槽式太陽能熱發(fā)電站光熱技術(shù)監(jiān)督及方法分析

于英利，李 健，王 超，王研凱，韓 義

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020）

0 引言

2020年9月中國在聯(lián)合國大會上提出“雙碳目標”，同年年底，在聯(lián)合國氣候峰會上再次承諾，到2030年非化石能源占一次能源消費比例將達到25%，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上[1-2]。伴隨太陽能熱發(fā)電技術(shù)的日漸成熟，國內(nèi)多個太陽能熱發(fā)電站相繼投產(chǎn)運營，太陽能熱發(fā)電技術(shù)迎來快速發(fā)展階段，將成為電力行業(yè)發(fā)展的主力軍[3-4]。電力技術(shù)監(jiān)督工作在我國電力行業(yè)已經(jīng)實施了幾十年，經(jīng)過不斷的探索、發(fā)展和創(chuàng)新，已覆蓋電力生產(chǎn)全過程。

現(xiàn)有的電力技術(shù)監(jiān)督標準及工作內(nèi)容，雖然能夠部分覆蓋太陽能熱發(fā)電站中涉及發(fā)電機組相關(guān)專業(yè)的技術(shù)監(jiān)督工作，但是太陽能集熱、熱傳輸與換熱、儲熱等設(shè)備的技術(shù)監(jiān)督，還沒有相關(guān)技術(shù)標準，也沒有相關(guān)工作方法和內(nèi)容。本文以槽式太陽能熱發(fā)電站為例，探討槽式太陽能熱發(fā)電站光熱專業(yè)技術(shù)監(jiān)督管理體系、工作范圍、工作內(nèi)容以及實施措施等，以便為從事太陽能熱發(fā)電站光熱技術(shù)監(jiān)督工作的監(jiān)督人員和技術(shù)人員提供借鑒。

1 電力技術(shù)監(jiān)督現(xiàn)狀

電力技術(shù)監(jiān)督是提高發(fā)、供、用電設(shè)備可靠性，確保電力系統(tǒng)安全、質(zhì)量、經(jīng)濟、環(huán)保運行為目標；以安全和質(zhì)量為中心，以技術(shù)標準為依據(jù)，通過設(shè)備檢查、數(shù)據(jù)分析、綜合測試等形式，對電力企業(yè)工程建設(shè)和生產(chǎn)運行過程、設(shè)備系統(tǒng)的運行參數(shù)與性能指標，實施檢查、檢測和評價性監(jiān)督管理[5-6]。

根據(jù)DL/T 1501—2019規(guī)定，電力技術(shù)監(jiān)督共涉及11項專業(yè)技術(shù)監(jiān)督和6項設(shè)備設(shè)施監(jiān)督[7]。對于太陽能熱發(fā)電站與傳統(tǒng)火電廠相同或類似的專業(yè)，可參照開展技術(shù)監(jiān)督工作。然而，太陽能熱發(fā)電站光熱專業(yè)的技術(shù)監(jiān)督暫時未有參考的標準。

2 光熱技術(shù)監(jiān)督

太陽能熱發(fā)電技術(shù)監(jiān)督（以下簡稱光熱技術(shù)監(jiān)督）是按照國家標準及有關(guān)規(guī)程、規(guī)定和反事故措施要求，采用有效的測試和管理手段，實現(xiàn)機組設(shè)備運行、檢修、技術(shù)改造過程的監(jiān)督和管理，對影響光熱系統(tǒng)及設(shè)備安全、經(jīng)濟運行的重要參數(shù)、性能和指標進行監(jiān)督、檢查及評價。光熱技術(shù)監(jiān)督一般包含綜合管理監(jiān)督、生產(chǎn)運行監(jiān)督、系統(tǒng)與設(shè)備性能技術(shù)管理、技術(shù)咨詢與專項技術(shù)監(jiān)督、技術(shù)服務(wù)等內(nèi)容。

2.1 制度管理與監(jiān)督體系建設(shè)

太陽能熱發(fā)電站應(yīng)建立健全技術(shù)監(jiān)督制度體系，完善組織機構(gòu)與工作職責，制訂企業(yè)技術(shù)監(jiān)督實施細則等，使技術(shù)監(jiān)督工作科學(xué)化、規(guī)范化、標準化。同時應(yīng)根據(jù)國家法律法規(guī)、行業(yè)標準、上級監(jiān)督制度、組織機構(gòu)變化情況，及時更新技術(shù)監(jiān)督制度體系，并公布企業(yè)最新的、有效的技術(shù)監(jiān)督制度清單。

