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光熱電站項目要點和經濟效益分析
來源:計鵬新能源 | 1評論 | 18989查看 | 2017-05-12 11:26:00    
一、光熱電站政策支持


1、國家能(neng)源局關(guan)于印(yin)發(fa)(fa)(fa)太(tai)陽能(neng)發(fa)(fa)(fa)電發(fa)(fa)(fa)展“十(shi)二(er)五(wu)”規劃的通知(國能(neng)新能(neng)[2012]194號)——推動光熱(re)進入實質性發(fa)(fa)(fa)展階段;


2、科技部關于印發太陽能發電科技發展“十二五”專項規劃的通知(國科發計〔2012〕198號)——推動光熱技術研究工作;


3、國家能源局關于公布創建新能源示范城市(產業園區)名單(第一批)的通知(能新能〔2014〕14號——推動光熱建筑一體化;


4、國家能源局綜合司關于做好太陽能發展“十三五”規劃編制工作的通知(國能綜新能[2014]991號)——進行了多項關于光熱的課題研究;


5、國(guo)家能源局關于(yu)組織太陽(yang)能熱發電示范項目建設的通(tong)知國(guo)能新能〔2015〕355號——開展(zhan)示范項目的投標工作(zuo);


6、國家能源局關于建設太陽能熱發電示范項目的通知[2016]223號——示范項目共20個,總計裝機容量134.9萬千瓦,分別分布在青海省、甘肅省、河北省、內蒙古自治區、新疆自治區;


7、國家發展改革委出臺《關于太陽能熱發電標桿上網電價政策的通知》發改價格[2016]1881號——1.15元/kWh;


二、資源及選址


(一)資(zi)源(yuan)情況


我(wo)國目前光熱發電(dian)太陽(yang)能資源分布(bu)及(ji)等級分類見圖1及(ji)表1所示


  圖1我國光熱資源分布圖


  表1光熱輻射等級分類


采用衛星數據誤差較大,實際工作中,應在站址位置設實測站進行觀測和數據訂正。優先選擇光資源優良的地區開展前期工作。


(二)資源角度進行場址選(xuan)擇


在我國太陽能熱發電的起步階段,宜選擇太陽能資源條件較好的區域建設示范項目,有利于降低發電成本。我國主要可利用的光熱資源儲量見表2所示:


  表2我國主要可利用光熱資源儲量


我國目前首批20個光熱發電示范項目分布在青海省、甘肅省、河北省、內蒙古自治區、新疆自治區。根據資源圖譜所示,項目區域普遍在1700kWh/m2a以上,最高地區甚至超過了2200kWh/m2a。如果按照100MW項目計算,全廠發電年平均效率相同的情況下,1700kWh/m2a地區與2200kWh/m2a地區年發電量大約相差約50000-75000MWh。


(三)影響發電量的重要指標-DNI


DNI是光熱電站項目經濟可行性研究的重要基礎數據,對于任何一個光熱電站,開發商要對自己和投資方負責,都必須在項目預選地安裝測光站,進行至少一年以上的實際輻照數據搜集。依靠美國NASA的公開數據和我國各地氣象站提供的數據資料并不足以指導光熱電站的項目選址。DNI的計算方法及流程見圖3所示。


  圖2我國具有DNI指數氣象站分布情況


  圖3DNI計算流程


三、光熱電站工程要點


(一)槽式光(guang)熱電站


1、發電原理介紹


利用反射鏡,將太陽的直接輻射能聚集在吸熱器上,加熱吸熱器中的吸熱介質,將光能轉化成熱能;再利用吸熱介質的熱能通過蒸汽發生系統產生過熱蒸汽;利用過熱蒸汽通過汽輪發電機組實現熱能到機械能再到電能的轉換,見圖4所示。


  圖4光熱能量轉換過程圖


2、發電量及全廠發電年平均效率的計算:


