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CSPPLAZA光熱發電網訊：近日(ri)，在由(you)CSPPLAZA主辦(ban)、中(zhong)控太陽(yang)能和(he)龍騰(teng)光熱(re)聯(lian)合主辦(ban)的(de)2019第六屆(jie)中(zhong)國國際光熱(re)大會暨CSPPLAZA年會上，中(zhong)電工程(cheng)華(hua)北電力設計(ji)院有限公司（簡(jian)稱“華(hua)北院”）工程(cheng)技(ji)術中(zhong)心副總工程(cheng)師田增(zeng)華(hua)作(zuo)了題(ti)為“太陽(yang)能光熱(re)與傳統火(huo)電耦合發(fa)電技(ji)術應(ying)用”的(de)演(yan)講。

田增華表示，自2015年以(yi)來(lai)，為(wei)促進能(neng)源(yuan)消費革命，國家發改委(wei)、國家能(neng)源(yuan)局相(xiang)繼出(chu)臺了(le)一系(xi)列火電(dian)機組(zu)降煤耗(hao)、靈活性調峰等通知(zhi)，要求火電(dian)機組(zu)加強調峰能(neng)力(li)建設，著(zhu)力(li)增強系(xi)統靈活性、適(shi)應性，破解新(xin)能(neng)源(yuan)消納難題。要在保障(zhang)火電(dian)機組(zu)的出(chu)力(li)的情況下，還(huan)做(zuo)到降煤耗(hao)，就(jiu)需要采用替代能(neng)源(yuan)，實現可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)與火電(dian)的互補發電(dian)，讓(rang)可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)參與到火電(dian)機組(zu)中來(lai)。

他認(ren)為，我國(guo)西北地區建(jian)有大量(liang)的火電機(ji)組，加之(zhi)當地光(guang)資源非常好，這給(gei)光(guang)煤耦合發電帶來了一些契機(ji)。

圖：田(tian)增華在大(da)會上發言

一、光熱發電技術路線選擇

目(mu)前，光(guang)熱主要的(de)技術路線(xian)包(bao)括槽式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、塔(ta)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、線(xian)性菲涅(nie)(nie)爾(er)(er)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)(he)碟式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)四(si)種。田增華指出，槽式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)(he)線(xian)型菲涅(nie)(nie)爾(er)(er)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)多(duo)屬于中(zhong)溫、中(zhong)壓(ya)的(de)品質（注：這(zhe)里的(de)線(xian)型菲涅(nie)(nie)爾(er)(er)不包(bao)括蘭(lan)州大成和(he)(he)兆陽(yang)光(guang)熱擁(yong)有的(de)改進型菲涅(nie)(nie)爾(er)(er)技術，這(zhe)些技術可(ke)實現更(geng)高(gao)的(de)溫度）。而塔(ta)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)聚(ju)光(guang)方式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)為點聚(ju)焦，熱品質更(geng)高(gao)。從聚(ju)光(guang)比和(he)(he)光(guang)電轉化效率來看，塔(ta)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)也普遍(bian)高(gao)于線(xian)型菲涅(nie)(nie)爾(er)(er)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)(he)槽式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。

如何根據(ju)它的(de)(de)(de)參數(shu)和熱品質(zhi)設(she)計來實現與(yu)火電的(de)(de)(de)良(liang)好(hao)結(jie)合呢？田增華表示，光(guang)熱發電的(de)(de)(de)技術(shu)路線(xian)不(bu)同，與(yu)火電的(de)(de)(de)結(jie)合方式也不(bu)同。

1.線聚焦

據田(tian)增華介(jie)紹(shao)，槽式和線性(xing)菲涅爾式發電可(ke)以與燃(ran)煤、燃(ran)氣(qi)、生物質以及(ji)垃圾發電等相結合(he)，華北(bei)院已嘗試多個ISCC電站的設計方案，即實(shi)現天然氣(qi)與太陽能聯合(he)發電的項(xiang)目。這(zhe)些項(xiang)目實(shi)現槽式技術和燃(ran)機(ji)相結合(he)，將槽式光熱設備產生的中(zhong)溫、中(zhong)壓的蒸汽，引入(ru)到預熱鍋爐中(zhong)進(jin)一步提升溫度，繼(ji)而進(jin)入(ru)常(chang)規的汽輪機(ji)組進(jin)行發電。

