日前，在由中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟、CSPPLAZA光熱發電平臺共同主辦、首航高科能源技術股份有限公司聯合主辦的2022中國風光熱互補新能源基地開發大會上，常州龍騰光熱科技股份有限公司技術總監盧智恒就《槽式光熱儲能電站在大規模調峰場景下的設計方案與技術創新降本路徑》作了主題報告。

圖：盧智恒作主題發言

盧智恒表示，槽式光熱技術是全球范圍內最成熟的光熱發電技術。首先美國已有運行30多年的槽式電站，積累了非常豐富的長期運行經驗；其次它的占比很高——目前全世界的光熱發電裝機里面有3/4都是槽式的；另外槽式集熱器模塊設計非常適合規模化生產，因為是標準化設計，規模化裝配，特別適合大規模部署；此外，槽式光熱技術成本下降的技術路徑非常清晰，目前都是朝著大開口的方向去做，同時工質的溫度進一步提高，包括430℃以上的硅油或者565℃的熔鹽。

此間，盧智恒還指出了業界針對槽式光熱技術的認識存在三大誤區：1、槽式不適合高緯度地區；2、槽式發電量季節性差異非常大；3、槽式對于地形的要求很高，并結合自身的技術研究成果和實際項目運行表現就上述誤區進行了一一解釋說明。

關于槽式光熱技術的成本下降空間，盧智恒認為，通過規模化、經驗積累和技術進步三條路徑后，光熱電站的電價能夠接近于調峰火電電力的平價價格。

更多精彩內容，請閱讀下面刊出的盧智恒的演講全文：

盧智恒：各位參會代表，各位同行，大家下午好！

我是盧智恒，今天跟大家一起分享一下槽式光熱儲能電站在大規模調峰場景下的設計方案與產業化降本路徑。

前面很多同行更多在講塔式，但是我可以告訴大家，在全球已建成光熱電站中槽式占很大的比重，而且它的技術發展方向是非常清晰的。

接下來分享下大家比較關心的中核龍騰烏拉特100MW槽式項目的運行情況。

該項目屬于國家第一批示范項目，采用龍騰光熱核心技術和集熱場集成裝備，實現了中國槽式光熱電站領域的首次國產化替代，性能指標達到國際先進水平，也成為國內同緯度下第一個滿負荷發電的光熱項目。圓滿完成了國家主管部門的示范目標。

該項目也是全球緯度最高（北緯46°）的槽式項目，2020年1月首次實現并網發電，2020年12月底實現滿負荷發電，2021年8月份儲熱系統全部投產，一直運行到現在。

目前項目從投產到今年7月底的累計發電量已達4.3億度，2021年發電量是2.1億度，今年上半年發了1.8億度電。2022年1月份，烏拉特電站停機檢修并進行了消缺改造，今年第二季度利用小時數超過1200小時，6月5日達到了單日最高發電量2192MWh，期間天氣較好的6月5日-6月14日的連續不停機發電期間10天累計發電量達到19464MWh，充分展現了槽式光熱電站連續高負荷的運行能力。

接下來分享下槽式技術針對大規模調峰場景的優化設計。

槽式光熱技術在全世界已有30多年的發展歷史，它是線聚焦技術，工作原理就是把槽式集熱器進行南北向布置，跟蹤太陽由東到西，這是常規的做法；然后用導熱油收集到的熱量一部分會進汽輪機，另一部分進儲能熔鹽罐。但是槽式的核心部件——集熱器，真空管和反射鏡是固定裝配好的，而且光程很短，反射鏡面離吸熱管的長度平均只有2米左右，不會受到大氣通透度的影響。

目前塔式電站上的很多，但是塔式電站有一個很大的問題，即針對反射鏡面到吸熱器之間遠距離光程的衰減問題，目前沒有太好的手段；我知道迪拜項目委托西班牙的一家企業在提供一套設備，就是為了實時現場測量大氣通透度，在陰霾天氣、浮塵天氣和晴天光經過大氣的衰減是不一樣的，所以這種衰減也會影響電站運營，并會提升系統運行的復雜度。

