對我國開發(fā)太陽能光熱電站的幾點思考

李洪川

(黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海西寧 810003)

對我國開發(fā)太陽能光熱電站的幾點思考

李洪川

(黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海西寧 810003)

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是利用太陽的法向直接輻射，采用聚光技術(shù)將太陽光的熱量聚焦以加熱傳熱介質(zhì)，傳熱介質(zhì)將水加熱為高溫、高壓蒸汽，再推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，同時可以配置儲熱系統(tǒng)，可實現(xiàn)在沒有太陽光照的情況下連續(xù)發(fā)電。結(jié)合我國實際，從電網(wǎng)接入適應(yīng)性、光熱資源、植被改善、清潔環(huán)保幾方面分析了光熱發(fā)電的優(yōu)勢。并針對目前主流的塔式和槽式光熱發(fā)電技術(shù)，從我國地理環(huán)境、光資源、機(jī)組冷卻方式等方面分析了存在的風(fēng)險和困難，對我國光熱發(fā)電的開發(fā)建設(shè)提出了部分建議。

中國;光熱發(fā)電;開發(fā);建議

1 光熱發(fā)電簡介

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的原理是利用太陽的法向直接輻射DNI(Direct Normal Irradiation)，采用聚光技術(shù)將太陽光聚焦在接收器上，加熱接收器中的傳熱介質(zhì)，通過高溫的傳熱介質(zhì)在蒸發(fā)器和過熱器中使水轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?、高壓蒸汽，再推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。由于太陽能光熱發(fā)電可配置儲能系統(tǒng)，在沒有太陽光照的情況下，仍然可以發(fā)電。當(dāng)太陽輻射存在時，汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電的同時，機(jī)組配置的儲熱系統(tǒng)進(jìn)行儲熱;當(dāng)太陽輻射缺失時，汽輪發(fā)電機(jī)組利用儲熱系統(tǒng)的放熱帶負(fù)荷發(fā)電，儲能系統(tǒng)的容量足夠的話，完全可以實現(xiàn)24h連續(xù)發(fā)電，這也是光熱發(fā)電的最重要價值。

光熱發(fā)電目前有四種技術(shù)路線:槽式，塔式，菲涅爾式，碟式。目前技術(shù)相對成熟并開始商業(yè)化推廣的主要是槽式和塔式;線性菲涅爾式和碟式斯特林式由于技術(shù)成熟度的原因，目前還較少商業(yè)化的開發(fā)。截至2015年底，全球光熱發(fā)電裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到4.94GW，其中槽式占比約為80%，塔式約為13%，其余為菲涅爾式和碟式。

2 光熱發(fā)電的優(yōu)勢和有利條件

2.1 光熱發(fā)電可穩(wěn)定發(fā)電并滿足調(diào)度要求

光熱發(fā)電機(jī)組通過配置儲熱系統(tǒng)并增大集熱系統(tǒng)的容量，可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。另外，光熱發(fā)電站的電網(wǎng)調(diào)度特性與傳統(tǒng)火電廠基本相同，無擾動沖擊和容量限制，可快速的調(diào)節(jié)汽輪發(fā)電機(jī)組的出力，參與電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻;電網(wǎng)接入簡單可靠，可以替代燃煤機(jī)組調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)中風(fēng)電場造成的發(fā)電出力與用電負(fù)荷的不平衡，實現(xiàn)太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定外送;同時，光熱發(fā)電站穩(wěn)定的電力輸出和良好的調(diào)節(jié)性能，可使輸電線路保持較高的輸電功率，提高全年的輸電量，降低單位電量的輸電成本。而且，由于太陽能熱發(fā)電機(jī)組的出力穩(wěn)定可靠，受端電網(wǎng)無需配置大容量的備用電源［2-3］。

2.2 光熱發(fā)電發(fā)展?jié)摿薮?/p>

我國西北部地區(qū)，有著豐富的太陽能直接輻射資源，絕大部分土地為戈壁、荒漠，具備建設(shè)大型太陽能熱發(fā)電基地的自然條件，適于集中大規(guī)模建設(shè)太陽能發(fā)電基地。

2.3 發(fā)展光熱發(fā)電可改善氣候，改良土地

光熱發(fā)電由于占地面積大，鏡場可以大幅度減少地面土壤所接收到的輻照量，大幅緩解地面風(fēng)速，顯著降低地表水分蒸發(fā)量，有助于改良土壤，從根本上治理改善沙漠化、鹽堿化土地，可以形成發(fā)電、種植、畜牧三業(yè)并舉的有利格局，拉動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.4 技術(shù)路線相對成熟、環(huán)境友好

光熱發(fā)電工藝流程及控制模式技術(shù)相對成熟，對此項技術(shù)的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、運行、維護(hù)都有一定的經(jīng)驗積累。系統(tǒng)運行后基本不存在排放，不存在泄漏、輻射、毒害問題，可視為零污染、零碳排放的發(fā)電技術(shù)。