太陽能熱發電發電量與太陽能資源數據、集熱場特性數據、儲熱系統數據、發電島有關數據等因素密切相關,通過仿真模擬計算出逐時發電量,從而得到全年發電量,用以評估太陽能熱發電項目的技術經濟性。


根據以上數據,計算全廠發電年平均效率如下:


η=Q/(DNI×A×n)


其中:η全廠總效率(%);


Q年發電量(kwh/a);


DNI年法向直(zhi)接輻(fu)射量(kwh/m2.a);


A單回路集熱器開口面積(m2);


N集熱場回路數量;


3、影響發電量計算主要參數:


  表3影響發電量主要因素表


(二)設(she)備選型


1、槽式拋物面聚光器


(1)集熱系統配置根據當地光照資源條件、場地條件,汽輪機出力、熱儲能時間及各系統效率確定。


(2)槽式聚光器集熱器是由真空集熱管、拋物反射鏡、支架和跟蹤控制裝置構成,實現最大地吸收太陽直接輻射能。


(3)集熱器要具有一定反射面積。


(4)集熱器定向要適合當地太陽運行軌跡。


(5)集熱器是槽式電廠中的最關鍵的核心設備。


  圖5槽式拋物面聚光器


2、真空集熱管


(1)內管涂覆有選擇性吸收涂層后的鋼管用經鍍膜的硼酸玻璃管封裝后抽真空。


(2)通過波紋管吸收二者間的膨脹差。


(3)真空集熱管(HCE)是集熱器的一個關鍵部件。

  圖6真空集熱管集熱示意圖


  
表4集熱管及其參數表


3、反光鏡


(1)由超白玻璃、反射層、緩沖層、保護層等構成。


(2)要具有高精度、高反射率、高耐久性的性能。


(3)銅膜,具有很好的防腐蝕性能。


(4)反射鏡要具有抵抗外力沖擊能力。


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圖(tu)7反射(she)鏡結構圖(tu)


表5.jpg

表5反射鏡技術參數(shu)參考表


4、吸熱傳熱介質(導熱油)


其特性(xing)主要有:工作溫度高;熱穩定性(xing)強;傳熱性(xing)佳(jia);熱傳遞損失小;低(di)蒸汽壓;低(di)凝固(gu)點;材料相容(rong)性(xing)好;經濟性(xing)好。


6.jpg

表6吸熱傳熱介質(導熱油)技術參(can)數參(can)考(kao)表


 5、蒸汽發生裝置


(1)蒸(zheng)汽發生系統主要由(you)預(yu)熱器(qi)、蒸(zheng)汽發生器(qi)、過熱器(qi)和再熱器(qi)組成。


(2)單套系(xi)統(tong)具有管系(xi)簡(jian)單、設備占(zhan)地(di)小、閥門(men)少、運行調節(jie)簡(jian)單等(deng)特點(dian)。


(3)而兩套系(xi)統(tong)具(ju)有低負荷調(diao)節(jie)性能強(qiang)的特點,但(dan)整體占地較大。


表7.jpg

表7蒸汽發生(sheng)裝(zhuang)置(zhi)參數參考表


6、儲熱方式


太陽(yang)能儲熱主要有三(san)種(zhong)形式(shi):A.顯熱儲熱B.潛(qian)熱儲熱C.化(hua)學(xue)反(fan)應儲熱。


儲(chu)熱材(cai)料應(ying)滿(man)足以下(xia)要求:


儲(chu)熱密(mi)度大;穩定性好;無毒、無腐(fu)蝕、不易燃(ran)易爆,且價格低(di)廉;導(dao)熱系數(shu)大,能(neng)量可以及(ji)時地(di)儲(chu)存或取出;不同(tong)狀(zhuang)態間轉化(hua)時,材料體積變化(hua)要小;合(he)適的使用溫(wen)度。


7、汽輪發電機組容量和型式


合理選擇機組容量:


