來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 9561查看 | 2015-07-06 16:38:00
CSPPLAZA光熱發電網報道:中國國際光熱電站大會暨CSPPLAZA年會2015于6月25~26日在京盛大召開,江蘇鑫晨光熱技術有限公司董事長陳煜達出席本屆大會并發表演講,重點分享了二次反射塔式熔鹽光熱發電示范系統的經驗與成果。
下面刊出的是陳煜達演講的主要內容:(注:本文根據速記和錄音資料整理,文章內容未經演講者本人審閱。)
陳煜達:我也是光熱行業的老面孔了,在過去幾年我也發了幾次言,每次都是用別人的或者是國外的圖片,這回終于我用自己的圖片了(笑)!

圖:陳煜達發表演講
今天我想講的是在江蘇建設的一個二次反射塔式光熱發電系統的示范,包括我們的數據的分享,包括一些下一步的計劃和推論。項目在江蘇鹽城,這是Google圖片,這是航拍的照片,如圖,有點像一個外星建筑。
二次反射系統其實沒有什么稀奇的,它的原理很簡單,如大家在左上角的圖上看到大的, 相對于傳統的塔式,把所有的光匯聚到這個里面的上焦點的情況下,增加了一塊太陽鏡子,這塊鏡子是旋轉雙曲線,這樣的情況下,這塊鏡子會把所有的光反射并且匯聚到下焦點,這是基本光學原理。20世紀初以色列首先做了示范性的45千瓦系統,09年阿聯酋和日本人在Masdar做了個一百多千瓦的系統,但是聚光性不好,熱系統也沒有做。
這是我們現在做的,我們的規模相當于阿聯酋項目的5倍,通過一個二次反射塔,把光匯聚到地面,加熱熔鹽到500℃,最后換熱產生440度過熱蒸氣推動一個小的汽輪機的發電,這個系統項目的配置基本是這樣。160面9.6平方米的塔式定日鏡,一個20米高15米口徑的二次反射塔,一臺300千瓦的腔式熔鹽吸熱器、兩個熔鹽儲罐,兩臺熔鹽泵,一套蒸汽發生器,包括預熱蒸發,一臺10千瓦的小的汽輪機,主要是為了消耗過熱蒸汽,因為工業園區這么高的壓力這么高蒸汽的排放會造成很大的影響,園區也要求一臺汽輪機來代負荷。
圖--300KWt示范項目鏡場光效率
這是這個系統進場光學方面的光學效率,最后綜合效率現場測算下來54%, 完全不同于塔式的進場方式,完全是圓形環狀往外擴張,中間上面是對光斑的仿真,這次采用的是熔鹽直接加熱,熔鹽是沒有管道的,不走在管道,光直接加熱熔鹽,這就涉及到光在熔鹽里的投射,一層層加熱,到底能加熱多少升,這些實驗都是需要做的,這些都是理論方面的東西,包括熔鹽罐的設計,二次反射塔盤的抗風,這個不光是為了以后西部,現在在鹽城經常來一次臺風,所以說要做一些風抗設計。
圖--包括場平圖和二次塔盤的設計,塔架的設計、換熱器的設計、汽輪機的布置圖。
1月份到3月份10個人160面鏡子,吊裝二次反射塔、常規島,儲熱罐、換熱器等等,這是定日鏡的光斑,定日鏡能不能追上,這是核心的問題。按照電工所定日鏡的精度規范做了精度的測試,做下來是全部都在1.5個毫弧度以下。
今天有很多嘉賓都展示了光照的數據,很不好意思鹽城的數據實在拿不出手,數據很差,最好的一天是可以,最高也就是900,我們的系統是按照500 DNI進行設計的,吸熱器上來的光斑,整整一天每十分鐘取樣一次來進行的,塔式和二次反射系統主要是能不能追得上光,左邊的照片是可見光照片,也是帶了濾光片的,右邊是經過計算機處理的灰度值照片,最后所有的截斷率,整個光能夠照到中間下面的圓圈,這個圓圈的半徑1.5米的吸熱器,照到這個吸熱器的截斷率,總共面積上計算是93%左右可以追到吸熱器里去。