而槽式光熱系統光程很短，所以槽式是以管程來換光程的一種設計理念。槽式有很多優點，首先它是全球范圍內最成熟的光熱發電技術，比如美國已有運行30多年的槽式電站，槽式電站的長期運行經驗積累的非常豐富；其次它的占比很高——目前全世界的光熱發電裝機里面有3/4都是槽式的，國內的情況可能反過來。

第二個優點，就是槽式集熱器模塊設計非常適合規模化生產，因為是標準化設計，規模化裝配，特別適合大規模部署。

還有一個優點，就是成本下降的技術路徑非常清晰，目前都是朝著大開口集熱器的方向去做，同時工質的溫度進一步提高，包括430℃以上的硅油或者565℃的熔鹽，常規島可以實現200MW以上的單機大容量。槽式光熱技術路線綜合集熱島、儲熱島、常規島的分塊降本，通過兩三輪技術迭代能較快實現調峰平價。

接下來我想糾正幾個大家對槽式技術的認識誤區。

第一、大家認為槽式是不適合高緯度地區的，因為它的余弦效應。

之前我在另外一個單位工作的時候，國際范圍有個不成文的規則——槽式電站選址的緯度不會超過40°。大家可以去看目前Solarpaces上有統計的全世界的光熱電站緯度都在40°以下。

但是中國比較特殊，烏拉特，哈密等一些適宜光熱電站開發地區的緯度都在40°以上，怎么辦？是不是不適合呢？我們做了一些分析，同一個電站，同樣的集熱面積，什么都不改變，就改變它的布置方向，剛才我說過常規的槽式是一個南北方向布置，由東向西跟著太陽轉的，現在我就把方向轉一轉，把南北向的布置變成東西向的布置，這個時候跟蹤的是太陽的高度角，由東到西的方位角，這個表述不嚴謹，但是跟蹤的是高度角，由東向西的方位角會產生余弦，這樣的話電站每天的余弦效應在一年內都是差不多的。

我們為了排除其他因素的影響，我們就對比光能夠到達吸熱管的量，一年8760個小時有多少，可以看我們有一列南北向的集熱量，還有東西向的集熱量，可以看到在40°以下的地區，確實是南北向布置的集熱量多一點，但是到了哈密（43.7°）等更高緯度地區，東西向布置的集熱量要多。而烏拉特是一個位于中間的地方，從這個對比，我們可以看出，越是緯度低的地方，南北向的布置越有利，越是緯度高的地方，我們要把它變成東西向布置，并不是說這種技術不適用于高緯度的地區。

第二個誤區：槽式季節性差異非常大，意思是夏天發的電很多，但是到了冬天不行，這也是一個認識的誤區。

前面一句話說的對的前提是南北向布置，南北向布置可以看左上角的圖是一年365天出力功率的情況，可以看出來夏天的時候確實很高，鏡場每天接收到的太陽能量能達到5000MWh，但到了冬天只有1500 MWh，季節性差異非常大；但是同樣把它變成東西向布置后，整個曲線就平滑下來了，基本上每個季度最高的一天的數值都在3000 MWh左右。如果說左邊兩張圖看不清楚，看右邊的圖，這是每個月發電量的統計，可以看到藍色的圖是南北向布置，橙色是東西向布置，可以看出變成東西向布置之后，全年的季節性差異變的很小了。

這一點在設計上有什么優點呢，這三張圖都畫了紅色虛線，對于設計電站來講是很大的問題，如果電站一年的出力比較平均，無論在設計換熱系統的大小或者儲熱時長、容量的時候，按照東西向布置我們可以設計一個比較好的值，全年不會說冬天充不滿，而到夏天棄掉很多，這對設計電站來講是有好處的，因為棄熱棄的越多，證明你扔掉的錢越多。

同時，南北向換成東西向布置之后可以節省土地。如圖，上面是南北向布置，下面是東西向布置，他們的間距都用L來表示，通過計算改變行間距的距離，我們可以看下邊的圖，一般南北向布置的烏拉特項目用了17米左右的行間距。