3 我國開發(fā)光熱發(fā)電應(yīng)注意的問題

我國適合建設(shè)光熱電站的地區(qū)主要集中在西北地區(qū)，由于我國自主光熱發(fā)電技術(shù)尚不成熟，所以目前基本都是引進(jìn)國外工藝路線，而我國西北地區(qū)嚴(yán)苛的自然環(huán)境與國外光熱電站所處的地區(qū)環(huán)境差別較大?？紤]到光熱發(fā)電的技術(shù)特性，投產(chǎn)是否能夠達(dá)到預(yù)期運行指標(biāo)與建設(shè)地點的地理環(huán)境、電網(wǎng)送出條件關(guān)聯(lián)很大。下面主要針對塔式光熱電站和槽式光熱電站建設(shè)談一下國內(nèi)外的差別。

(1)冬季氣溫差別大。目前運行相對成熟穩(wěn)定的光熱電站基本都在美國和西班牙以及南非的部分地區(qū)，這些地區(qū)的共性是冬季氣溫相對較高，對寒冷地區(qū)光熱電站的運行并沒有太多經(jīng)驗。因此，引進(jìn)國外工藝技術(shù)時必須結(jié)合我國實際考慮好冬季防凍的解決方案。

(2)DNI指標(biāo)不同。國外建設(shè)光熱發(fā)電站的地區(qū)DNI值較高，有利于光熱電站的運行，而我國適合發(fā)展光熱電站建設(shè)的地區(qū)DNI值較低。

(3)防風(fēng)沙磨損問題。我國西部適合光熱電站建設(shè)的地區(qū)基本都屬于荒灘戈壁，其風(fēng)沙對定日鏡或反射鏡磨損較大。同時，空氣中含沙量較大會對塔式電站的吸熱器管束表面吸熱涂層產(chǎn)生磨損，降低吸熱效率，縮短涂層的壽命周期。

(4)汽機(jī)冷卻方式不同。國外光熱電站的汽機(jī)冷卻一般采用水冷或空冷加水冷方式，汽機(jī)運行效率較高。而我國光熱電站的建設(shè)地區(qū)基本都是缺水地區(qū)，按照國家政策，必須采用空冷方式，高溫的環(huán)境下，汽機(jī)效率較低。

(5)熔鹽質(zhì)量問題。由于光熱電站帶儲熱才具有開發(fā)價值，而目前通用的儲熱材料都是硝酸鈉和硝酸鉀組成的二元熔鹽。熔鹽所含雜質(zhì)會對管道和設(shè)備造成腐蝕，熔鹽的純度指標(biāo)很重要。

(6)帶儲熱塔式電站的運行配合問題。目前國外已投產(chǎn)的塔式水工質(zhì)光熱電站均不帶儲熱功能，而在我國建設(shè)光熱電站則必須帶儲熱功能才具有投資價值。那么對于水工質(zhì)帶儲熱的電站來說，在云遮條件下儲熱系統(tǒng)和吸熱器蒸發(fā)系統(tǒng)如何能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接的運行操作配合是一個必須認(rèn)真研究的問題。對于熔鹽工質(zhì)塔式光熱電站則不存在此種問題，但大型塔式熔鹽電站的鏡場運行控制穩(wěn)定性仍是需要關(guān)注的重點。

4 結(jié)語

太陽能光熱發(fā)電作為一種低碳環(huán)保的清潔能源，具有可儲能，機(jī)組啟停時間短，負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快的特點，對電網(wǎng)更為友好，易被電網(wǎng)接納。但因該項技術(shù)目前在我國還處于起步階段，其還具有自身系統(tǒng)復(fù)雜、占地大、廠址外部資源關(guān)聯(lián)度高、施工周期長等特點，因此在我國開發(fā)建設(shè)光熱電站，除了要考慮前述問題外，還應(yīng)做好系統(tǒng)集成，汽輪發(fā)電機(jī)組功率和儲熱容量的設(shè)計優(yōu)化等工作。同時必須及早開展擬選廠址的光資源DNI檢測，分析項目開發(fā)地的外界條件，充分做好前期工作，避免盲目開發(fā)。

［1］黃素逸，黃樹紅.太陽能熱發(fā)電原理及技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2012.

［2］孫銳.太陽能熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的作用［C］.2014中國光熱發(fā)電投融資峰會暨CSPPLAZA年會.北京:2014.

［3］李春來，朱慧敏.青海省光伏電站接入電網(wǎng)調(diào)度模式探討［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(2):58-59.

Some suggestions on development concentrating solar power in China

Concentrating solar power technology is making use of the solar direct normal irradiance to heating heat-transfer medium by focusing the heat of the sunlight with light-gathering technologies.Heat transfer medium will heat water to steam with high temperature and pressure to drive a Steam Turbine Generator Unit to generate electricity and be deployed with heat storage system to make it continuously generate electricity without sunlight.Combing with the Chinese practical situation，it analyses the advantages of Solar-thermal power generation from several aspects including adaptation of the power grid accessing，solar resources，vegetation improvement，clean and environment protection.And contraposing the mainstream tower and parabolic trough Solar-thermal Power Generation Technology，it analyses the risks and difficulties from four aspects including national geographical environment，light resources，set cooling mode and puts forward some suggestions on the development and construction of concentrating solar power in China.

China;concentrating solar power;development;suggestions

TM615

:B

:1674-8069(2017)01-057-02

2016-08-11;

:2016-09-26

李洪川(1972-)，男，青海西寧人，高級工程師，主要從事太陽能光熱發(fā)電項目開發(fā)工作。E-mail:lihc_72@163.com