中國首座太陽能光熱示范電站：追光逐日德令哈

摘要：塔式太陽能光熱發(fā)電主要設備包括定日鏡、吸熱器和儲熱系統(tǒng)等。2016年8月20日，該電站熔鹽儲能系統(tǒng)成功并網(wǎng)發(fā)電，建成了國內(nèi)第一座投運的塔式熔鹽儲能光熱電站。熱發(fā)電作為現(xiàn)代清潔能源的生產(chǎn)方式之一，備受青睞，發(fā)展空間廣闊，特別是可以與光伏、風電及傳統(tǒng)電力能源相結(jié)合，發(fā)揮其在電網(wǎng)調(diào)峰方面得天獨厚的優(yōu)勢。

清晨醒來拉開窗簾，燦爛的朝霞映入眼簾。遠處，被積雪覆蓋的群峰在霞光的輝映下顯得更加雄壯、挺拔。近處，寬闊的巴音河沐浴在晨光中靜靜地流淌著。

這里是青海海西蒙古族藏族自治州州府所在地德令哈市。晚秋時節(jié)，本報記者趕到這座位于柴達木盆地東北邊緣、祁連山腳下的“光熱之都”，探訪中國首個大型太陽能光熱示范電站。

勾勒金色之城天際線新高度

上午10時，我們乘車出發(fā)，趕往位于距離德令哈城區(qū)約7公里的太陽能光熱產(chǎn)業(yè)園區(qū)。車沿著巴音河濱河路向南前行約1公里，右轉(zhuǎn)進入寬闊的城市主干道，正行駛間，我不經(jīng)意地抬頭透過右側(cè)的車窗望去，只見不遠處3座高塔矗立在碧藍的天宇下，每個塔頂上端都發(fā)出耀眼的光芒，仿佛升起在德令哈西部上空的3個小太陽。雖然隔著車窗，但是那光芒仍然燦爛奪目。我知道那就是此行將要探訪的中國首個大型太陽能光熱示范電站。

“這條是通往太陽能光熱產(chǎn)業(yè)園區(qū)的主干道，被稱為‘金光大道’。”同行的德令哈市發(fā)改委的一位同志介紹說，該路的名字寓意一方面來自城市的名字，另一方面來自當?shù)靥柲墚a(chǎn)業(yè)的發(fā)展愿景。他解釋說，德令哈是蒙古語，意思是“金色的世界”，而太陽能產(chǎn)業(yè)被確定為德令哈市主導產(chǎn)業(yè)之一，將為本地經(jīng)濟社會實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展增添強大動力，開辟出通向繁榮富裕的“金光大道”。

這3座高塔已經(jīng)成為德令哈太陽能產(chǎn)業(yè)，特別是太陽能光熱產(chǎn)業(yè)的標志性符號，它們不僅拉高了城市的天際線，成為新的地標性建筑，與其背后巍峨挺拔的雪山群峰一起構(gòu)建起新的城市景觀，而且以太陽能光熱領域的多項“中國第一”打造了德令哈太陽能光熱產(chǎn)業(yè)的靚麗名片。這里早已不再是詩人海子在上世紀80年代《日記》里寫下的那座“雨水中一座荒涼的城”，而是擁有包括太陽能光熱產(chǎn)業(yè)、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、風電產(chǎn)業(yè)等在內(nèi)的現(xiàn)代新能源產(chǎn)業(yè)基地的“中國太陽城”。

發(fā)揮得天獨厚調(diào)峰優(yōu)勢

塔式太陽能光熱發(fā)電的原理并不復雜，就是通過多臺跟蹤太陽運動的定日鏡，將太陽輻射反射到置于高塔上的吸熱器，加熱傳導介質(zhì)，進而產(chǎn)生蒸汽利用汽輪機發(fā)電機組產(chǎn)生電力。與太陽能光伏發(fā)電相比，太陽能光熱避免了硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，節(jié)省了能源消耗，降低了發(fā)電成本，而且真正做到零排放。

塔式太陽能光熱發(fā)電主要設備包括定日鏡、吸熱器和儲熱系統(tǒng)等。在此領域，美國、西班牙等國從上世紀50年代就開始探索，逐步開發(fā)了一整套成熟的技術(shù)，建設了多座電站并投入商業(yè)運行。進入本世紀以來，中國企業(yè)界對太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的關(guān)注度和研發(fā)力度空前提高，并積極在光照資源地區(qū)落地項目。位于柴達木盆地的青海德令哈光照資源異常豐富，年均日照時數(shù)達3500小時以上，年均太陽輻射量達7000兆焦/平方米，是全國第二高值區(qū)，這也是中國首座太陽能光熱示范電站落戶于此的主要原因之一。

光熱發(fā)電作為現(xiàn)代清潔能源的生產(chǎn)方式之一，備受青睞，發(fā)展空間廣闊，特別是可以與光伏、風電及傳統(tǒng)電力能源相結(jié)合，發(fā)揮其在電網(wǎng)調(diào)峰方面得天獨厚的優(yōu)勢。由于用電負荷不均勻，有高峰和低谷，而光熱發(fā)電最大的優(yōu)勢在于可以把熱能低成本儲存起來且損耗很低。同時，光熱發(fā)電機組的負荷調(diào)節(jié)范圍寬、啟動快，在需要的時候，其能量可以快速高效釋放轉(zhuǎn)化，非常靈活地調(diào)節(jié)電力供應，起到“削峰填谷”的作用。展望未來，光熱發(fā)電有望作為一種新的更加靈活的調(diào)峰電源，在中國的能源供應體系中發(fā)揮應有的價值，而塔式太陽能光熱發(fā)電在其中無疑將扮演重要角色。