通過計算可以知道，因為有陰影阻擋關系，所以無限長的距離都會有損失，我們就以20米的間距為起點，看藍色的線是南北向布置的，17米的行間距意味著要犧牲1%的能量，如果進一步縮小行間距，那棄掉的熱量就會越多，但是能越節省土地。橙色線比藍色線更平滑，這意味著我可以把行間距縮的更短，但是棄掉的熱量更少，換句話說即收集相同的熱量，我可以將這個行間距縮的更短。對于節省土地來說，這是立竿見影的效果，因為光熱項目大部分都是鏡場的占地，如果行間距從17米縮到14米，能省20%的占地。

這是兩個不同廠址的風玫瑰圖，風的荷載對槽式集熱器來說是一個重要影響因素，它決定了集熱器設計的強度，而設計強度意味著鋼材的用量；如果我們把這個布置的方向和風的玫瑰圖結合起來，可以減少迎風面時的設計荷載，為什么？因為槽式集熱器正對風吹的時候所受到的力是最大的，當風從兩行之間過去的時候，受到的負荷是最小的，這也是一個我們在優化布置里面可以考慮的因素。

這樣的話，鋼材用量減少下來了，整個項目的造價也就降低了。

第三個認識誤區是地形。我們都說槽式對地形的影響很高，需要場地非常平整，這句話說對了一半，為什么？槽式集熱器是對軸線方向上的坡度要求很高，但是在垂直于軸線方向上的可以沿著自然的坡度。我們知道，場地的平整土方量是組成造價的很大的一部分，如果我們能把這個布置的方向和場地的自然地形結合起來，場平的土方量就能夠減少。

槽式集熱器的布置，不是只有南北東西兩個方向，其實可以任意的角度來布置，但布置的目的第一個當然是為了得到更多的能量，第二個是能夠減少整個系統的造價。所以后續無論在分析或者考慮設計槽式項目的時候，這一步是需要做的。

上面的對比都是只到了吸熱管集熱量的那一步，但實際上影響最后發電的還有很多。最簡單的大家可以想，在夏天的時候，如果到達集熱管的量很多的時候，就要棄光了，就要棄掉一部分，那進入儲熱系統和汽機的能量就會少了。所以即使集熱器南北布置和東西布置集熱量相差不大的情況下，最終的發電量肯定也是有區別的。計算表明，其實在更低的緯度下，東西向的布置已經顯現出這樣的優勢。

槽式集熱器技術的發展是朝著大開口的方向，所以大開口的集熱器有助于進一步降低造價，降低度電成本。目前常用開口5.7米的歐槽，大開口的新疆現在有8.6米開口的項目，長度可能有變化，單個集熱器集熱量輸出已經超過原來。還有更大的14米的超大槽的設計，包括槽式集熱器的設計點，設計點的功率和長度，這些都會有變化。

接下來我們再想一想，一個光熱電站究竟能做到多大，單機的電站，全世界最大的槽式電站是美國裝機280兆瓦的Solana電站，目前已經投產的摩洛哥NOOR2槽式項目是200兆瓦，在建迪拜槽式項目也是200兆瓦。

單機槽式電站其實非常適合規模化的部署，那最大的槽式電站能做到多大？當然我們回答這個問題的時候要先設一些邊際條件，第一個是如何調度。是像目前已建成的示范電站那樣每天任何時候都可以發，還是要適應大基地的調度。如果現在考慮設計超大電站的時候，考慮適應大規模的調峰方式設計的——意思就是頂晚高峰，下午大概4點開始，一直到晚上這個電站發完電為止，可能覆蓋6-7個小時，每天不一樣。

