創新型SUNSAIL光熱發電系統和“BOSS”服務全解讀
發布者：本網記者xylona | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 4566查看 | 2017-11-16 11:50:00
——專訪鉅光太陽能科技（北京）股份有限公司董事長劉曉冰
CSPPLAZA光熱發電網報道：“中國光熱發電行業起步較晚，但我們不能只甘于做國外技術的跟跑者，我們要與其并肩跑，甚至不斷超越，成為全球光熱發電行業的領跑者。”鉅光太陽能科技（北京）股份有限公司（以下簡稱鉅光）董事長劉曉冰日前在接受CSPPLAZA記者專訪時如是表示。
劉曉冰帶領下的鉅光正從兩個方向發力，來踐行他所說的這句話。11月10日，鉅光在青海德令哈落戶的全國首個光熱電站調試運維服務中心“BOSS服務中心”揭牌成立。同時，鉅光積蓄多年研發的SUNSAIL單塔雙碟式聚光系統樣機“SUNSAIL800-600”也于青海博昱新能源公司廠區內動工建設。
圖：鉅光董事長劉曉冰
集合槽、塔、碟三種技術優勢于一身
CSPPLAZA：分體運行太陽能碟式聚光發電系統（SUNSAIL系統）是鉅光的核心技術，其創意始于2010年8月，請問這個創意是怎么產生的？
劉曉冰：這主要在于我對槽式、塔式、碟式三種太陽能熱發電技術路線的經驗積累。2003年12月8日，我離開沈陽的一家國企來到北京，加入了中科院電工所王志峰老師的團隊，并擔任團隊的副主任，自此以后我真正進入了太陽能熱發電領域。
在此期間，我參與了塔式、槽式以及碟式太陽能集熱器的研發，其中包括全國第一個槽式系統，總長約12米，建于北京通州。在國家“十一五”863項目中，我有幸擔任了其中的國家太陽能塔式熱發電項目定日鏡方面的組長。在此期間，我深度參與了對塔式定日鏡的設計、制作、安裝、調試及測試等工作，并對其有了更為充分和全面的了解。
2009年完成這個國家課題以后，加入了一家美國公司，這家公司的技術源自美國NASA研發的碟式太陽能技術。我在該公司擔任副總裁期間的主要責任就是將這個示范系統推向市場。按照計劃，公司計劃采用該技術在敦煌建設裝機18MW的光熱電站。
但事實上，在調試過程中，我們始終無法將系統調試至設計溫度，在對系統的每個部分進行逐一甄別后，我們發現該技術可謂是“先天不足”，在設計儲熱系統溫度850攝氏度情況下，其實際溫度只能達到約500攝氏度，那么這將近300攝氏度的熱量損失到哪里了呢？經排查后發現，系統的管道過細，流量過小，相對損失過大，3米長的管道損失熱量將近300攝氏度，這對整體系統而言是個“死穴”，采用一般方式幾乎無法解決。
在重壓之下，我結合此前針對不同技術路線的經驗，以及該項目的失敗教訓，將項目原有設計的88個碟式系統變成兩個碟，因此，在SUNSAIL系統中既能看到塔式與槽式技術的影子，又有碟式的技術根基，且規避了空氣傳輸管道熱量損失的弊端。
2010年，我就SUNSAIL技術申請了專利，并接受公司指令在半年內制造出該技術樣機，用這一技術替代原有技術建設18MW的光熱電站。經項目業主單位幾輪分析論證后同意，用SUNSAIL替代原有的聚光集熱方案。設計院也對此進行了可行性分析。2011年10月份，敦煌發改委、能源局也對SUNSAIL方案非常青睞，甚至提出將SUNSAIL電站作為一道景觀，把項目原選址地改至省道附近。但遺憾的是，由于公司資金鏈斷裂，最后這一設想并未實現。
2012年我對這一技術又做了進一步升級。SUNSAIL一代技術需要與汽輪機耦合，也需要用水，目前的SUNSAIL第二代系統是通過與微燃機、斯特林機、超臨界CO2布雷頓機結合做到“無水”發電，即日常只需鏡面清洗用水，發電過程則無需用水。
CSPPLAZA：作為一種創新型技術，您認為SUNSAIL與槽式或者塔式技術路線相比有何優勢？
劉曉冰：在光熱發電常見技術路線中，碟式技術的最大優勢就在于高效率，例如斯特林機的效率可以達到30%以上，甚至40%。從光熱發電的技術來講，槽式技術是目前最穩妥的技術，從成本而言也是目前最低的，但是導熱油槽式技術輸出的溫度一般在393攝氏度左右，但這一溫度一般只能用于過熱蒸汽發電，而過熱蒸汽發電機組熱電轉換效率最高也僅有30%左右，再乘上此前的熱效率，最終理想的光電轉換效率可能僅有24%。而效率往往決定了機組一年的發電量，也是制約電價的重要因素之一。
