熔鹽菲涅爾 匯聚太陽(yáng)之光

蘭州大成敦煌50兆瓦熔鹽線性菲涅爾式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目 西北院/供圖

　　日前，蘭州大成敦煌50兆瓦熔鹽線性菲涅爾式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“敦煌菲涅爾式光熱項(xiàng)目”）有序?qū)崿F(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，開(kāi)始進(jìn)行主要尾工及消缺工作，向著今年6月三島性能測(cè)試及效率提升的目標(biāo)沖刺。該項(xiàng)目是世界首個(gè)熔鹽線性菲涅爾式太陽(yáng)能光熱發(fā)電商用項(xiàng)目，由中國(guó)能建西北院勘察設(shè)計(jì)。

　　新技術(shù)有新優(yōu)勢(shì)

　　敦煌菲涅爾式光熱項(xiàng)目是我國(guó)首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目之一，2018年9月開(kāi)工，采用我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的線性菲涅爾式聚光集熱技術(shù)，以熔鹽為集熱、儲(chǔ)熱、換熱介質(zhì)，配置15小時(shí)儲(chǔ)熱，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候發(fā)電，年利用小時(shí)數(shù)達(dá)4283小時(shí)，年發(fā)電量約2.14億千瓦時(shí)。

　　“根據(jù)聚光方式不同，目前商用光熱發(fā)電技術(shù)分為槽式、塔式、碟式和線性菲涅爾式。”西北院項(xiàng)目設(shè)計(jì)總工程師黎建鋒說(shuō)，“現(xiàn)在世界已建成的光熱發(fā)電項(xiàng)目以槽式、塔式為主，兩者技術(shù)相對(duì)成熟，但建設(shè)成本居高難下。線性菲涅爾式技術(shù)較新，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)、運(yùn)行成本低，優(yōu)勢(shì)明顯。”

　　因?yàn)椴捎镁€性菲涅爾式技術(shù)，該項(xiàng)目的集熱管位置固定，避免了高溫高壓熔鹽管路的密封和連接問(wèn)題，集熱場(chǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。“值得一提的是，線性菲涅爾式技術(shù)的集熱器結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，所需構(gòu)件形式不多，項(xiàng)目相關(guān)設(shè)備容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，適合本土化批量生產(chǎn)，既降低了成本，又可帶動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”黎建鋒強(qiáng)調(diào)。

　　該項(xiàng)目的一次反射鏡采用平面反射鏡，生產(chǎn)工藝成熟、成本較低，安裝距離地面僅1米高，可保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也會(huì)大大降低風(fēng)阻，減少設(shè)備被破壞的機(jī)率，更能進(jìn)行大面積、高效率的自動(dòng)化清洗，耗水少，維護(hù)成本低。同時(shí)，因?yàn)橹谓Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)光場(chǎng)系統(tǒng)建設(shè)所需的鋼材和混凝土消耗量也大大下降。

　　此外，由于一次反射鏡距離地面較低，遮擋較少，采用緊湊型布置方式，安裝密度更大，這也使該項(xiàng)目擁有了極高的單位土地發(fā)電效率。

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)克難關(guān)

　　儲(chǔ)熱系統(tǒng)是太陽(yáng)能熱發(fā)電的核心。目前，世界已建成的線性菲涅爾式光熱發(fā)電項(xiàng)目都采用水或?qū)嵊蜑楣べ|(zhì)，很難實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱，成為制約該技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸。

