CSPPLAZA光熱發電網訊:6月(yue)13日,2023中(zhong)國國際光(guang)熱大會暨CSPPLAZA第十屆(jie)年會在浙(zhe)江(jiang)杭州盛大召(zhao)開,山東電力建設第三工(gong)程有限(xian)公司首席(xi)工(gong)程師、工(gong)程咨詢院副院長、光(guang)熱研究中(zhong)心(xin)主(zhu)任王仁寶出席(xi)會議并帶來主(zhu)題報(bao)告《光(guang)熱綜(zong)合能源供應(ying)技術應(ying)用實踐(jian)》。
圖:王仁寶
光熱綜合能源供應背景
▋能耗結構
王仁寶指出(chu)(chu),在工業生產(chan)中工藝(yi)用熱(re)占到總能耗的70%,且大部分由天然氣和(he)石(shi)油等(deng)化石(shi)能源(yuan)提供,下(xia)表列出(chu)(chu)了各(ge)工藝(yi)加熱(re)及發(fa)電(dian)用熱(re)場景和(he)溫(wen)度范(fan)圍:
▋光熱供能優勢
從能(neng)量轉換(huan)角度來看,太陽(yang)能(neng)到(dao)熱(re)能(neng)轉換(huan)系統(tong)的年光熱(re)轉換(huan)效率(30%~55%)遠高于太陽(yang)能(neng)到(dao)電(dian)力(li)年光電(dian)轉換(huan)效率(15%~17%)。因此(ci),太陽(yang)能(neng)熱(re)系統(tong)被認為是工業熱(re)應用很有(you)吸引力(li)的解決(jue)方案之(zhi)一。
▋主要供能場景
國外學者在分析了西(xi)方工(gong)業國的太(tai)陽能熱潛力后,認為太(tai)陽能熱利(li)用最有前途的行業包括(kuo)石油開采(cai)上游和(he)(he)下游產業、食品和(he)(he)飲(yin)料加工(gong)、制藥等。
王仁寶闡(chan)述,太陽能(neng)熱(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)就(jiu)是用(yong)(yong)(yong)(yong)太陽能(neng)集熱(re)(re)器將太陽輻射(she)能(neng)收集起來(lai),通過與物質(zhi)的相互作用(yong)(yong)(yong)(yong)轉換成(cheng)熱(re)(re)能(neng)加以利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)。按利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)的溫(wen)度不同分為太陽能(neng)低溫(wen)(<100℃)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)、中(zhong)溫(wen)(100~250℃)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)和高溫(wen)(>250℃)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)。應用(yong)(yong)(yong)(yong)領域已從提(ti)供生活熱(re)(re)水向采暖、石油開(kai)采、干燥、鍋爐等工農業諸多領域擴展。
圖:太陽能高中低溫領域(yu)利用
其中(zhong),王仁寶特別強(qiang)調(diao)了(le)高溫領域(yu)應用,可為工(gong)業脫碳(tan)提供高參數(shu)能量來(lai)源,具體(ti)體(ti)現為以下(xia)幾個方面:
1.為石油(you)、稠油(you)開發(fa)提(ti)(ti)供高溫、高壓蒸汽提(ti)(ti)供能(neng)源來源;
2.為(wei)高溫熱法海水淡(dan)化提供能量來(lai)源;
3.為高溫熱解/電(dian)解制氫(qing)(qing)提供能(neng)量(liang)來(lai)源(yuan),水(shui)通過吸收太陽(yang)能(neng)分解產(chan)生氫(qing)(qing)氣(qi),為“綠氫(qing)(qing)”(可(ke)再生能(neng)源(yuan)制氫(qing)(qing),制氫(qing)(qing)過程無碳(tan)排放(fang))的重要來(lai)源(yuan);
4.為(wei)鋼(gang)鐵、水泥等(deng)有高溫需求的高耗能(neng)工(gong)(gong)業(ye),提(ti)供(gong)能(neng)源來源,為(wei)工(gong)(gong)業(ye)脫碳提(ti)供(gong)能(neng)量來源。
商業化應用
▋案例1—澳大利亞Sundrop沙漠農場項目
澳大利亞(ya)Sundrop沙漠(mo)農場項目位于(yu)澳大利亞(ya)奧古(gu)斯塔(ta)港附近,是全球第一個基于(yu)CSP技術的商業(ye)化(hua)綜合能源工(gong)程,同時也是世界上第一座利用(yong)光熱+海水淡(dan)化(hua)+發電+溫(wen)控溫(wen)室來運營(ying)的沙漠(mo)農場。