打造戈壁灘綠色能源中心

沿著“金光大道”行駛約10分鐘，我們抵達光熱示范電站。接待我們采訪的是青海中控太陽能發(fā)電發(fā)展有限公司總工程師樊玉華。他是80后，中等身材，顯得勻稱、干練。作為示范電站運營管理的負責人之一，他常年工作在這里，由于長期處于當?shù)睾０谓?000米的環(huán)境中，他臉頰上透著些許高原紅。

在樊玉華引導下，我們來到示范電站項目現(xiàn)場。3座塔一字排開，高高聳立?；蛟S由于距離更近，更覺高大壯觀，塔頂也更顯得燦爛奪目。身旁則是鏡子“叢林”，一面面長方形的反射鏡被整整齊齊安放在長方體的水泥基座上。我走近一面反射鏡，只見寬大的鏡面倒映著碧藍的天空和飄過的幾朵白云。仔細端詳觸摸，我發(fā)現(xiàn)這里的反射鏡比常見的要更厚一些，但手感并沒有什么特別之處。

“這是吸熱塔。兩座相對矮的塔是示范站一期工程建設的，對應的裝機容量為各10兆瓦，其主體是鋼結(jié)構(gòu)，高度約90米;另一座是示范站二期工程建設的，對應的裝機容量為50兆瓦，其主體是混凝土結(jié)構(gòu)，高度超過200米。這些鏡子學名叫定日鏡，用于把太陽光反射聚焦到塔頂吸熱器上，加熱其中的介質(zhì)。它們圍繞吸熱塔安放。其中，圍繞兩座矮塔呈長方形分別安放定日鏡約1.4萬面和7300面，圍繞高塔呈圓形安放約2.7萬面。”樊玉華一一介紹道。

8年前，這里還是一片戈壁灘，經(jīng)過兩年建設，一期工程建成并實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，各項技術(shù)指標參數(shù)均達到設計要求，標志著中國擁有了第一座大規(guī)模商業(yè)化應用的太陽能光熱發(fā)電站。2016年8月20日，該電站熔鹽儲能系統(tǒng)成功并網(wǎng)發(fā)電，建成了國內(nèi)第一座投運的塔式熔鹽儲能光熱電站。同年10月25日，二期工程開工。2018年底，工程完工，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，年發(fā)電量可達1.46億度。

推動進入光熱能源時代

“國內(nèi)第一座”既意味著是國內(nèi)此行業(yè)開創(chuàng)者，也意味著沒有現(xiàn)成的國內(nèi)經(jīng)驗可以借鑒，而真正的核心技術(shù)也不可能從國外買來，必須立足國情，克服項目中遇到的各種困難，逐步摸索，積累經(jīng)驗。樊玉華告訴記者，經(jīng)過這些年的努力，特別是通過兩期項目磨礪，德令哈光熱示范站實現(xiàn)了關(guān)鍵裝備的國產(chǎn)化設計和制造。據(jù)統(tǒng)計，該示范站裝備國產(chǎn)化率超過九成，形成了一大批技術(shù)專利，核心數(shù)據(jù)指標如聚光精度和光熱轉(zhuǎn)化效率等達到國際一流水平。

高聚光精度得益于定日鏡反射、聚焦陽光的控制技術(shù)。如何讓數(shù)萬面定日鏡時刻自動追蹤太陽照射角的變化，把陽光均勻地反射到塔頂吸熱器上無疑是行業(yè)公認的難題，也是建設塔式太陽能光熱電站的核心技術(shù)之一。樊玉華說，中控太陽能公司研發(fā)了一套聚光系統(tǒng)，由高精度智能定日鏡與大規(guī)模鏡場集群控制系統(tǒng)組成。“它們每隔三五秒會微微動一次，肉眼根本看不出來，不過能聽到。”樊玉華指著近旁的定日鏡說：“聽，這就是它們轉(zhuǎn)動的聲音，此起彼伏，好像低吟。”記者這時恍然大悟，原來這就是定日鏡轉(zhuǎn)動發(fā)出的聲音，一直以為是鏡場的風聲呢。

在電站運行維護中鏡場清洗系統(tǒng)和云監(jiān)測系統(tǒng)功不可沒。樊玉華介紹說，由于風沙等原因，及時清洗定日鏡至關(guān)重要，為此他們開發(fā)了一套自動化清洗系統(tǒng)，可執(zhí)行人工駕駛/無人駕駛、水洗/干洗等不同清洗方案。德令哈雖然光照資源十分豐富，但是多云天氣比例高，天氣變化快，很容易造成對吸熱器冷熱沖擊，影響其壽命，必須提前進行干預，而現(xiàn)有天氣預報精度難以滿足要求。針對這種情況，中控太陽能公司研發(fā)了云監(jiān)測系統(tǒng)，可通過跟蹤云的運動軌跡，對其運動方向及其對系統(tǒng)運行的影響做出精確預測，制定相應的運行策略，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高光資源的利用率。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，塔式太陽能光熱電站裝備的國產(chǎn)化率將進一步提升。樊玉華告訴記者，示范電站的某些關(guān)鍵裝備比如吸熱器和熔鹽泵還是進口的，但是已經(jīng)有國內(nèi)廠家可以生產(chǎn)制造了，并且產(chǎn)品性能非常穩(wěn)定可靠，完全可以實現(xiàn)進口替代。這將推動中國加速邁向大規(guī)模利用光熱能源的時代。