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掌握光热发电核心技术 勇立行业潮头

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国能源报 发布时间:2018-11-01 浏览:
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中国储能网讯:在全球能源供应清洁化、低碳化趋势的背景下,太阳能热发电因兼具环保性、稳定性、可调节性和易于并网等特点,近年来发展步伐迅速。中国能建充分发挥自身优势,制定光热行业标准、发挥勘察设计优势、展现精细化施工水准、自主制造核心设备,为我国能源结构优化调整,加快推进清洁能源发展贡献力量。

不忘科研初心 坚持技术引领

■特约通讯员 陈永安

日前,住房和城乡建设部发布公告,自2018年12月1日起正式实施《塔式太阳能光热发电站设计标准》。该标准反映了目前国内外太阳能光热发电领域的最新设计理念、要求和技术水平,达到国际领先水平,由中国电力企业联合会组织、中国能建工程研究院主编,填补了国内外太阳能光热发电站设计标准的空白。

随着国家能源局启动20个光热发电示范项目,我国光热发电发展进入新阶段,但目前国内光热发电还面临一系列的困难:成本高,高性能材料和个别核心设备还需要进口;实际运营的成功经验较少,可借鉴的历史数据有限;标准体系和标准缺乏,具备设计、施工、调试与运营的全流程标准体系尚未建立。

《塔式太阳能光热发电站设计标准》作为我国第一部,同时也是世界首部关于太阳能光热发电站设计的综合性技术标准,需要解决的关键技术问题多、编制难度大。在研究编制过程中,中国能建工程研究院常务副院长、项目负责人许继刚带领编制组广泛和深入地调研国内外太阳能光热发电工程项目,全面总结和吸收了国际上已投运光热电站的成功经验,并多次咨询国内外同行意见。编制组还针对塔式太阳能光热电站规划和站址选择、聚光系统和总平面布置设计、吸热(输送)系统和储热系统设计、定日跟踪及集成控制等14个关键技术问题进行了专题研究。

该标准的成功发布,对我国首批光热发电示范项目以及后续光热电站的开发、建设、运营等发挥重要指导作用,也将进一步增强中国在太阳能热发电行业的国际话语权,为“一带一路”太阳能热发电项目开发和建设起到支撑和保障作用。

在积极编制技术标准的同时,中国能建工程研究院还在太阳能热发电关键技术科研方面持续耕耘,克服人才和资金不足等问题,获得多项新突破。以中国能建名义牵头的“太阳能光热发电及热利用关键技术标准研究”科技项目,获批2017年度国家重点研发计划立项,实现了中国能建牵头国家级科技项目“零”的突破。整个申报过程历时一年半,作为牵头单位,工程研究院组织各申报单位技术骨干针对申报阶段的诸多技术问题和分工进行研究和部署,克服研究团队涉及单位多和异地沟通等多重困难,面对诸多强劲竞争对手,最终通过专业机构评审并成功获得国家科技部立项。

同时,许继刚带领科研团队积极筹备,历时半年精心准备《塔式太阳能光热发电厂设计总体要求》(IEC 62862-4-1)立项提案,并亲自在摩洛哥举行的IEC会议上,对标准立项的必要性和意义、中国能建在塔式光热发电领域的工作基础、标准编制的主要内容等三个方面进行了全面阐述,汇报内容获得IEC总部及各国代表的充分肯定与高度赞扬,IEC成员国纷纷投赞成票并表达支持意向,IEC/TC117委员会主席当场宣布由中国主导编制该标准,这是中国代表团主导制定太阳能热发电领域技术标准的又一次重大突破。

此外,工程研究院还牵头完成了中国能建科技项目“基于空气工质的塔式光热双循环发电技术研究”,打通了基于空气工质的塔式双循环发电系统流程,开发了基于Simulink与Labview平台的仿真软件包,研制了10kW金属管式、容积式承压空气吸热器,相关成果达到国内领先水平。

在太阳园掀起头脑风暴

■特约通讯员 朱晓燕

由中国能建规划设计集团华东院(以下简称“华东院”)勘察设计的迪拜太阳能园区第四期700兆瓦光热发电项目,是全球最大的光热电站项目,由1台100兆瓦塔式光热发电机组及3台200兆瓦槽式光热发电机组组成。该项目是中国电力企业开拓海外市场的一大突破,将成为“一带一路”框架下展现中国电力设计实力的舞台。

该项目从诞生之初就是一个高起点、高难度、高融合的清洁能源项目,集成了多个创新目标——世界最大的熔盐储热系统,世界最高的光热吸热塔,最低光热电价的盈利模式,超大场地的环保施工等等;设计中面临多项新技术、新方案的挑战,例如移动沙丘场地的光热场地处理、最高光热塔的基础结构设计、高热地区400千伏高压电缆长距离敷设难题、光伏作为光热电站厂用电的平衡调节问题、高温沙漠地区的绿色建筑设计等等。

