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CSPPLAZA光熱發電網訊：近(jin)日，在由(you)CSPPLAZA主(zhu)辦(ban)、中(zhong)控太陽能和龍騰光熱聯合(he)主(zhu)辦(ban)的2019第(di)六(liu)屆中(zhong)國(guo)(guo)國(guo)(guo)際光熱大(da)會暨CSPPLAZA年會上，中(zhong)電工程(cheng)華北電力設(she)計院有限公司(si)（簡稱“華北院”）工程(cheng)技術中(zhong)心副總工程(cheng)師(shi)田增華作了(le)題為“太陽能光熱與(yu)傳統火電耦合(he)發電技術應用”的演講。

田增(zeng)華(hua)表示，自(zi)2015年以來，為促進(jin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消費革命，國(guo)家發改委(wei)、國(guo)家能(neng)(neng)(neng)源(yuan)局(ju)相繼出臺了一系(xi)列火(huo)電(dian)機(ji)組(zu)(zu)降(jiang)煤耗(hao)、靈活(huo)性(xing)(xing)調峰(feng)等通(tong)知，要求火(huo)電(dian)機(ji)組(zu)(zu)加強調峰(feng)能(neng)(neng)(neng)力建(jian)設(she)，著力增(zeng)強系(xi)統靈活(huo)性(xing)(xing)、適(shi)應性(xing)(xing)，破(po)解新(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消納難題(ti)。要在保障火(huo)電(dian)機(ji)組(zu)(zu)的出力的情況下，還(huan)做到降(jiang)煤耗(hao)，就需要采(cai)用(yong)替代能(neng)(neng)(neng)源(yuan)，實現可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)與火(huo)電(dian)的互補(bu)發電(dian)，讓(rang)可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)參與到火(huo)電(dian)機(ji)組(zu)(zu)中來。

他認(ren)為，我(wo)國西(xi)北地區建有大量的火電機組，加之(zhi)當地光資源非常(chang)好，這(zhe)給光煤耦(ou)合發電帶來了一些契機。

圖：田增華在大會上(shang)發言

一、光熱發電技術路線選擇

目前，光熱主要(yao)的(de)(de)(de)技術路線包括槽(cao)式(shi)(shi)(shi)、塔式(shi)(shi)(shi)、線性菲(fei)(fei)涅(nie)爾(er)(er)式(shi)(shi)(shi)和(he)碟式(shi)(shi)(shi)四(si)種。田增華(hua)指出，槽(cao)式(shi)(shi)(shi)和(he)線型菲(fei)(fei)涅(nie)爾(er)(er)式(shi)(shi)(shi)多屬于中(zhong)溫、中(zhong)壓的(de)(de)(de)品質（注：這(zhe)里的(de)(de)(de)線型菲(fei)(fei)涅(nie)爾(er)(er)不包括蘭(lan)州(zhou)大成和(he)兆陽光熱擁有的(de)(de)(de)改進(jin)型菲(fei)(fei)涅(nie)爾(er)(er)技術，這(zhe)些(xie)技術可實現更高的(de)(de)(de)溫度）。而塔式(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)聚光方式(shi)(shi)(shi)為點(dian)聚焦，熱品質更高。從聚光比和(he)光電轉化效率來看，塔式(shi)(shi)(shi)也普遍高于線型菲(fei)(fei)涅(nie)爾(er)(er)式(shi)(shi)(shi)和(he)槽(cao)式(shi)(shi)(shi)。

如何根(gen)據它(ta)的(de)參(can)數(shu)和熱(re)品(pin)質設計來(lai)實(shi)現與(yu)火電(dian)(dian)的(de)良好結合呢？田增華表示，光(guang)熱(re)發電(dian)(dian)的(de)技術路(lu)線(xian)不(bu)同，與(yu)火電(dian)(dian)的(de)結合方式也不(bu)同。