這是做的散熱器的實驗,選取了100分鐘,沒有任何加熱,讓熔鹽在里面看怎么散,來獲得吸熱器的散熱,最后得到的散熱數據是每平方米9.85千瓦,與理論估算值也差不多,反演到大的12兆瓦左右的吸熱器,這個吸熱器的效率差不多接近91%,這證明了我們的猜想,如果吸熱器放在地面采用槍式熔鹽直接加熱,吸熱器的效率要遠高于塔式排管式的吸熱器,那樣的吸熱器只有80%左右。
吸熱器加熱實驗,選取了10分鐘,現在的系統光照密度是比較小,因為我們規模比較小,已經接近于500度的頂值了,10分鐘里從400多度升到了500度,瞬時有效功率接近于295 千瓦,熔鹽達到最高溫度是500度,Y軸線同時也是溫度也是當時的輻照,當時的輻照是500多。
圖--熔鹽溫度分布測試
這是熔鹽的溫度測試,紫顏色主要是因為下面有低于3米以下的臺階,真正看紅顏色細圈里白顏色的部分,那塊是熔鹽,被加熱的熔鹽,做這個實驗是證明在吸熱器里熔鹽在同一表面沒有溫度分布。
圖--熔鹽安全性問題
熔鹽儲罐的保溫測試,首先從根源上解決熔鹽安全性問題,上圖是吸熱器的截面圖,基本上是開口的,上面是一個自動開關的蓋子防塵防雨,晚上蓋起來,平時的時候太陽光直接照在吸熱器里面,左下角三張圖,物理性質的實驗,第一個不同波長的輻射在二元溶液中透射系數,第二個照度一定深度熔鹽中的衰減,第三個光在熔鹽中的投射,通過直接吸收的腔式熔鹽吸熱器,所有的吸熱面沒有任何管路設計,熔鹽不走管路凝固就沒有后果,每天不需要徹底的排空,這是塔式里最大的問題,每天早上要沖注,每天下午要排空,排不干凈不用承擔后果,是不是少了很多的問題。
圖--集熱性能和光照適應性
這樣一種形式的吸熱器可以大幅度提升集熱性能和對光方面的要求,這樣一種吸熱器,它液面的反射率相當于塔式里面Pyromark 黑漆。 第二它的表層液面溫度比底層低,它的散熱系數不是按照565度峰值來算的,它可能更低, 第三液體內的理論換熱系數是無上限的,在吸熱器將近7平方米全部是同一個溫度,它沒有階層沒有分布,因為理論換熱系數是很高很高的,在同一個液體里面。它對光斑均勻性沒有要求,只要光是照在吸熱器里面就能達到加熱熔鹽的效果,不用擔心過于集中了產生過熱點了把鋼管燒掉了,因為沒有鋼管,不需要這么昂貴的材料,在傳統里流速調解非常重要,這里面沒有流速調解,或者說流速調解不再受管道的限制,照度無上限,中間的光斑,這是一個商用電站的規模,中間紅點的照度是1.2兆瓦,我相信現在的塔式系列沒有一個這樣的照度存在,這太高了,任何基礎材料
沒有辦法這樣走,但是因為是地面吸熱器,因為是熔鹽直接加熱,所以對光斑的要求大大的降低。
江蘇鑫晨定位為太陽能發電進場工程服務商和運維服務商,我們做這個項目為了驗證定日鏡的批量化設備生產能力,目前的示范系統是按照商用化定日鏡要求來生產的,驗證中等規模工程實施能力,還有中等尺寸的二次反射塔的工程實施能力,以及熔鹽的吸熱、儲熱、換熱集成的能力,同時也配套小型的工業汽機為大型電站以后作為培訓中心,也是為了準備一些團隊的儲備。另外也為了獲得足夠的實驗數據,能夠反演到商業電站規模的級別,保證下一步開發商業電站的成功。去年年底的時候面臨決策,今年直接開工上商用電站還是先在鹽城建一個工程做一個大家看得見規模的系統,把時間拖晚一年,最后結果我比較慶幸,我們愿意用多一年的時間多花一些錢去做這樣的中式規模的準備工作。
最后得出來的結論,如果要進行商業化規模的建設,第一定日鏡標準的各種材料處理方面的專機這是必須要有的,第二裝配生產線,還有在現場安裝的專機也必須要有,安裝的精度要求很高,還有一些工程方面的內容。