Sundrop農(nong)(nong)場(chang)占地約(yue)20萬平方米,坐落于澳洲南部靠海(hai)的沙(sha)(sha)漠。所(suo)(suo)在地屬熱(re)帶沙(sha)(sha)漠氣(qi)候(hou)和地中(zhong)海(hai)氣(qi)候(hou)的過渡地帶,夏季(ji)炎熱(re)干旱,冬季(ji)溫和濕潤(run),并不適(shi)宜農(nong)(nong)場(chang)作(zuo)物(wu)生長。然而,Sundrop農(nong)(nong)場(chang)卻能(neng)很(hen)好地適(shi)應這種沙(sha)(sha)漠干旱的環(huan)境(jing),原因在于采(cai)用(yong)了光(guang)熱(re)系統,可為農(nong)(nong)場(chang)提供電力和供暖,同時驅(qu)動海(hai)水淡(dan)化裝置制造農(nong)(nong)場(chang)所(suo)(suo)需的淡(dan)水。
Sundrop農(nong)場光熱綜合能源項(xiang)目自2015年(nian)(nian)10月(yue)(yue)開始建設,2016年(nian)(nian)6月(yue)(yue)開始調試,2016年(nian)(nian)10月(yue)(yue)滿(man)負荷(he)并網投運,至今運行情況良好。
Sundrop農場光(guang)熱綜合(he)能源項目(mu)相關數據
圖:Sundrop農場光熱綜合能源項(xiang)目(mu)鳥瞰(kan)圖
作為全(quan)球首個(ge)無(wu)土壤(rang)、無(wu)農藥、不使用化石燃料(liao)或地(di)下水的農業系統(tong),其成(cheng)功運行標志著可再(zai)生能源(yuan)將更(geng)全(quan)面地(di)被利用。
該項目鏡(jing)場采(cai)用SEPCOIII小型定日(ri)鏡(jing)技術,聚光集熱(re)系統產(chan)生的(de)高(gao)溫(wen)高(gao)壓蒸(zheng)汽(qi)一(yi)部分進(jin)(jin)入儲熱(re)系統,一(yi)部分進(jin)(jin)入背壓式(shi)汽(qi)輪機發電(dian)為(wei)農場提供電(dian)力,同時蒸(zheng)汽(qi)為(wei)海水淡化(hua)系統提供熱(re)源。
▋案例2—西藏扎布耶源網荷儲一體化綜合能源供應項目
“西藏扎(zha)布耶(ye)鹽(yan)湖綠色綜合開發(fa)利用萬噸電(dian)池級碳酸鋰項目(mu)”由西藏礦業發(fa)展股份有限公司投資建設,位于仲巴(ba)縣境內。扎(zha)布耶(ye)鹽(yan)湖總面(mian)積為235 平方公里,湖面(mian)海(hai)拔4422 米,為全球第三(san)、亞洲第一百萬噸級鋰礦鹽(yan)湖。
西藏扎(zha)(zha)布耶(ye)源(yuan)網荷儲一體化(hua)綜合能源(yuan)供(gong)應項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)采(cai)用(yong)“光熱+光伏+儲能”技術路線(xian),可為(wei)上述項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)提供(gong)能源(yuan),保障碳酸鋰加工廠連續生(sheng)產供(gong)能需求。該項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)位于西藏自(zi)治(zhi)區日(ri)喀則(ze)市仲巴(ba)縣以北扎(zha)(zha)布耶(ye)鹽(yan)湖(hu)東南側,地處海(hai)拔4500米(mi)的(de)青藏高原,是(shi)全球首個在高海(hai)拔地區,實(shi)現清(qing)潔能源(yuan)孤網運行綜合供(gong)能的(de)先(xian)行先(xian)試的(de)“珠(zhu)峰”項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)。
西藏(zang)扎布耶源網荷(he)儲(chu)一體(ti)化綜合(he)能源供應項目所(suo)在地(di)光資源豐富(fu),年均水平總輻射量(GHI)>2000 kWh/m2,屬(shu)全(quan)國(guo)最豐富(fu)區;年均法(fa)向(xiang)直接輻射量(DNI)>2700 kWh/㎡,非常適合(he)建光熱、光伏電站。
據(ju)王仁寶介(jie)紹,整個能源站由(you)光伏電站、光熱電站、電化學儲能三部(bu)分組(zu)成。
圖:項目配置(zhi)相關數據
光熱(re)(re)部分采用槽式(shi)光熱(re)(re)發電技術,容量(liang)為40MW。該項(xiang)目由山東電力(li)建設第三工程(cheng)有(you)限公司和中國(guo)船(chuan)舶重工集團有(you)限公司聯合建設,光熱(re)(re)系統儲熱(re)(re)容量(liang)可達1915兆瓦(wa)時(shi),熔鹽儲熱(re)(re)時(shi)長(chang)可達16小時(shi)。