(1)單機(ji)容量的(de)增大,有利(li)于降低工程單位造(zao)價(jia),但(dan)需要(yao)技術成熟度作為支撐,同時,還要(yao)考慮儲熱系統(tong)的(de)容量和機(ji)組的(de)整(zheng)體經濟性。


(2)對于槽式(shi)電站,集(ji)熱(re)場規模增(zeng)大,傳熱(re)介質的流動距(ju)離更長,阻力也將更大,會使廠用電消耗增(zeng)加。


(3)機(ji)組容(rong)量(liang)應綜合技術成熟(shu)度、儲熱系統容(rong)量(liang)和機(ji)組的整(zheng)體經濟性進行多方案(an)比選后確定。


汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)型式(shi)的(de)主要特點有:啟動迅速(su)、頻繁(fan)啟停、高(gao)效可靠,應具(ju)有快速(su)響應進汽(qi)(qi)(qi)參數變化及低負荷(he)連(lian)續(xu)運行(xing)的(de)能力(li)。其型式(shi)有:高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)(ya)或(huo)中(zhong)(zhong)溫(wen)高(gao)壓(ya)(ya)、一次中(zhong)(zhong)間再熱(re)、雙(shuang)缸(gang)、雙(shuang)軸(zhou)、雙(shuang)轉(zhuan)速(su)(高(gao)壓(ya)(ya)缸(gang)轉(zhuan)速(su)6000rpm,低壓(ya)(ya)缸(gang)轉(zhuan)速(su)3000rpm)、凝汽(qi)(qi)(qi)式(shi)汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)。額(e)(e)定功(gong)率背壓(ya)(ya):在缺(que)水(shui)地區,采用空冷(leng)機(ji)組(zu)。為提高(gao)機(ji)組(zu)全(quan)(quan)年(nian)(nian)運行(xing)的(de)經(jing)濟性(xing),建議按照(zhao)額(e)(e)定背壓(ya)(ya)(冷(leng)卻(que)介質(zhi)全(quan)(quan)年(nian)(nian)平均計算溫(wen)度對應的(de)背壓(ya)(ya))作為汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)額(e)(e)定功(gong)率背壓(ya)(ya)。


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圖8槽(cao)式太陽能熱電項目汽輪發電機組(zu)外形圖


與常規火電機組的不同點是:


(1)發電機布置在高壓缸與(yu)低壓缸之間(jian),高壓缸通過變速箱與(yu)發電機連接。高低壓缸可單獨運(yun)(yun)行也可以聯合運(yun)(yun)行;


(2)采(cai)用再熱設計可顯著提高汽輪發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)效率(lv)(lv),最高效率(lv)(lv)可達40%以上(shang);


(3)可長時間低(di)負荷運行(20%負荷),冷態啟動(dong)時間僅需(xu)1~2小時(0%~100%負荷),溫態啟動(dong)時間僅需(xu)20~30分(fen)鐘(0%~100%負荷)。


8、主變壓器選擇


(1)主變(bian)壓(ya)器容量(liang)(liang)應按(an)照發電機(ji)的額定(ding)容量(liang)(liang)扣除本(ben)機(ji)組(zu)的廠(chang)用負荷后,留有10%的裕度。


(2)主變壓器額(e)定電(dian)壓根(gen)據發電(dian)機出口電(dian)壓,以及并網電(dian)壓選擇。


(3)主變主要技術(shu)參數注意事項請見表8(數據為參考值)。


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表(biao)8主變主要技術參數表(biao)


9、導體選型


導體(ti)及設(she)備選擇(ze)遵照《導體(ti)和電器選擇(ze)設(she)計技術規定》DL/T5222-2005,并考慮以下特殊(shu)條(tiao)件(jian)。