　　儲(chǔ)熱系統(tǒng)的關(guān)鍵是儲(chǔ)熱材料。熔鹽即無(wú)機(jī)鹽的熔融體，是一種熱密度大、成本低、壽命長(zhǎng)、易調(diào)節(jié)、傳熱儲(chǔ)熱性能好的儲(chǔ)熱介質(zhì)。如今，在世界所有配備儲(chǔ)熱設(shè)施的電力系統(tǒng)中，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)占比75%，并且主要用于光熱發(fā)電項(xiàng)目.在我國(guó)首批20個(gè)光熱發(fā)電示范項(xiàng)目中，更有18個(gè)采用熔鹽儲(chǔ)熱。“線性菲涅爾式技術(shù)想要簡(jiǎn)化系統(tǒng)、獲得更高的熱電效率和發(fā)電效率，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，增加項(xiàng)目的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，降低平準(zhǔn)化電力成本，與熔鹽‘結(jié)合’是極佳的選擇。”黎建鋒說(shuō)。

　　敦煌菲涅爾式光熱項(xiàng)目以二元熔鹽為工質(zhì)，熔點(diǎn)約220攝氏度，運(yùn)行溫度在290—550攝氏度。但是，高溫熔鹽易凝固、腐蝕性強(qiáng)，一旦在集熱管內(nèi)凝結(jié)，將很難在較短時(shí)間內(nèi)熔化。因此，如何防止高溫熔鹽在集熱管內(nèi)凝結(jié)，成為世界性難題。

　　西北院集中攻關(guān)，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度降低了長(zhǎng)距離熔鹽管道熱損失，對(duì)多云天氣、夜間和寒冷季節(jié)防凝模式的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了多工況數(shù)值模擬、比選，以安全運(yùn)行為前提，以追求發(fā)電量最大化為目標(biāo)，形成了一套較為完整的防凝運(yùn)行模式體系。由此，中國(guó)也成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的國(guó)家之一。

　　破浪前行勢(shì)如虹

　　早在2007年，西北院便開(kāi)始了光熱發(fā)電項(xiàng)目的研發(fā)設(shè)計(jì)，是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展研究的設(shè)計(jì)單位之一。多年來(lái)，該院完成多項(xiàng)科研課題，獲得國(guó)家專利20余項(xiàng)，參加或承接多個(gè)國(guó)家級(jí)、地方級(jí)光熱產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、前期咨詢工程，成為目前國(guó)內(nèi)唯一擁有光熱發(fā)電科研示范項(xiàng)目、商業(yè)運(yùn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)單位，具備光熱發(fā)電項(xiàng)目投融資建設(shè)運(yùn)營(yíng)一體化全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)的實(shí)力。

　　2014年，西北院承擔(dān)了蘭州大成敦煌光熱發(fā)電項(xiàng)目一期10兆瓦工程的勘察設(shè)計(jì)工作，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)線性菲涅爾式技術(shù)商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目。2015年，在國(guó)家光熱示范項(xiàng)目申報(bào)、50兆瓦光熱示范項(xiàng)目可行性研究、初步設(shè)計(jì)階段，西北院與蘭州大成公司再續(xù)前緣，在聚光集熱系統(tǒng)參數(shù)定型、儲(chǔ)換熱時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化及熔鹽線性菲涅爾式技術(shù)發(fā)電量計(jì)算等關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了攻關(guān)研究，于2019年形成了完整的熔鹽線性菲涅爾式聚光集熱系統(tǒng)技術(shù)體系，并成功用于項(xiàng)目實(shí)踐。

　　在該項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)期間，面對(duì)國(guó)內(nèi)光熱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及線性菲涅爾式光熱發(fā)電項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)空白、項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度快、設(shè)計(jì)周期緊的情況，西北院投入骨干力量，克服諸多不利因素，為國(guó)內(nèi)線性菲涅爾式光熱發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行等積累了先導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

　　“截至2019年底，全國(guó)共有7座光熱發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電，西北院參與設(shè)計(jì)或總承包建設(shè)了其中5座，技術(shù)路線全覆蓋塔式、槽式及線性菲涅爾式。”黎建鋒自豪地說(shuō)，雖然我國(guó)光熱發(fā)電研究起步較晚，但部分技術(shù)已走在世界前列。（■本報(bào)記者 慕悅 特約通訊員 賈聰聰）