根据业主要求,迪拜光热项目需要同时遵照美标、英标和迪拜当地标准设计,涉及规范多,技术难度大。以抗震设计参数为例,各标准差异明显,为了找到其中的逻辑关系,华东院勘测团队白天去工地指导现场勘察工作,晚上挑灯夜战查阅美标和迪拜当地抗震设计规范,进行多次头脑风暴,最终理清了思路,提供详实可靠、符合需求的抗震设计参数。

通过迪拜光热项目的实施,华东院将基于大量实践的研究应用于新技术、新工艺、新材料,提出合理的改进措施,推进了国内光热发电技术和装备的发展。与此同时,作为设计牵头单位,与世界领先的技术公司合作,以整体设计优化的思路引领各方,在系统设计阶段探求能量转换的最优化,具备了较强的联合设计实力。

高效的项目依靠高质量施工

■特约通讯员 尚小丽 郭栋 孟文才

安装要求高、国内没有成熟的经验可供借鉴,光热发电项目的施工对于国内大多数建设单位来说,无疑是一次充满挑战的任务。中国能建所属施工单位坚持创新施工和精细化安装,用一份匠心确保着一个又一个光热发电工程高质量安装、高标准完成。

在大漠戈壁的甘肃阿克塞,正在建设世界首个商业化高温熔盐型槽式光热发电测试平台项目,中国能建北方建投山西电建项目团队正研究着光热发电站核心部件的安装工作。该项目在国内外尚无成功运行的先例,高温集热管自动焊接对口装卡台和智能焊接系统成为项目团队研究的重点。“简直要魔怔了,那段时间只有一件事情,到底怎么才能焊成?”山西电建项目经理卫育峰说。舍弃旧习惯,聚焦新技术,经过几十个日夜的“头脑风暴”,最终通过阿克塞高原戈壁严冬低温的严寒环境,实现无一破损,并且该研发成果获得了2017年度中国电力建设科学技术进步三等奖。

10月10日,我国首个大型商业化光热示范电站——中广核德令哈50兆瓦槽式光热示范项目正式投运。中国能建西北建投西北电建为了工程按期完工,付出了难以想象的努力。该项目是国内首台光热汽轮机发电机组,机组布局形式复杂,高、低压缸,发电机的标高都不相同,且有两套推力轴承,机组布局、参数、技术均为国内首创,施工技术要求和难度远大于国内其他工程。西北电建项目部在该项目施工中以核电安装的标准开展工作,多次组织技术人员、厂家人员、监理、业主在一起对安装过程中的技术参数、质量要求进行研究探讨,汽轮机的每一步安装都要和厂家、监理反复核对技术参数,待三方确定技术参数无误后,才进行下一步。

而在距离不远的甘肃敦煌,首航节能敦煌100兆瓦熔盐塔式光热发电站拔地而起。西北电建与天津电建的技术人员在100多万平方米的现场奔波忙碌着,在实践中总结出一套别具特色的精细化施工方法——由于定日镜基础数量多,工程量大,加之受风沙和光照的影响,现场测量无法正常使用全站仪,通过采用精确度更高的GPS定位仪,缩小误差的同时,大大提高了工作效率;当地土质松软,孔口易塌陷,施工前期的成孔效果并不理想,需反复清理沉渣,后经采用孔口人工铲斜坡法,确保一次性成孔到位,节省了套筒的施工费用,在保证施工安全和质量的前提下,为项目建设节约了成本;作为定日镜基础的主心骨,后期的承台养护也至关重要,施工现场气候干燥、水源紧缺,混凝土水份易蒸发,项目部根据实际情况因地制宜,在原有塑料薄膜上覆盖一层沙土,将承台牢牢包裹,减少了水份的流失。

掌握核心技术 勇立行业潮头

■特约通讯员 张先扬

10月10日,我国首个大型商业化光热示范电站——中广核德令哈槽式导热油50兆瓦光热示范项目正式投运,使该工程常规岛总承包方中国能建规划设计集团西北院(以下简称“西北院”)再一次站在了我国光热发电建设的最前沿。

深耕光热发电领域十余载,西北院凭借丰富的工程实践、雄厚的技术储备及人才资源,以高端的技术创新抢占行业的制高点,以创新的商业模式构建全产业链集成服务商,走出了一条特色的发展之路。

从2007年开始,西北院就涉足光热领域,成为国内最早开展光热发电技术研发的电力设计企业之一。2012年8月,由该院集成设计的国家“863”计划“光热发电技术及系统示范”重点项目、亚洲首座兆瓦级塔式光热发电项目——中科院电工所八达岭光热发电实验电站并网发电,从而奠定了西北院在国内光热发电领域的设计龙头地位。

