)熔化。因此，如何防止高溫熔鹽在集熱管內(nèi)凝結(jié)，成為世界性難題。
西北院集中攻關(guān)，通過對該項目系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，最大限度降低了長距離熔鹽管道熱損失，對多云天氣、夜間和寒冷季節(jié)防凝模式的運行參數(shù)進(jìn)行了多工況數(shù)值模擬、比選，以安全運行為前提，以追求發(fā)電量最大化為目標(biāo)，形成了一套較為完整的防凝運行模式體系。由此，中國也成為世界少數(shù)幾個掌握高溫熔鹽儲熱技術(shù)的國家之一。
破浪前行勢如虹
早在2007年，西北院便開始了光熱發(fā)電項目的研發(fā)設(shè)計，是國內(nèi)最早開展研究的設(shè)計單位之一。多年來，該院完成多項科研課題，獲得國家專利20余項，參加或承接多個國家級、地方級光熱產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、前期咨詢工程，成為目前國內(nèi)唯一擁有光熱發(fā)電科研示范項目、商業(yè)運行項目的設(shè)計單位，具備光熱發(fā)電項目投融資建設(shè)運營一體化全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)的實力。
2014年，西北院承擔(dān)了蘭州大成敦煌光熱發(fā)電項目一期10兆瓦工程的勘察設(shè)計工作，這是國內(nèi)首個線性菲涅爾式技術(shù)商業(yè)化光熱發(fā)電項目。2015年，在國家光熱示范項目申報、50兆瓦光熱示范項目可行性研究、初步設(shè)計階段，西北院與蘭州大成公司再續(xù)前緣，在聚光集熱系統(tǒng)參數(shù)定型、儲換熱時長優(yōu)化及熔鹽線性菲涅爾式技術(shù)發(fā)電量計算等關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了攻關(guān)研究，于2019年形成了完整的熔鹽線性菲涅爾式聚光集熱系統(tǒng)技術(shù)體系，并成功用于項目實踐。
在該項目勘察設(shè)計期間，面對國內(nèi)光熱相關(guān)設(shè)計規(guī)范及線性菲涅爾式光熱發(fā)電項目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)空白、項目建設(shè)進(jìn)度快、設(shè)計周期緊的情況，西北院投入骨干力量，克服諸多不利因素，為國內(nèi)線性菲涅爾式光熱發(fā)電項目的設(shè)計、調(diào)試、運行等積累了先導(dǎo)經(jīng)驗。
“截至2019年底，全國共有7座光熱發(fā)電項目并網(wǎng)發(fā)電，西北院參與設(shè)計或總承包建設(shè)了其中5座，技術(shù)路線全覆蓋塔式、槽式及線性菲涅爾式?！崩杞ㄤh自豪地說，雖然我國光熱發(fā)電研究起步較晚，但部分技術(shù)已走在世界前列。