太陽能熱發(fā)電站企業(yè)應(yīng)建立光熱技術(shù)監(jiān)督管理辦法與實施細則，監(jiān)督機構(gòu)、人員與三級網(wǎng)絡(luò)管理制度，技術(shù)監(jiān)督政策、法規(guī)、標準文件管理規(guī)定，光熱技術(shù)監(jiān)督考核與獎勵制度，光熱技術(shù)監(jiān)督應(yīng)急管理辦法，設(shè)備技術(shù)臺賬管理制度，光熱技術(shù)監(jiān)督定期工作（檢測試驗、設(shè)備運行、維護檢修等）管理制度，系統(tǒng)與設(shè)備缺陷管理、異常分析、巡回檢查等管理制度，安全、節(jié)能管理制度。

2.2 典型設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)監(jiān)督

太陽能熱發(fā)電站光熱專業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)主要包括太陽鏡場集熱系統(tǒng)、導(dǎo)熱油熱傳輸系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、換熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)等[8-10]。

2.2.1 太陽鏡場集熱系統(tǒng)

太陽鏡場集熱系統(tǒng)主要涉及太陽鏡、集熱管、支架、驅(qū)動與跟蹤裝置等，側(cè)重于設(shè)備安全運行與性能指標的監(jiān)督[11-13]。從安全角度來看，太陽能熱發(fā)電站應(yīng)針對集熱系統(tǒng)編制技術(shù)操作規(guī)程文件，明確太陽鏡集熱器追日運行操作、集熱器投運與解列操作、支架強度與膨脹檢查、寒冷天氣鏡面除霜與導(dǎo)熱油防凝等相關(guān)技術(shù)操作要求和措施[14-15]。性能指標應(yīng)重點關(guān)注集熱系統(tǒng)的集熱總效率、集熱管導(dǎo)熱油溫升速率、太陽鏡反射比、集熱管換熱效率與熱損、導(dǎo)熱油安全運行參數(shù)等[16-17]。監(jiān)督這些參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)，是否出現(xiàn)嚴重偏離以及對偏離原因進行分析并采取措施。

2.2.2 導(dǎo)熱油熱傳輸系統(tǒng)

導(dǎo)熱油熱傳輸系統(tǒng)主要包括鏡場循環(huán)泵系統(tǒng)與管路、導(dǎo)熱油膨脹溢流系統(tǒng)、導(dǎo)熱油凈化裝置、導(dǎo)熱油防凝系統(tǒng)、氮氣保護系統(tǒng)等。

監(jiān)督側(cè)重強化對鏡場循環(huán)泵、主油泵、溢流泵、防凝爐等設(shè)備的運行與檢修維護，對管路閥門定期巡檢，對設(shè)備系統(tǒng)油壓油位實施有效監(jiān)控管理，對工質(zhì)或介質(zhì)運行參數(shù)實施監(jiān)控。導(dǎo)熱油膨脹溢流系統(tǒng)（膨脹罐、溢流罐、損耗罐、閃蒸罐等）按照國家特種設(shè)備管理要求與電力行業(yè)壓力容器監(jiān)督管理規(guī)程實施監(jiān)督管理。

2.2.3 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)

蒸汽發(fā)生系統(tǒng)主要包含預(yù)熱器、蒸發(fā)器、再熱器和過熱器等設(shè)備與管路。監(jiān)督的主要內(nèi)容為設(shè)備運行狀態(tài)，分析各段換熱器（包括預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過熱器、再熱器、油鹽換熱器）的進出口工質(zhì)靜壓差、換熱介質(zhì)進出口溫度、換熱器端差等數(shù)據(jù)，掌握換熱器的換熱效果與安全健康狀況，排查影響換熱效率的因素，提升設(shè)備性能。應(yīng)嚴密監(jiān)視帶有液位表計的換熱容器液位，并加強對工質(zhì)及導(dǎo)熱油流量控制，防止干燒、滿溢等情況。

2.2.4 儲熱系統(tǒng)

儲熱系統(tǒng)將部分或全部太陽鏡集熱場收集的熱量借助儲熱材料進行存儲與釋放，使得太陽能熱發(fā)電站能夠連續(xù)生產(chǎn)。儲熱系統(tǒng)包括儲熱罐、輸送泵、儲熱材料輸送管路與設(shè)備等，常用儲熱材料多選擇熔鹽。熔鹽罐中的熔鹽溫度需始終在凝固點以上，保持融化狀態(tài)。儲熱系統(tǒng)的絕熱保溫、電伴熱等防凝設(shè)施要保持穩(wěn)定運行。放熱時熔鹽溫度應(yīng)不小于設(shè)計值，并且定期巡檢儲熱介質(zhì)泄漏防護設(shè)施和儲熱介質(zhì)疏放系統(tǒng)。對熔鹽儲熱系統(tǒng)的監(jiān)督主要包括設(shè)備運行安全穩(wěn)定狀態(tài)、運行參數(shù)指標性能評價等方面，還應(yīng)定期開展儲熱系統(tǒng)的有效儲熱熱容量/儲熱時長、充/放熱功率、系統(tǒng)耗電率等指標的測試與評價。