(1)項目(mu)所在區域室內外環境(jing)溫度。


(2)當地(di)的污穢(hui)等(deng)級(ji)。


(3)敷設方式。


(4)直埋式要考慮土壤腐蝕度和地(di)下水位。


(5)地(di)震(zhen)裂度(du),地(di)震(zhen)加(jia)速度(du)值(zhi)等。


(6)導體(ti)及電氣(qi)設備(bei)均根據海拔高度(du)選擇,并做(zuo)修(xiu)正。


(三)土建工程


光熱(re)電站選址應(ying)根據國家可再生能源(yuan)中長(chang)期發展(zhan)規(gui)劃(hua)、地區(qu)自然條件、太(tai)陽能資源(yuan)、交通運輸、接入系統、地區(qu)經濟發展(zhan)規(gui)劃(hua)、其它設(she)施等因素全面考(kao)慮,綜合規(gui)劃(hua)。選址過程(cheng)中應(ying)考(kao)慮以(yi)下(xia)因素:①不宜占用耕地。②光照時間長(chang),提高(gao)發電量。③地勢高(gao)差小(xiao),減(jian)少土石方工(gong)程(cheng)量(場地平整度要求嚴(yan)格)。④應(ying)避開嚴(yan)重污染區(qu)、地質災害易發區(qu)、氣(qi)候災害嚴(yan)重區(qu)、影(ying)響(xiang)人(ren)類居住或受人(ren)類活動(dong)影(ying)響(xiang)區(qu)。⑤水資源(yuan)相對豐富(100MW-17.6萬噸(dun))。


總平面布置原則:


1、滿足各(ge)場(chang)地和設(she)施功(gong)能要求,為生產過程創造有(you)利(li)條(tiao)件。


2、符(fu)合當(dang)地(di)規劃要求。


3、充分(fen)利用(yong)占地,緊湊布置總平面。節省投資,加快(kuai)本期建(jian)設的進(jin)度。


4、盡(jin)量縮短運(yun)輸距離和(he)管線長度(du)。


5、利用風向減少相互干擾,改善環境。


6、滿足各(ge)種防護距(ju)離(li)的要求。


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表9太陽能熱(re)發(fa)電站選址(zhi)一(yi)般性(xing)條件


建筑物(wu)主(zhu)要類型有(you)汽機(ji)房(fang)、化學水處(chu)(chu)理站、換熱站、綜合水泵(beng)房(fang)、補給水泵(beng)房(fang)、生(sheng)活污水處(chu)(chu)理站、辦公(gong)樓、HTF泵(beng)房(fang)、啟動與(yu)防凝鍋爐房(fang)、空冷配電間、原水預處(chu)(chu)理。


建筑(zhu)(zhu)物布置原則:廠(chang)區(qu)內建筑(zhu)(zhu)物的(de)布置在結(jie)(jie)合廠(chang)區(qu)的(de)總體規劃、滿足生產(chan)工(gong)藝要求(qiu)及方便管理的(de)前提下,盡(jin)可能創造較好(hao)的(de)工(gong)作環(huan)境。除辦公樓用(yong)于人員(yuan)生活外,其(qi)他建筑(zhu)(zhu)均用(yong)于生產(chan),故最好(hao)都采用(yong)單層結(jie)(jie)構。建筑(zhu)(zhu)材(cai)(cai)料盡(jin)量就地取材(cai)(cai),節約成本。


在查明場區地(di)質條件的情況下,需對場區內構筑物(wu)進(jin)行結(jie)構設計(ji)。主要包(bao)括:


1、集熱區:槽式集熱陣列(lie)基(ji)礎及(ji)結(jie)構設計。


2、儲熱(re)區:事故油坑、HTF溢流罐(guan)、HTF膨脹(zhang)箱、HTF泵房、熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)罐(guan)、導(dao)熱(re)油熔(rong)鹽(yan)換(huan)熱(re)器和(he)熔(rong)鹽(yan)熔(rong)化爐(熔(rong)鹽(yan)初始(shi)融化系統(tong))等基礎及結(jie)構設計。