此種方案為(wei)光熱(re)與常規能源(yuan)的(de)耦(ou)合發電(dian)，即通過常規電(dian)站提升光熱(re)電(dian)站產生(sheng)蒸(zheng)汽的(de)品(pin)質，實現了(le)能量的(de)梯級利用。

2.點聚焦

塔式電(dian)站產生的(de)是高溫、高壓的(de)過熱蒸(zheng)汽，可以直接(jie)達(da)到(dao)與(yu)傳(chuan)統火(huo)電(dian)機(ji)組主(zhu)蒸(zheng)汽同樣的(de)品質，與(yu)傳(chuan)統機(ji)組結合時可采用與(yu)常(chang)規火(huo)電(dian)主(zhu)蒸(zheng)汽系統并汽運行的(de)方式。

二、光煤耦合集成技術的方案

田增華(hua)(hua)以華(hua)(hua)北院在西北地(di)區的某個項目為例，介(jie)紹了(le)光煤耦合集成技術方案。

1.燃煤電站的基礎數據：

①電站(zhan)規(gui)模(mo)為330MW，鍋爐(lu)(lu)蒸發量1177噸/小時，采(cai)用亞臨界、一次中間再(zai)熱(re)、自(zi)然(ran)循環汽包(bao)爐(lu)(lu)；

②汽(qi)(qi)輪機：銘牌出力330MW，采(cai)用亞臨界、一(yi)次(ci)中(zhong)間(jian)再熱、單軸、雙(shuang)缸雙(shuang)排汽(qi)(qi)、直接空冷(leng)凝(ning)汽(qi)(qi)式汽(qi)(qi)輪機；

③回(hui)熱(re)系統：汽(qi)(qi)輪(lun)機組(zu)有七級(ji)(ji)非調整抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)，其中，1、2、3級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)分(fen)別(bie)供(gong)給(gei)三(san)(san)臺高壓(ya)加熱(re)器(qi)；5、6、7級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)分(fen)別(bie)供(gong)給(gei)三(san)(san)臺低(di)壓(ya)加熱(re)器(qi)；4級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)供(gong)給(gei)除氧器(qi)、高壓(ya)輔汽(qi)(qi)系統及(ji)供(gong)熱(re)系統；3、4、5級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)抽(chou)(chou)自(zi)中壓(ya)缸(gang)；6、7級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)(qi)抽(chou)(chou)自(zi)低(di)壓(ya)缸(gang)。

2.光煤耦合集成方案

光煤耦合(he)旨在(zai)(zai)通過減少(shao)汽輪機(ji)的(de)(de)抽汽量，在(zai)(zai)降低煤耗的(de)(de)同(tong)時，保持(chi)汽輪機(ji)的(de)(de)出力。“我們(men)要(yao)盡可(ke)能(neng)地(di)利用(yong)光熱(re)(re)發電溫度高的(de)(de)特點，在(zai)(zai)此(ci)主要(yao)考慮的(de)(de)方案是利用(yong)太陽能(neng)加熱(re)(re)給水系統”，田增華說。

太(tai)陽能加熱給水系統的方案有兩種：

①用(yong)光熱加熱給(gei)水，給(gei)水系(xi)統(tong)不發生相變，只提升給(gei)水溫度，再回(hui)到(dao)原(yuan)來的(de)系(xi)統(tong)中。