剛才我說了很多包括布置方式，新的技術，我們都應用在這個超大電站的設計里面，包括開口8.6米的集熱器，集熱管內徑從原來的70mm變成90mm（全廠流阻就會降低），用東西向的布置（希望全年每個季度每天都是差不多的，同時在高緯度地區可以獲得更多的能量）、采用新一代的硅油（好處是在于它的凝固點非常低，零下40℃，非常適合國內的氣候條件，不需要防凝系統）；還有我要糾正的是剛才有同行說槽式不能解耦，其實槽式可以解耦，如右上圖槽式的解耦工藝方式：把導熱油全部進熔鹽罐和熔鹽換熱，要產生蒸汽的時候，是熔鹽和水來換熱，這樣它的前面集熱和后面放熱部分完全可以解耦了；而且用的硅油的好處，前面導熱油系統不管到晚上多少度，我不需要防凝，一直讓它循環就行了，我只要做好熔鹽管路和熔鹽系統的保溫就可以了，所以這種解耦流程是可以滿足調峰電站的白天集熱，晚上（或晚高峰）發電的調度方式的。

還有這種單體超大的槽式項目需要用到平行鏡場的設計理念，為什么？請看右下角圖片，因為所有的槽式管路每個回路是并聯的，最后要匯集到最粗的管道里面，而這個最粗的管道按照當前的工業生產的工藝是有尺寸限制的，為了避開這個尺寸限制（即使匯集成母管道，到了油鹽換熱器還是要分成不同級路的，那為什么要匯成一路呢？）這樣就能突破最大管徑的限制。相當于我們要把鏡場分成上下兩半，如圖每一套鏡場進一個油鹽換熱器，最后把熱量儲存到熔鹽罐里。同時罐子也是分成8個或10個，發電的時候把熔鹽從熔鹽罐里泵出來，再匯集到母管，然后再進蒸汽發生器。因為熔鹽的密度要比導熱油要高很多，所以它的管徑能夠在目前工藝能夠生產的范圍內。

剛才也說了，就是電站的設計目標是年利用1500-2000小時，盡量覆蓋晚高峰，設計的結果怎么樣呢？我們拿烏拉特這個位置進行概念設計，參數如下：北緯41.5°，汽機裝機量600兆瓦，這個規模在火電里面不算大；整個電站采用東西向布置，一共有700多個回路，占地1.5萬畝地，相當于已建成烏拉特100MW槽式電站占地面積的兩倍多；集熱面積是385萬㎡；儲熱時長8小時；最后計算的結果是每年能夠覆蓋1700個小時，就是晚高峰的時候，如果按每天晚高峰6.5小時來算，覆蓋率能達到72%。

最后講一講降本路徑。

剛才我說過，降本有三種不同的槽型，同時降本也是三條路徑：第一、規模化，第二、經驗積累，第三、技術進步。

第一階段，我們認為降本有三個階段，第一階段是現有成熟技術的規模化；我們要把現在的100兆瓦裝機（目前已經投產，各方面都已經證實）容量做大，無論是多個的，還是你做一個超大型的槽式電站，只有通過規模化的效應，才能讓更多的供應商進來，實現更多的市場競爭，這樣才能帶動產品造價的下降。

第二階段，要通過大開口槽式集熱器+硅基導熱油來實現，比如8.6米集熱器+硅油，度電成本在此條件下我們預計相比上一個階段可以下降20%-30%。因為采用這種大開口槽可以減少回路設備，減少防凝系統，同時工作溫度提高到420-430℃，熔鹽的使用量也能相應減少。

第三階段，我們要用到超大開口槽和熔鹽。使用熔鹽作為傳儲熱工質可以減少油鹽換熱器，這是非常好的一個優點；當然還會有一些反射鏡工藝上面的改進，現在反射鏡面反射率一般為94%左右，目前正在做的技術研發計劃把反射率再提升2-3%。

這個階段度電成本預計還可以在上一階段基礎上再下降15-20%，經過這三個階段之后，光熱電站的電價能夠接近于調峰火電電力的平價價格。

最后羅嗦幾句，光熱發電技術其實在國際上已經存在了很多年，也不是我們國內自創的技術，但是我們在把國際上的技術拿到國內來用的時候，不能說簡單復制粘貼，因為國內有很多特殊要求，比如說緯度的要求。我們必須得改變思路，而不是別人怎么干我們就怎么干，專業技術方面，要做到知其然而且要知其所以然。我今天就分享到這里。

謝謝！