3、發電區:空(kong)冷(leng)平(ping)臺(tai)、換熱站、架構(gou)和設備支架等。


(四)安裝工程


1、場地平整:對(dui)場區平整度要求(qiu)較(jiao)高,土方量(liang)較(jiao)大,應結合地形,合理布(bu)局,在滿足(zu)要求(qiu)的前提下做到(dao)減(jian)少土方工(gong)程量(liang),降(jiang)低造價。


2、防(fang)洪防(fang)澇(lao):場區(qu)占(zhan)地面(mian)積較大,大雨天容易積水形成沖(chong)涮和(he)洪澇(lao),應做好排水措施。


3、施工(gong)(gong)難(nan)度:高海(hai)拔,溫度低,要考慮(lv)工(gong)(gong)程防凍及冬季施工(gong)(gong)要求。


4、水(shui)(shui)資源(yuan):高海拔地區,水(shui)(shui)資源(yuan)不(bu)足,需要提(ti)前(qian)做好(hao)相關準備,若(ruo)條件(jian)允許,盡量(liang)使用(yong)地表水(shui)(shui)資源(yuan)及處(chu)理后(hou)的污(wu)水(shui)(shui)。


5、占(zhan)地面(mian)積:占(zhan)地面(mian)積與(yu)太陽直(zhi)接輻(fu)射(she)強度、機組容量、聚(ju)光集熱(re)方式(shi)和儲熱(re)系統容量等均有(you)關系,故申(shen)請(qing)用地面(mian)積前,一定要根據收(shou)集到的基礎(chu)數據進行計算分析確定。


6、安裝:安裝精(jing)度(du)會影(ying)響聚光鏡(jing)跟(gen)蹤(zong)的命中率和精(jing)準度(du),從而影(ying)響發電量,需(xu)要嚴格控(kong)制。


占地面積包括:


a、集熱場安(an)裝施工區(qu)(安(an)裝車(che)間和倉庫)


b、換熱安裝施工區


c、汽機機力塔安裝施(shi)工區(汽機施(shi)工區和(he)機力塔施(shi)工區)


d、其它(ta)安裝(zhuang)區(電氣施工區、設備堆放區、修配鉚焊(han)區、機械站區)


e、土(tu)建施工區(qu)(鋼筋加工、混凝(ning)土(tu)攪拌站、木工模板區(qu))


f、輔助(zhu)生產及(ji)(ji)施(shi)(shi)工管(guan)理(li)區(qu)(施(shi)(shi)工管(guan)理(li)區(qu)和倉庫)、宿舍及(ji)(ji)其它生活設施(shi)(shi)占地等。


g、100MW工程(cheng)占地面積約4.50hm2,其中施工區用地3.7hm2,施工生活區占地0.8hm2


四、光熱電站經濟性分析


(一)投資


1、測算基本條件


以槽式光熱項目為例,其各類投資投產比例見圖9所示


20170516095597509750.jpg

圖9槽式光熱項目靜(jing)態投資投產比(bi)例圖


2017051609550208208.jpg

表10主(zhu)輔生(sheng)產工程投資構成與(yu)占(zhan)比(bi)分析(槽式)


(二)經濟性分析


1、基本收益情況


(1)測算條件


槽式100MW光(guang)熱(re)項(xiang)(xiang)目,儲能7小時,運行(xing)25年(nian),建設期2年(nian),投資(zi)(zi)按前述(shu)測算投資(zi)(zi)。電(dian)(dian)價按1.15元/kW(示范項(xiang)(xiang)目電(dian)(dian)價),年(nian)發電(dian)(dian)量暫(zan)按3000h;


年耗(hao)水量15×104t,水價3元(yuan)(yuan)/t,發電(dian)(dian)(dian)場用(yong)電(dian)(dian)(dian)率(lv)10%,發電(dian)(dian)(dian)標準氣(qi)耗(hao)0.015Nm3/kWh,氣(qi)價2元(yuan)(yuan)/Nm3,外購電(dian)(dian)(dian)量2700MWh,工業電(dian)(dian)(dian)價0.75元(yuan)(yuan)/kWh;材料費8元(yuan)(yuan)/MWh;其(qi)他費用(yong)12元(yuan)(yuan)/MWh;