2.3 光熱專業(yè)節(jié)能監(jiān)督

對于太陽能熱發(fā)電站企業(yè)光熱系統(tǒng)，除了開展管理監(jiān)督和專業(yè)技術(shù)監(jiān)督以外，還應(yīng)輔助開展設(shè)備安全、節(jié)能、保溫防凍防護等工作的監(jiān)督與管理，即光熱專業(yè)節(jié)能監(jiān)督。光熱系統(tǒng)各設(shè)備、管道及其附件外表面溫度>60℃時應(yīng)采取保溫措施，保溫效果以測試報告的數(shù)據(jù)作為監(jiān)督依據(jù)。當環(huán)境溫度≤25℃時，熱力設(shè)備、管道及其附件的保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度應(yīng)≤50℃；當環(huán)境溫度>25℃時，保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度與環(huán)境溫度的溫差應(yīng)≤25℃。這是從熱量損耗節(jié)約能源角度考慮，對于寒冷天氣戶外管道，還要考慮防凍要求。對光熱系統(tǒng)應(yīng)建立健全節(jié)能與能耗指標記錄、統(tǒng)計制度，完善統(tǒng)計臺賬，定期進行節(jié)能分析，加強參數(shù)調(diào)整，確保機組經(jīng)濟運行，為能耗指標分析提供可靠依據(jù)。

2.4 技術(shù)監(jiān)督告警制度

技術(shù)監(jiān)督告警制度是技術(shù)監(jiān)督執(zhí)行部門在監(jiān)督過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在嚴重缺陷或隱患，影響電力安全生產(chǎn)時，通過向受監(jiān)單位發(fā)出設(shè)備告警通知，使企業(yè)及時采取有效措施消除或者預(yù)防事故發(fā)生。告警制度監(jiān)督的核心內(nèi)容是確立告警等級劃分，明確告警項目內(nèi)容，建立并規(guī)范技術(shù)監(jiān)督告警制度，尤其是告警通知發(fā)出制度、電站企業(yè)接警應(yīng)急處理制度。

2.5 光熱技術(shù)監(jiān)督定期檢驗、檢測

定期進行檢驗、檢測工作是光熱技術(shù)監(jiān)督的重要內(nèi)容，按照國家和行業(yè)有關(guān)標準，借助檢測裝置與儀器，對設(shè)備系統(tǒng)開展有關(guān)性能參數(shù)、設(shè)備指標方面的檢測工作。檢測數(shù)據(jù)可以科學(xué)地反映設(shè)備運行狀態(tài)與性能水平，進而促進發(fā)電企業(yè)自身的監(jiān)督自覺性，積極實施設(shè)備性能提升，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。表1、表2給出了典型定期試驗項目和大修試驗項目。

表1 典型定期試驗項目

表2 典型大修試驗項目

3 光熱技術(shù)監(jiān)督存在的問題

目前，光熱技術(shù)監(jiān)督工作主要存在以下問題。

（1）光熱技術(shù)綜合標準體系還不健全，包括運行、維護、性能檢測與評價等，相關(guān)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的標準缺失或者不完善，給光熱技術(shù)監(jiān)督工作帶來一定的影響[18-19]。

（2）光熱技術(shù)監(jiān)督工作在太陽能熱發(fā)電站中沒有全面實施，未得到高度重視。

（3）由于光熱技術(shù)監(jiān)督還是一個全新的工作內(nèi)容，積累的經(jīng)驗比較少。

4 結(jié)束語

本文以槽式太陽能熱發(fā)電站為例，結(jié)合電力行業(yè)技術(shù)監(jiān)督發(fā)展歷程和工作經(jīng)驗，從光熱技術(shù)監(jiān)督體系建設(shè)、專業(yè)技術(shù)監(jiān)督工作內(nèi)容、當前存在的問題等方面，對深入開展槽式太陽能熱發(fā)電站光熱專業(yè)技術(shù)監(jiān)督工作進行了分析與探討。構(gòu)建光熱技術(shù)監(jiān)督規(guī)范化工作模式，可以為從事太陽能熱發(fā)電站光熱技術(shù)監(jiān)督工作的監(jiān)督人員和技術(shù)人員提供借鑒參考。