通常情況下，塔式技術路線目前成本高于槽式，且占地面積大，但當前之所以有聲音認為塔式技術能走得更遠，就在于塔式這種點聚焦式的技術可以讓系統達到更高的運行溫度，甚至實現超臨界技術發電。傳統的燃煤技術正在關停小機組，讓技術向超臨界甚至超超臨界方向發展，這是火電目前正在走的路，那么在成本下降困難的情況下，光熱發電若想要替代火力發電勢必要提高機組發電效率，例如提高鏡場輸出參數，采用超臨界技術，效率能夠達到44%。因此有觀點認為塔式技術能比槽式技術走得更遠，但這一觀點的前提是使用熔鹽工質運行溫度達到560攝氏度以上，若采用過熱級發電技術槽式不會遜于塔式的。
但國際上也有把碟式系統作為未來發展方向的觀點，一般而言集熱溫度越高，效率越高。SUNSAIL的運行溫度就可以在600攝氏度至1600攝氏度之間取舍，根據應用端或者負荷端的需求輸出相應溫度以及相應的能量。通過超臨界二氧化碳透平發電或者前置儲熱、后置斯特林機發電的方式以及微燃機發電的形式提升項目年發電量。
就熱損失而言，SUNSAIL的熱損低于槽式。槽式集熱場面積大，輸送管網長，造成其熱損失相對較大，它要靠設置伴熱系統來維持基礎溫度。
就光損失而言，SUNSAIL的光損失低于塔式。50MW的塔式光熱電站，鏡場最遠定日鏡和集熱塔距離甚至可以達到1.5公里以上，這意味著其光在聚集過程中衰減很大，它光斑溢出也不可避免，但SUNSAIL的聚光光程很短，僅幾十米左右，且拋物面的三點一線逐日跟蹤方式，使得光的余弦損失非常小。
此外，還有更重要的一點就是無水發電。當前太陽能熱發電行業面臨一個較為“尷尬”的問題：太陽能熱發電站適宜建設于DNI值較高的戈壁沙灘，但是往往這些地區嚴重缺水。在“十三五”可再生能源規劃中就提到引領太陽能熱發電發展的技術應該是深度節水技術。而SUNSAIL的特點恰恰符合這一發展方向，這更是其相對于槽式與塔式的優勢所在。
CSPPLAZA：相對于傳統碟式技術，SUNSAIL具有怎樣的優勢？
劉曉冰：傳統碟式技術路線包括碟式斯特林機發電，最穩定的單碟只有25千瓦，功率較小且發電功率較難增加。有人曾想將單碟發電功率設計為30千瓦，增加了5千瓦，結果卻不盡人意。當然可能還有其它因素的影響，譬如增加了機組發電功率，勢必需要加大聚光鏡的面積，遠端支撐著的斯特林機距離碟的位置則要更遠，這些都會影響聚光能流的穩定性。
傳統碟式最致命的問題就是沒有儲熱。國家首批光熱發電項目名單之所以沒有碟式項目，和目前碟式斯特林發電技術無儲熱不無關系，沒有儲熱就無法完全展示出光熱發電的優勢。若無儲熱，碟式技術的性質將與光伏類似，但相較于光伏，碟式技術并無成本優勢。
但事實上，從70年代開始，碟式聚光集熱技術分為兩種技術路線：聚光-集熱-碟式斯特林機直接發電和聚光-集熱-儲熱-發電/熱利用模式。SUNSAIL系統則采用的是第二種方式，通過集熱塔吸熱-儲熱然后發電。因此，SUNSAIL可能成為碟式在該發展方向上的新的里程碑。鉅光所作的就是搭建了太陽能聚光集熱的一個平臺，后續需要靠多單位，多學科和相關產業的發展來推動和實現其的市場應用。未來SUNSAIL將邀請中國科學院電工所來進行第三方性能檢測。
此前我帶領的美國公司團隊為18MW電站設計的單個系統是1250m2聚光面積，而本次SUNSAIL樣機集熱面積設計為800m2。就目前全球范圍內而言，澳大利亞和以色列分別都有不同形式的碟式聚光集熱系統，聚光面積都為500m2。SUNSAIL采用800m2的設計，既突破了世界現有記錄，又不會造成太大的技術困難；既可以驗證了系統性能和技術的可行性，又減少了樣機的投資。SUNSAIL800-600樣機的名稱含義就是800m2的集熱面積，達到600攝氏度的輸出溫度和每小時590kW的功率輸出能力。
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