1.線聚焦

據田增華(hua)介(jie)紹，槽式和(he)線性(xing)菲涅爾式發電可以(yi)與燃(ran)煤、燃(ran)氣、生物(wu)質以(yi)及垃圾發電等(deng)相結(jie)合(he)，華(hua)北院已嘗試多個ISCC電站(zhan)的設(she)計(ji)方(fang)案，即實現天然(ran)氣與太陽(yang)能聯合(he)發電的項目(mu)。這些項目(mu)實現槽式技術(shu)和(he)燃(ran)機(ji)相結(jie)合(he)，將槽式光(guang)熱設(she)備(bei)產生的中(zhong)溫、中(zhong)壓的蒸(zheng)汽，引入到預熱鍋爐中(zhong)進一(yi)步提升溫度，繼而進入常規的汽輪機(ji)組進行發電。

此(ci)種(zhong)方案為光熱與常規能源(yuan)的(de)耦合發電，即通過常規電站提升光熱電站產生(sheng)蒸汽的(de)品質，實現了能量的(de)梯(ti)級(ji)利(li)用(yong)。

2.點聚焦

塔式電(dian)(dian)站(zhan)產生的(de)是高溫、高壓的(de)過熱蒸(zheng)汽，可以直接達到(dao)與傳統(tong)(tong)火(huo)(huo)電(dian)(dian)機組主(zhu)蒸(zheng)汽同(tong)樣的(de)品質，與傳統(tong)(tong)機組結合時可采用(yong)與常規火(huo)(huo)電(dian)(dian)主(zhu)蒸(zheng)汽系統(tong)(tong)并汽運行的(de)方式。

二、光煤耦合集成技術的方案

田(tian)增華(hua)以(yi)華(hua)北(bei)院在(zai)西北(bei)地區的某個項目為(wei)例，介紹了光煤耦合(he)集成(cheng)技(ji)術方案。

1.燃煤電站的基礎數據：

①電站規模為330MW，鍋爐蒸發量1177噸/小時，采(cai)用亞臨(lin)界(jie)、一(yi)次中間再熱、自(zi)然(ran)循環汽包爐；

②汽(qi)輪(lun)機：銘(ming)牌出力330MW，采用亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽(qi)、直接空冷凝(ning)汽(qi)式(shi)汽(qi)輪(lun)機；

③回(hui)熱系(xi)(xi)統：汽(qi)輪機組有七級(ji)(ji)非調整抽(chou)(chou)汽(qi)，其中(zhong)，1、2、3級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)分別供給三(san)臺高壓(ya)(ya)加熱器；5、6、7級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)分別供給三(san)臺低壓(ya)(ya)加熱器；4級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)供給除氧(yang)器、高壓(ya)(ya)輔汽(qi)系(xi)(xi)統及供熱系(xi)(xi)統；3、4、5級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)抽(chou)(chou)自(zi)(zi)中(zhong)壓(ya)(ya)缸(gang)；6、7級(ji)(ji)抽(chou)(chou)汽(qi)抽(chou)(chou)自(zi)(zi)低壓(ya)(ya)缸(gang)。

2.光煤耦合集成方案

光(guang)煤(mei)耦合(he)旨在通(tong)過減少汽(qi)輪機的抽汽(qi)量，在降低(di)煤(mei)耗的同時，保持(chi)汽(qi)輪機的出力。“我(wo)們要(yao)(yao)盡可能地利(li)用光(guang)熱發電溫度(du)高(gao)的特點，在此主要(yao)(yao)考慮的方案是利(li)用太陽(yang)能加熱給(gei)水系統(tong)”，田增華說(shuo)。

太陽能加熱給水系統的方(fang)案有(you)兩種：

①用光熱(re)加熱(re)給水，給水系統不發生(sheng)相變，只提(ti)升給水溫度，再回到原來的系統中(zhong)。

②用光熱系統產生的(de)蒸汽(qi)替代給水(shui)加熱蒸汽(qi)，已達到提(ti)升(sheng)給水(shui)溫度，減少汽(qi)機抽汽(qi)的(de)目的(de)。。