資(zi)本金20%,80%的銀行貸(dai)款,長期(qi)貸(dai)款利率4.90%;


(2)收益情況


11.jpg

表11測(ce)算投資收(shou)益匯總表


(3)敏感性分析


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表12測算(suan)敏感性分析表


圖10.jpg

圖10敏感(gan)性(xing)圖


從圖10中(zhong)可以看出,收(shou)益對電價最為敏感,其次(ci)是(shi)(shi)投資(zi),再次(ci)是(shi)(shi)利率。


2、投資變化的影響


表13.jpg

表(biao)13主要成本構成表(biao)


各設備隨(sui)著降價幅(fu)度的(de)不(bu)(bu)同(tong),都收益的(de)影(ying)響也不(bu)(bu)同(tong),但隨(sui)著技(ji)術進(jin)步(bu)和(he)創新,設備價格的(de)持續下降,在現有電價條件下,光熱電站是可以實現8-10%的(de)收益率。


表14.jpg

表14主要設備成本變化(hua)(hua)對應(ying)收益及相當(dang)的電價變化(hua)(hua)表


3、發電量變化的影響


發(fa)電量增長和降(jiang)低的變(bian)化(hua)趨(qu)勢有所不(bu)同,下(xia)降(jiang)時都收(shou)益影響(xiang)會大一些。發(fa)電量每(mei)變(bian)化(hua)100h,資(zi)本(ben)金內(nei)部(bu)收(shou)益率約調(diao)整1.2%,相(xiang)當于(yu)電價調(diao)整0.042元(yuan)/kWh。詳見表(biao)13


表15.jpg

表(biao)(biao)15發(fa)電(dian)量變化對收益和相當(dang)的電(dian)價變化表(biao)(biao)


4、預期電價的調整趨勢


在(zai)2020年電價降(jiang)到0.75元(yuan)/kWh,下降(jiang)幅(fu)度(du)為34.78%;


成本下降(jiang)到15000元/kW左右,下降(jiang)幅度約為40%。


圖11.jpg

圖11數據(ju)來源于《中(zhong)國太(tai)陽能發展路線(xian)圖》


2020年電價(jia)0.75元(yuan)/kWh,仍以發電量(liang)3000h,廠用電率10%,2700h進行測(ce)算(suan),以資(zi)本金稅(shui)后IRR8%對投(tou)資(zi)進行測(ce)算(suan):


投(tou)資(zi)下(xia)降37%,財務(wu)內部收(shou)益率可達(da)到(dao)8%,下(xia)降41%資(zi)本金(jin)稅(shui)后(hou)IRR可達(da)到(dao)10%。具體見表所(suo)示


表16.jpg

表16電價(jia)變化后的(de)收益變化分析


我(wo)國(guo)常規能源(yuan)儲采比遠低于世(shi)界平均(jun)水平,目前已成為(wei)世(shi)界第一大(da)(da)能源(yuan)消費國(guo)、原(yuan)煤(mei)進(jin)口國(guo)、電力裝機國(guo),原(yuan)油和天然氣對外依存度高達60%和30%,中(zhong)國(guo)大(da)(da)范圍持(chi)續霧(wu)霾等大(da)(da)氣污染已成為(wei)“心肺大(da)(da)患”。


光熱(re)(re)的發(fa)展(zhan)未來并非一條陽光坦途,從技(ji)術(shu)研發(fa)、方案設(she)計、設(she)備(bei)制(zhi)造(zao)、到(dao)系統(tong)集成、運營(ying)維(wei)護,需要整(zheng)個行業,全產業鏈齊心協力共同(tong)努(nu)力,十(shi)三五是光熱(re)(re)發(fa)展(zhan)的關(guan)鍵時期!

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