下一步來說,我們整個推進的是標準模塊化的進場,標準模塊是5兆瓦發電功率加6小時蓄熱的標準電場,包括4300面定日鏡,吸熱塔高60米,口徑60米,吸熱器的熱當量是13.8兆瓦,配備了熔鹽罐100兆瓦時,這是冷熔鹽罐,還有一個低揚程的高流量的熔鹽循環泵,我們的正好和傳統的塔式熔鹽泵相反,不需要高揚程低流量,我們需要低揚程高流量,更多的采用渦流板。
我們也遇到這樣的問題,做小模塊只做一個模塊5兆瓦好不好,現在的趨勢是大塔,我們并不是不能做大塔,現在如果把鋼塔升到120米,單塔也能做到50兆瓦左右的規模。怎樣步進到100兆瓦規模的商業電站,它大概就是20個鏡場模塊,共用同一個高熔鹽罐,也就是每個塔底下只存冷熔鹽,所有加熱后的熔鹽匯聚到常規島上。100兆瓦的電站按照數據推算,光學效率接近52%,地面吸熱機效率91%,最后得到的光熱發電系統的總效率是19%,上網總效率17.45%。
為什么要做小的單模塊疊加形成一個電場,首先從占地進行考慮,標準大塔型的電場,最密靠近塔的一圈把鏡子抽出來最后形成,單位裝機8.9英畝,現在這么做單位裝機只有5.3英畝,單位Gwh發電量只有1.89英畝,按照NIREL統計是2.8,也就是說占地率比國際同樣的塔式水平占地水平高48%,地不是免費的,能省就要省,不光是地價的問題也是后期土建處理的費用。
從塔式設計的角度或者從光學角度來說是一個的規律,離塔越近鏡子越密,占地率越高,離塔越遠,鏡子占地率越低。離塔越近,光學效率越高,離塔越遠,光學效率越低。這是數學定律。為什么大家要往大大塔來做,可能是因此熱功太貴了,我們核算過,單50兆瓦的塔定日鏡和10個5兆瓦模塊,同樣的配置、同樣的發電量,占地多30%多,造價也差不多貴30%,至少在我們這個案子里小塔更有優勢。

圖--熔鹽管道壓降與溫降
塔式電站的熔鹽管很長,100兆瓦電場熔鹽總管道6.48公里。左邊是這6.48公里沿程阻力,570度是熱熔鹽輸送過程熱損,第二行是冷熔鹽輸送回去過程熱損表,整個全部把熱損用電補上大概只有1.75%,相對于地面吸熱器,泵功很小,揚程只有3-4米,相對于100米揚程的大塔至少7%到8%自用電率,這樣1.7%自用電率是賺了的,還有一個好處是,中國業主比較喜歡的,多模塊可以分布建設,比如說100兆瓦需要20個模塊,先建十個模塊,建一個常規島,可以滿功率發電,發電效率不會變化,但是發電時長變化了,這樣周期是在一年的時間就可以電站建成發電,甚至更進一步可以把建成發電的電站先抵押了,雖然是半個電站,剩下的一年時間過了冬天以后再建剩下的十個鏡場模塊,這樣把兩年半的建設周期分成兩個階段,可以大大改善業主前五年的項目建設期和項目前期的財務環境,對財務模型有很大的改善。
蓄熱和太陽倍數的問題,把所有的數據帶進去計算,它不是單一的值,可能是一個區間,縱軸是代表蓄熱小時數,橫軸是太陽倍數,太陽倍數進場輸出規模是汽輪機的倍數,顏色越深代表的電價越低,其實是一個區間,可以1.2個太陽倍數,接近6小時蓄熱和選1.4的倍數接近8小時蓄熱,其實單位成本電價上是一樣的,這樣提供了另外一種可能性,按照這樣的模型有沒有可能建完一個100兆瓦電站,如果覺得再擴容幾個模塊、擴容一些熱罐是不是可以保證原來最低的單位成本電價。
從幾個角度去考慮怎么設計這個電站,最終獲得更低的綜合成本,一縮短工程設計周期,相對大塔需要很長的設計周期,設計一個進場模塊其他的拷貝就可以了,工程設計量大大的減少了,第二加快工程安裝施工,因為都是模塊化設計。每一個模塊化施工很快,第三熔鹽蓄熱是安全穩定,減少了運營成本,第四鏡場模塊是最佳性價比,分布投資提高資本的利用率,最后達到更低的綜合成本。
謝謝大家!