在(zai)西(xi)北地(di)區的(de)這一項目中(zhong)，由于(yu)考慮了(le)投(tou)資問題，盡可(ke)能(neng)(neng)減(jian)少了(le)系(xi)(xi)(xi)統的(de)復雜程度。田增華介紹道：“如果發(fa)生相(xiang)變，可(ke)能(neng)(neng)要(yao)跟傳統的(de)光熱(re)(re)電站一樣涉(she)及(ji)到預熱(re)(re)器(qi)、蒸發(fa)器(qi)、過熱(re)(re)器(qi)等等，然后通(tong)過一系(xi)(xi)(xi)列的(de)換熱(re)(re)器(qi)產生過熱(re)(re)蒸汽，才能(neng)(neng)替代(dai)這種蒸汽。而加熱(re)(re)給(gei)水系(xi)(xi)(xi)統，則(ze)只需要(yao)設(she)計(ji)一個(ge)換熱(re)(re)器(qi)，不(bu)會發(fa)生相(xiang)變，因(yin)此在(zai)這個(ge)方案里面(mian)，我們選擇直接加熱(re)(re)給(gei)水系(xi)(xi)(xi)統。”

關于集(ji)成(cheng)方(fang)案(an)(an)，田增華提出了(le)兩種思路：小溫(wen)差并聯運行(xing)方(fang)案(an)(an)；大溫(wen)差串(chuan)聯運行(xing)方(fang)案(an)(an)。

①小溫差并聯運行方案：耦合(he)點(dian)在(zai)一號高加和二(er)號高加。在(zai)二(er)號高加的入口把一部分的給水(shui)引(yin)出來(lai)，通過槽式換熱器提高給水(shui)溫度(du)，而后再(zai)將(jiang)這部分給水(shui)引(yin)回到一號高加的出口，打回到原來(lai)的系統中(zhong)。

田增華介紹：“由(you)于該(gai)項(xiang)目的場(chang)地問題，槽式鏡(jing)場(chang)回路數量并(bing)沒有設置很多(duo)，因此(ci)無法將(jiang)(jiang)給水(shui)系(xi)(xi)(xi)統全部通過太陽能去(qu)加熱，主路還(huan)是在原(yuan)來的回熱系(xi)(xi)(xi)統里面，只將(jiang)(jiang)部分的水(shui)引出并(bing)加熱，再并(bing)回到原(yuan)來的系(xi)(xi)(xi)統中，以此(ci)實現兩路并(bing)聯的運(yun)行(xing)。同時，導熱油系(xi)(xi)(xi)統運(yun)行(xing)溫度(du)與給水(shui)系(xi)(xi)(xi)統溫度(du)相匹(pi)配，在220-260℃較低(di)的溫度(du)下運(yun)行(xing)。

②大溫(wen)差(cha)串(chuan)聯運行(xing)方案：在(zai)一號高加(jia)(jia)的入口(kou)串(chuan)聯全流量的給水(shui)系統(tong)(tong)，全部引(yin)入到(dao)槽(cao)式(shi)換(huan)熱器加(jia)(jia)熱，再(zai)引(yin)入到(dao)一號高加(jia)(jia)的入口(kou)處，進行(xing)進一步的加(jia)(jia)熱。該方案槽(cao)式(shi)導(dao)熱油系統(tong)(tong)在(zai)260-320℃大溫(wen)差(cha)的情況下運行(xing)，充分(fen)利用(yong)了導(dao)熱油的溫(wen)度使用(yong)上限。