②用光熱(re)系統產生(sheng)的(de)蒸汽替代給水加熱(re)蒸汽，已達到提升給水溫(wen)度，減(jian)少汽機抽汽的(de)目的(de)。。

在(zai)西北地區的這一(yi)(yi)項目(mu)中，由于(yu)考慮了投資問題，盡(jin)可能減少了系(xi)統的復雜(za)程度。田增華介紹道：“如果發(fa)生(sheng)相(xiang)變，可能要跟(gen)傳統的光熱(re)(re)電站一(yi)(yi)樣涉(she)及到預熱(re)(re)器(qi)(qi)、蒸發(fa)器(qi)(qi)、過(guo)熱(re)(re)器(qi)(qi)等(deng)(deng)等(deng)(deng)，然后通過(guo)一(yi)(yi)系(xi)列的換熱(re)(re)器(qi)(qi)產生(sheng)過(guo)熱(re)(re)蒸汽，才能替代這種蒸汽。而加(jia)熱(re)(re)給水系(xi)統，則(ze)只需要設(she)計一(yi)(yi)個(ge)換熱(re)(re)器(qi)(qi)，不會發(fa)生(sheng)相(xiang)變，因此(ci)在(zai)這個(ge)方案里面(mian)，我們選擇(ze)直接(jie)加(jia)熱(re)(re)給水系(xi)統。”

關于(yu)集成方案，田增華提出了兩種思路：小(xiao)溫差(cha)并聯(lian)運行(xing)方案；大溫差(cha)串(chuan)聯(lian)運行(xing)方案。

①小溫(wen)差并聯運行(xing)方案：耦合(he)點在(zai)一號(hao)(hao)高(gao)加(jia)(jia)和二號(hao)(hao)高(gao)加(jia)(jia)。在(zai)二號(hao)(hao)高(gao)加(jia)(jia)的(de)(de)入(ru)口(kou)(kou)把一部(bu)分(fen)的(de)(de)給(gei)(gei)水引出(chu)來，通過槽(cao)式換熱器提高(gao)給(gei)(gei)水溫(wen)度，而后再將這部(bu)分(fen)給(gei)(gei)水引回到(dao)一號(hao)(hao)高(gao)加(jia)(jia)的(de)(de)出(chu)口(kou)(kou)，打回到(dao)原來的(de)(de)系(xi)統中(zhong)。

田增華介紹：“由于該項目的(de)(de)場(chang)地問(wen)題(ti)，槽式鏡場(chang)回路數量(liang)并(bing)沒(mei)有設置很多，因此(ci)(ci)無法(fa)將給水系(xi)統全部(bu)通過(guo)太陽能去加熱(re)，主路還是(shi)在(zai)原(yuan)來的(de)(de)回熱(re)系(xi)統里面(mian)，只將部(bu)分的(de)(de)水引出(chu)并(bing)加熱(re)，再并(bing)回到(dao)原(yuan)來的(de)(de)系(xi)統中，以此(ci)(ci)實(shi)現兩路并(bing)聯的(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)。同時，導熱(re)油系(xi)統運(yun)(yun)行(xing)溫(wen)度(du)與給水系(xi)統溫(wen)度(du)相匹配，在(zai)220-260℃較低的(de)(de)溫(wen)度(du)下運(yun)(yun)行(xing)。

②大溫(wen)(wen)差串聯運(yun)(yun)行(xing)(xing)方案：在(zai)一(yi)號(hao)(hao)高(gao)加(jia)的(de)入口(kou)串聯全流(liu)量的(de)給(gei)水系統(tong)，全部引(yin)(yin)入到槽式換熱(re)(re)(re)器加(jia)熱(re)(re)(re)，再引(yin)(yin)入到一(yi)號(hao)(hao)高(gao)加(jia)的(de)入口(kou)處，進行(xing)(xing)進一(yi)步的(de)加(jia)熱(re)(re)(re)。該方案槽式導熱(re)(re)(re)油系統(tong)在(zai)260-320℃大溫(wen)(wen)差的(de)情況(kuang)下運(yun)(yun)行(xing)(xing)，充(chong)分利用了導熱(re)(re)(re)油的(de)溫(wen)(wen)度使用上限。