2013年,该院总体设计的亚洲首个商运光热项目——青海中控德令哈塔式光热电站一期10兆瓦项目并网发电,标志着我国自主研发的光热发电技术向商业化运行迈出了坚实步伐。2016年8月26日,该电站经过熔盐吸热储热技术改造后成功投运,成为我国首座成功投运的规模化储能光热电站。2016年10月,由西北院设计的全球首个高温熔盐槽式光热发电项目——甘肃阿克塞槽式高温熔盐光热发电试验平台投运。此外,由西北院设计的世界上单机容量最大的塔式光热发电项目——摩洛哥努奥三期150兆瓦塔式熔盐项目已经于2018年10月20日完成可靠性运行试验。

历经十余年发展,西北院在塔式、槽式、线性菲涅尔等光热发电设计项目方面均取得了领先的业绩,成为国内唯一拥有光热科研示范项目、商业运行项目的设计企业。目前,西北院在光热领域已完成了从设计、总承包到参股投资的“三大步”跨越,向成为全产业链一流集成商的目标坚定迈进。

随着中国能建光热发电技术中心落户西北院,该院迅速成立了光热科技攻关团队,进一步深化从设计企业到研发设计企业的战略转型。攻关团队立足该院承担设计的槽式导热油、槽式熔盐、塔式熔盐及线性菲涅尔等项目,深入开展聚光集热系统、储换热系统等光热发电关键技术研发、工程化应用和系统集成研发、技术标准编制等工作,攻克当前光热发电技术中存在的主要技术壁垒,掌握光热发电核心技术,并形成知识产权。

凭借一流的科技攻关能力,西北院先后开展了《光热发电试验电站设计研究》《光塔式热发电设计技术研究》《塔式光热发电仪控技术研究》等多项专题研究,在光热发电技术方案选择、光热发电厂控制技术、光热发电熔盐系统设计、塔式光热发电仪控技术、塔式光热发电厂定日镜场控制等方面取得了突破性成果,先后申报国家专利数十项,撰写专题报告和论文近百篇。此外,该院还先后参与编制了《槽式光热电站设计规范》《塔式光热电站设计规范》2项国家设计规范,主持编制了《碟式光热电站设计规范》《线性菲涅尔式光热发电厂集热系统设计规范》等7项行业设计标准,涵盖了塔式、槽式、线性菲涅尔式、碟式当前全部4种光热电站型式。

核心装备中国造

■特约通讯员 杨建芳

随着我国光热发电产品和装备国产化进程的日益加快,中国能建所属装备企业紧握机遇,勇于创新,在巩固主营业务优势地位的同时,积极开展光热发电核心装备的研发和制造。由中国能建中能装备北京设备公司(以下简称“北京设备公司”)研发的光热发电用熔盐泵就是其中的典型代表。经过市场检验,该产品不仅满足光热设计要求,而且具备了国产化替代的基础。

早在2015年,北京设备公司就开始了光热熔盐泵的研发。通过组建专业技术队伍,持续投入科研资金,借鉴国外先进经验,通过再创新,先后攻克了密封、连接、振动等关键技术,形成了一整套成熟的工艺流程,是熔盐泵的性能能够满足当前国内100兆瓦光热项目的需求。

今年年初,北京设备公司的光热发电熔盐泵中标哈密熔盐塔式5万千瓦太阳能热发电项目,目前研发和设计工作已经完成,各项生产正有序推进。在此之前,应用于光热发电的该类产品一直被国外公司垄断,该产品填补了国内以熔盐为导热介质的光热发电工程项目应用中的空白,标志着光热发电熔盐泵的国产化实现重大突破。

此外,中能装备华东装备公司凭借多年母线产品制造技术及应用业绩,中标哈密50兆瓦熔盐塔式光热发电母线项目,中能装备江苏装备公司中标该项目管道预制成套设备。

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从技术角度来看,光热发电主要分为槽式、塔式、碟式和菲涅尔式四种基本技术路线,这其中又因传储热介质、储热方式、聚光方式的差异而呈多元化态势。其中槽式和菲涅尔都属于线式聚焦系统,采用单轴跟踪;而塔式和斯特林碟式则为点式聚焦系统,采用双轴跟踪,镜子的控制系统相对更加复杂,但聚光比相对前两种技术路线较高,系统工作温度也相对更高。

从目前全球光热装机来看,四种技术路线以槽式技术所占装机比例最大,塔式技术则表现出了强劲的发展潜力,从中国首批20个光热示范项目来看,槽式、塔式、菲涅尔式的数量比例为7:9:4,塔式占比略高于槽式。其中熔盐塔式、二次反射塔式、槽式导热油传热熔盐储热、熔盐槽式的数量比为8:1:5:2。

关键字:光热发电

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