比較上述兩個方(fang)(fang)案，可以看出，在(zai)大(da)溫(wen)差串聯運(yun)行(xing)方(fang)(fang)案中鏡(jing)場的供能更(geng)多，因為利用的溫(wen)度更(geng)高，流(liu)量更(geng)大(da)，且替代的是更(geng)高級(ji)的抽(chou)汽，據田增(zeng)華介紹，采用大(da)溫(wen)差串聯運(yun)行(xing)方(fang)(fang)案可以增(zeng)加年發(fa)電(dian)量17218MWh。

3.集熱系統配置及設備選型

以大溫(wen)差(cha)串聯運行方(fang)案(an)為(wei)例，運行溫(wen)度(du)為(wei)260-320℃，只有(you)60度(du)的(de)溫(wen)差(cha)。“結合場地(di)情況(kuang)，我們采(cai)用的(de)是48條長度(du)為(wei)300m的(de)集熱器(qi)(qi)，比標(biao)準的(de)回路少一半；傳(chuan)熱介質(zhi)采(cai)用的(de)是中(zhong)溫(wen)合成導熱油，其工作溫(wen)度(du)范圍(wei)為(wei)6-320℃；集熱器(qi)(qi)開(kai)口為(wei)5.77m、長度(du)為(wei)150m，并配套相應的(de)的(de)反射鏡和真(zhen)空集熱管。”

田增華介紹：“根據法(fa)向直(zhi)接輻射數(shu)據，我們的設計點(dian)光熱(re)轉換效率(lv)72.18%，年均光熱(re)轉換效率(lv)44.82%。關于該(gai)項目的輔助(zhu)系統(tong)，我們采用電伴熱(re)防凝系統(tong)，同時配置相應的氮封(feng)和膨脹溢流系統(tong)。”

汽輪(lun)機在滿負荷(he)的工況下效率(lv)為(wei)41.76%，鍋爐效率(lv)為(wei)92.37%。由于(yu)規(gui)(gui)模(mo)(mo)的限制，采用(yong)光(guang)煤(mei)耦(ou)合之后年節省燃(ran)標(biao)煤(mei)量(liang)5460噸(dun)。田增(zeng)華(hua)表(biao)示：“48條(tiao)長度300m的標(biao)準回(hui)路規(gui)(gui)模(mo)(mo)不是(shi)很(hen)大，節約的燃(ran)標(biao)煤(mei)量(liang)也(ye)不是(shi)很(hen)大，這給我們提供(gong)了一個發展(zhan)思路。”該項目鏡場總面積(ji)78480㎡，可增(zeng)加(jia)發電量(liang)17218MWh，由于(yu)項目鏡場規(gui)(gui)模(mo)(mo)不是(shi)很(hen)大，因此(ci)未設置熔鹽儲熱(re)系統。

田增華特別指(zhi)出，目(mu)前介紹的這個項目(mu)所在地的資源情(qing)況并不是非常理想，DNI值僅(jin)為1600kWh/㎡/y，而(er)一般國(guo)際(ji)上(shang)公認的光熱發電比較理想的選(xuan)址DNI值應(ying)該在1700kWh/㎡/y以(yi)上(shang)，那么該項目(mu)也給低輻射地區(qu)提供了一種太(tai)陽能熱利用的參(can)考和可能性。

4.經濟性

該(gai)項(xiang)目總投資約1.4億，按照(zhao)10%的(de)收(shou)益(yi)率來算，電價(jia)僅為1.095元(yuan)，而(er)在1.15元(yuan)首批(pi)示范項(xiang)目的(de)電價(jia)下(xia)，收(shou)益(yi)率可(ke)達11.83%。田增華強調，該(gai)項(xiang)目在當地(di)DNI值為1600kWh/㎡/y的(de)情況下(xia)，實現(xian)了(le)這樣的(de)經濟性(xing)，那(nei)么在DNI值更高(gao)的(de)地(di)區將有(you)很大(da)的(de)降本空(kong)間。因(yin)此，光煤耦合的(de)方案在光熱發電降本方面有(you)一定的(de)優勢。