比較上述(shu)兩個方案，可以(yi)看出，在大(da)(da)溫(wen)差串聯(lian)(lian)運行(xing)(xing)方案中鏡場(chang)的供能更(geng)多，因為(wei)利用的溫(wen)度更(geng)高，流(liu)量更(geng)大(da)(da)，且替代的是更(geng)高級的抽汽，據田(tian)增華介紹(shao)，采用大(da)(da)溫(wen)差串聯(lian)(lian)運行(xing)(xing)方案可以(yi)增加年發電量17218MWh。

3.集熱系統配置及設備選型

以大(da)溫(wen)(wen)差串聯運行(xing)方案為(wei)例(li)，運行(xing)溫(wen)(wen)度為(wei)260-320℃，只有60度的溫(wen)(wen)差。“結合(he)場地情況，我們采用的是(shi)48條長度為(wei)300m的集熱(re)器(qi)，比(bi)標準的回(hui)路少一半；傳(chuan)熱(re)介質采用的是(shi)中溫(wen)(wen)合(he)成導熱(re)油，其工作溫(wen)(wen)度范(fan)圍為(wei)6-320℃；集熱(re)器(qi)開口為(wei)5.77m、長度為(wei)150m，并(bing)配套相(xiang)應(ying)的的反射鏡和真空集熱(re)管。”

田增華介紹(shao)：“根據(ju)法向直(zhi)接輻射數據(ju)，我(wo)們(men)的設(she)計點光(guang)熱(re)轉換效率72.18%，年(nian)均光(guang)熱(re)轉換效率44.82%。關于該項目的輔助系統，我(wo)們(men)采(cai)用電伴(ban)熱(re)防凝(ning)系統，同(tong)時配(pei)置相應的氮(dan)封(feng)和膨脹溢流系統。”

汽輪機在滿(man)負(fu)荷的(de)(de)工況下效率為41.76%，鍋爐效率為92.37%。由(you)于(yu)規模(mo)的(de)(de)限(xian)制，采(cai)用(yong)光煤耦合之后年節(jie)省燃標煤量5460噸。田增華表示(shi)：“48條長(chang)度(du)300m的(de)(de)標準回路(lu)規模(mo)不(bu)(bu)是(shi)(shi)很大(da)(da)，節(jie)約的(de)(de)燃標煤量也不(bu)(bu)是(shi)(shi)很大(da)(da)，這給我們提供了一個發(fa)展思路(lu)。”該項目(mu)鏡(jing)場總面(mian)積(ji)78480㎡，可增加發(fa)電量17218MWh，由(you)于(yu)項目(mu)鏡(jing)場規模(mo)不(bu)(bu)是(shi)(shi)很大(da)(da)，因(yin)此(ci)未設(she)置(zhi)熔鹽儲熱系統。

田增華特別指出，目(mu)前介紹的這個項(xiang)目(mu)所在地的資(zi)源(yuan)情(qing)況并不(bu)是非(fei)常(chang)理(li)想(xiang)，DNI值僅為1600kWh/㎡/y，而一(yi)般國(guo)際上公認的光熱發電(dian)比較理(li)想(xiang)的選址DNI值應(ying)該在1700kWh/㎡/y以上，那么該項(xiang)目(mu)也給低輻射地區提供(gong)了(le)一(yi)種太(tai)陽能(neng)熱利用的參考(kao)和(he)可能(neng)性。

4.經濟性

該(gai)項目總投資約(yue)1.4億(yi)，按照(zhao)10%的(de)收益率來(lai)算(suan)，電(dian)價僅為1.095元，而在(zai)1.15元首批示(shi)范項目的(de)電(dian)價下，收益率可(ke)達11.83%。田增華強調，該(gai)項目在(zai)當(dang)地DNI值(zhi)為1600kWh/㎡/y的(de)情(qing)況下，實現了這(zhe)樣的(de)經濟性，那(nei)么在(zai)DNI值(zhi)更(geng)高的(de)地區將(jiang)有(you)很大(da)的(de)降本(ben)(ben)空間。因此，光(guang)煤耦(ou)合(he)的(de)方(fang)案在(zai)光(guang)熱發電(dian)降本(ben)(ben)方(fang)面有(you)一定的(de)優勢。