王仁寶向與會來賓(bin)分享了該系統的(de)運行邏輯,如下:
—白天工況(kuang)光伏滿發,為(wei)碳(tan)酸鋰廠(chang)供(gong)電,多余電力進入電化學儲(chu)能;光熱低負荷運行(xing),為(wei)碳(tan)酸鋰廠(chang)供(gong)汽;
—夜間工況光熱滿發,為碳酸鋰廠供(gong)電的同時供(gong)汽(qi);
—配(pei)置解耦蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)發生器,汽(qi)(qi)(qi)輪機抽汽(qi)(qi)(qi)不足時來自鏡場或儲熱(re)系統(tong)的熱(re)量直接為碳酸鋰(li)廠蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)。
機遇與挑戰
▋機遇
2020年(nian)9月,國(guo)家(jia)(jia)主(zhu)席習近平在(zai)第七(qi)十五屆(jie)聯(lian)合國(guo)大會一般(ban)性辯論(lun)的講話中提(ti)到:中國(guo)將提(ti)高國(guo)家(jia)(jia)自主(zhu)貢獻力(li)度,采取更加有力(li)的政策和(he)措(cuo)施,二(er)氧(yang)化碳排放力(li)爭于2030年(nian)前達到峰值(zhi),努力(li)爭取2060年(nian)前實現(xian)碳中和(he)。
圖:2021-2022年光熱相關鼓(gu)勵政策
2023年(nian)3月20日國(guo)(guo)家能源(yuan)局發布了28號(hao)文(wen)-《關于推動光熱(re)發電(dian)規(gui)模化發展(zhan)有關事項的通知》,要求全國(guo)(guo)光熱(re)發電(dian)每年(nian)新(xin)增(zeng)開(kai)工規(gui)模達(da)到300萬(wan)千(qian)(qian)(qian)瓦(wa)左右,規(gui)劃百(bai)萬(wan)千(qian)(qian)(qian)瓦(wa)、千(qian)(qian)(qian)萬(wan)千(qian)(qian)(qian)瓦(wa)級光熱(re)發電(dian)基(ji)地(di),率先打造光熱(re)產(chan)業集群。
上述一系列政(zheng)策為光熱行業指(zhi)明了(le)方向,極大地推動了(le)光熱發電產業的發展。
▋挑戰
光熱機遇井噴的同時也面臨著新的挑戰。
(一)工業脫碳進(jin)程(cheng)較慢
據國際能(neng)源局統計,電(dian)力行業(ye)脫碳(tan)速(su)度(du)最(zui)快(kuai),工業(ye)生(sheng)產脫碳(tan)進程(cheng)相比電(dian)力行業(ye)要(yao)慢大約10-20年。工業(ye)脫碳(tan)速(su)度(du)較慢的主要(yao)原因是在制造鋼、鐵、水泥、石灰、化學品(pin)和鋁等材料的高(gao)溫(wen)工業(ye)過(guo)程(cheng)中,存(cun)在清潔能(neng)源替代技術不成(cheng)熟、投資風(feng)險大等問(wen)題。
(二(er))工業用熱參(can)數較高(gao)
工(gong)(gong)業(ye)(ye)生產(chan)(chan)主要以熱需(xu)求為主,光熱在工(gong)(gong)業(ye)(ye)脫碳領域具有天然的(de)技術優勢。目(mu)前全球(qiu)碳排(pai)放最大的(de)生產(chan)(chan)行業(ye)(ye)包括金屬冶煉、水泥生產(chan)(chan)等,所需(xu)反(fan)應溫度(du)均高(gao)于熔鹽儲(chu)熱的(de)溫度(du)(565℃),光熱系統需(xu)要開發耐(nai)高(gao)溫的(de)儲(chu)換熱介(jie)質以應對新的(de)挑戰。
資(zi)料來源(yuan):國際(ji)能源(yuan)署
上圖所示為(wei),截至(zhi)2050年,每(mei)五年主要經濟部門對全(quan)球二氧化碳(tan)排放量的預計貢獻,以及工(gong)業排放量占(zhan)總排放量的份額。
最(zui)后,王仁(ren)寶總結,光(guang)(guang)熱技術具有光(guang)(guang)熱轉換效率高(gao)、安全、無污染等優勢,在減碳的大背景(jing)下(xia),光(guang)(guang)熱產業面(mian)臨巨大的歷史機遇,已逐步涉足發(fa)(fa)電、工業熱利(li)(li)用(yong)、海水淡化(hua)、供暖、石油開(kai)采(cai)和生態農業等行(xing)業,發(fa)(fa)展前景(jing)廣闊。同時,光(guang)(guang)熱也面(mian)臨諸多挑戰(zhan),如發(fa)(fa)電成本較(jiao)高(gao),儲換熱溫(wen)度低于(yu)工業用(yong)熱需求等。未來光(guang)(guang)熱綜合(he)利(li)(li)用(yong)技術將朝著高(gao)參數、高(gao)效率、高(gao)可靠性、低成本方向持(chi)續發(fa)(fa)展。
