2019年9月19日,中电建青海共和50MW太阳能热发电项目并网发电,这是我国首批太阳能热发电示范项目中第三座并网发电的熔盐塔式太阳能光热电站,也是中国电建集团首个自主投资、设计和建设的太阳能热发电项目。该项目总占地面积2.12平方公里,采用近3万面20平米定日镜,吸热器中心标高210米,选用二元熔盐作为传储热介质,温度参数是290/565℃,储热时长6小时,汽轮机选用超高压、一次再热、双缸双转速、直接空冷凝汽式汽轮机,额定功率50MWe。

图:中电建青海共和50MW熔盐塔式光热电站

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司(简称中电建西北院)是该项目EPC总包方,并与中国电建集团所属水电顾问公司共同投资。

4月30日下午,中电建西北院项目设总、高级工程师王晓博士作客国家太阳能光热产业技术创新战略联盟与中国可再生能源学会太阳能热发电专委会开展的『太阳能光热说』公益讲堂第3期直播节目。他以中电建青海共和50MW塔式太阳能光热电站工程实践为核心,在线分享了“塔式太阳能热发电站系统集成关键技术及应用前景”。

王晓博士介绍说:塔式太阳能光热电站的一个显著优势和特点是可以使用高温熔融盐进行储热。一方面,与锂电池、铅酸电池等相比,熔融盐具有无污染、成本低,不衰减(不受循环次数限制),安全及可靠等优点;另一方面,由于储热环节的存在,太阳能光热电站具有电力调度自由、出力特性平滑等特点。

中电建共和50MW太阳能热发电项目的工程设计全面应用数字化技术,实现多专业、多软件、多数据的数字化集成和三维深化协同设计,为项目高质量、高效率建设提供了技术层面的保证。

中电建西北院的创新团队,面向电站系统的能量传递过程开展系统性研究工作。进行了太阳圆盘能量分布仿真,建立全场坐标系,实现定日镜坐标和吸热器坐标的转换。并揭示了我国西北部环境条件下,镜场中不同区域典型定日镜的高度角、方位角区间分布情况。

结合各类边界条件,研究基于实际工况的镜场各分项光学效率计算方法,面向镜场系统效率计算的难点问题,将改进的多边形链表法与光线追迹法结合,使得算法的时间复杂度大幅降低;可在保证准确率的前提下,大幅节约计算时间。

针对镜场与吸热器的耦合问题,中电建西北院开展了定日镜光斑成形规律及吸热器热流密度分布研究,并以计算仿真结果为基础,对吸热器功率、吸热塔结构外形、镜场排布等进行设计和优化。并在前述研究的基础上,采用机理建模的方法建立了塔式光热电站各主要设备的静态和动态模型,采用数据驱动的建模方法,建立了运行边界条件的预测模型,研发出塔式光热电站性能评估和预测仿真软件平台。同时,完善了镜场精度的检测和基于实际运行结果的模型修正流程。

中电建西北院将工程建设与信息技术深度融合打造数字化工程,并在示范项目的建设过程中充分利用BIM技术。利用BIM技术建立与真实物理电站对应的数字化虚拟电站,将实体工程的每一个部位、设备、管线对象化、虚拟化并形成数字资产,为数字化建设、移交、运维提供基础数据,大大提高了施工效率,并保证了施工过程的可靠性。

据悉,该示范项目已经能够实现自动控制、自动监视以及自动保护,同时移动互联网、物联网、云平台、大数据、人工智能等现代前沿信息技术正在加速与能源工程创新融合,电站建设运维正在由数字化走向智能化。

为提升电站数字化水平,中电建西北院以三维模型和虚拟现实为载体,进行统一档案的统一管理;并根据三维模型,进行仿真培训和虚拟巡视。

对于太阳能热发电技术应用,王晓认为,太阳能热发电技术可以以多种发电的混合匹配,如当前应用比较广泛的塔式+槽式,光热+光伏,光热+多种新能源互补等方式,同时拓展到不同的应用场景,如,光热+氢能,太阳能煤油,光热+海水淡化等。

在演讲中,王晓博士也提到了太阳能热发电的技术革新。如,超临界二氧化碳布雷顿循环系统可以充分利用塔式太阳能热发电的高聚光比与高温优势;吸热、储热介质工作温度进一步提升,如利用液态金属吸热、铁基复合蓄热材料储热;进一步将发电系统的工作温度提高到700℃以上,大幅度提升太阳能温度利用区间,提高系统发电效率,实现整体发电系统的高效、清洁、能源梯级利用。

根据研究,太阳能热发电全生命周期二氧化碳排放极低〔约17g/(kW·h)〕,是真正环境友好型技术,同时也是电网友好型可再生能源发电形式;不仅是节能减排的重要手段之一,同时也是解决当前可再生能源发电波动性对电网安全性影响问题,能源转型的重要途径。

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