SEPCOIII光熱技術
山東電(dian)力建設(she)第三工程有限公司(以下(xia)簡稱(cheng)“SEPCOIII”)成立于(yu)1985年,是中國電(dian)力建設(she)集團全資(zi)A級子公司,是以EPCO、EPC等(deng)方式承(cheng)包各類型電(dian)站(zhan)、海(hai)水淡化、基礎設(she)施(shi)等(deng)工程建設(she)為主(zhu),廣(guang)泛涉足(zu)電(dian)力與金(jin)融投資(zi)、設(she)計(ji)咨詢、設(she)備制(zhi)造與租賃、國際(ji)物(wu)流與貿易、調試運行、休閑旅游(you)等(deng)多個領(ling)域(yu)的綜合性建設(she)集團。
SEPCOIII設有青(qing)島總(zong)部和迪拜公(gong)司,可(ke)為客戶提(ti)供(gong)從項目可(ke)研(yan)到融(rong)資、勘探、策劃(hua)、設計、采購(gou)、施工(gong)、調試、運行維(wei)護、檢修改(gai)造等一攬子解決方案(an)。
圖:相關榮譽
SEPCOIII連續8年(nian)(nian)入選美國《工程(cheng)新聞記錄》(ENR)“250強國際總(zong)承包商”榜單(dan),2014年(nian)(nian)位(wei)列第(di)58位(wei)。近年(nian)(nian)來(lai),公司被評為“中央企業先進(jin)集體”,榮(rong)獲“全(quan)國五一勞(lao)動獎狀(zhuang)”。
圖:相關業績
圖:公司組織機構
SEPCOIII打造了(le)完整(zheng)的(de)(de)光熱(re)技術(shu)EPCO產業鏈,通過不懈的(de)(de)努力,積累豐富理論與實踐經(jing)(jing)驗(yan)。涵蓋(gai)鏡場成(cheng)套設(she)備及(ji)(ji)技術(shu)、設(she)計、采購、施工、調試到運(yun)維各(ge)環(huan)(huan)節(jie)的(de)(de)項(xiang)目(mu)任務。項(xiang)目(mu)執(zhi)行(xing)過程(cheng)中,E、P、C、O各(ge)環(huan)(huan)節(jie)能(neng)夠緊密銜接,在(zai)項(xiang)目(mu)前期(qi)提前介入,統籌安排,并進行(xing)各(ge)環(huan)(huan)節(jie)的(de)(de)經(jing)(jing)驗(yan)反(fan)饋,形成(cheng)EPCO的(de)(de)完整(zheng)閉環(huan)(huan),為工期(qi)控制、性能(neng)風險把控、機組可靠穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)、故障(zhang)高(gao)效處理以及(ji)(ji)項(xiang)目(mu)的(de)(de)成(cheng)功投產提供了(le)強(qiang)有力保障(zhang)。
王仁(ren)寶介紹(shao),光(guang)熱電(dian)站的設計(ji)工作(zuo)主要由工程咨詢(xun)院承擔(dan),該(gai)院具有甲級設計(ji)資質及豐(feng)富的國際電(dian)力工程設計(ji)、咨詢(xun)經驗,標準(zhun)規(gui)范與(yu)國際接(jie)軌,從業人員(yuan)近400人。已參(can)與(yu)摩洛哥、南非紅石、西藏扎布耶(ye)等多個項目前期及施工圖(tu)設計(ji)工作(zuo),并參(can)與(yu)了多個國內外光(guang)熱項目的投標、咨詢(xun)、可研等工作(zuo)。
此(ci)外,SEPCOIII整合(he)全球優勢資源,同國際知(zhi)名光熱技術(shu)企(qi)業和設備廠家建立了長期戰略合(he)作關系。2019年,完成了對(dui)擁有豐富塔式光熱技術(shu)經(jing)驗的美(mei)國 eSolar公司鏡場技術(shu)包收購工(gong)作,成為該(gai)技術(shu)唯一所(suo)有人。
SEPCOIII鏡場技術(shu)自2007年開始研發,經過多年的技術(shu)迭代(dai),具備(bei)高可靠性(xing)、低成本、高精度等特點。SEPCOIII全(quan)面(mian)掌(zhang)握了(le)塔(ta)式太陽(yang)能(neng)光熱(re)發電關鍵技術(shu),并(bing)進(jin)一步實現核心裝備(bei)國產(chan)化,持(chi)續(xu)推廣光熱(re)綜合能(neng)源供(gong)應領(ling)域應用。
目前,鏡場技術已成功(gong)應(ying)用于美國(guo)蘭卡斯特、印度拉賈斯坦(tan)邦、澳大利亞(ya)奧古斯塔港等(deng)多個項(xiang)目,運行效(xiao)果良(liang)好。