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日前，蘭州(zhou)大成敦煌50兆瓦(wa)熔鹽線性菲(fei)涅(nie)爾(er)式(shi)光熱發電示范項目(mu)（以下簡稱“敦煌菲(fei)涅(nie)爾(er)式(shi)光熱項目(mu)”）有序實現復工(gong)(gong)復產，開始進行主要尾工(gong)(gong)及(ji)消缺工(gong)(gong)作，向著今年(nian)6月三島性能測試(shi)及(ji)效率提升的(de)目(mu)標沖刺。該項目(mu)是世界首個(ge)熔鹽線性菲(fei)涅(nie)爾(er)式(shi)太陽能光熱發電商用項目(mu)，由中國(guo)能建(jian)西北院勘察(cha)設計。

新技術有新優勢

敦煌菲(fei)涅爾(er)式光(guang)(guang)熱項目是我國(guo)首批光(guang)(guang)熱發電示(shi)范項目之(zhi)一，2018年(nian)9月開工，采用我國(guo)具有自主知識產權的(de)線(xian)性(xing)菲(fei)涅爾(er)式聚光(guang)(guang)集(ji)熱技(ji)術(shu)，以熔鹽為(wei)集(ji)熱、儲熱、換熱介質，配置15小(xiao)時儲熱，可實(shi)現24小(xiao)時全(quan)天候(hou)發電，年(nian)利用小(xiao)時數達(da)4283小(xiao)時，年(nian)發電量約2.14億千瓦時。

“根據聚(ju)光方式不同，目前商(shang)用光熱發(fa)電技(ji)術(shu)分為(wei)(wei)槽(cao)式、塔式、碟式和線性菲(fei)涅爾(er)式。”西北(bei)院(yuan)項(xiang)目設計總工程師黎建(jian)鋒說，“現在世界已建(jian)成(cheng)的(de)光熱發(fa)電項(xiang)目以槽(cao)式、塔式為(wei)(wei)主，兩(liang)者(zhe)技(ji)術(shu)相對成(cheng)熟，但建(jian)設成(cheng)本(ben)居高難下。線性菲(fei)涅爾(er)式技(ji)術(shu)較新，結構(gou)簡單，建(jian)設、運行成(cheng)本(ben)低，優勢明顯。”

因為采用線(xian)性菲涅爾(er)式(shi)技術(shu)，該項(xiang)目(mu)(mu)的(de)集(ji)熱管位置固定，避免了高溫高壓熔(rong)鹽管路的(de)密(mi)封和(he)連接(jie)問題(ti)，集(ji)熱場(chang)運行更加穩(wen)定。“值得一提的(de)是，線(xian)性菲涅爾(er)式(shi)技術(shu)的(de)集(ji)熱器結(jie)構緊湊、簡單，所需構件形式(shi)不多，項(xiang)目(mu)(mu)相關設備容(rong)易(yi)實(shi)現標準(zhun)化，適(shi)合(he)本土(tu)化批量生產，既(ji)降低(di)了成本，又可帶(dai)動國內相關產業的(de)發展(zhan)。”黎建(jian)鋒強調。

該項(xiang)目的(de)一次反射(she)(she)鏡采用平面反射(she)(she)鏡，生產工藝成熟、成本(ben)較低(di)，安(an)裝距離地(di)面僅(jin)1米(mi)高(gao)，可保持較好(hao)的(de)結(jie)構(gou)穩(wen)定性，也(ye)會大(da)(da)大(da)(da)降(jiang)(jiang)低(di)風阻，減(jian)少(shao)(shao)設(she)備被破(po)壞的(de)機(ji)率，更(geng)能進行大(da)(da)面積、高(gao)效(xiao)率的(de)自動化清洗，耗水(shui)少(shao)(shao)，維護成本(ben)低(di)。同時，因為支撐結(jie)構(gou)簡(jian)單，整個光場系統(tong)建(jian)設(she)所需的(de)鋼(gang)材和混凝土消耗量也(ye)大(da)(da)大(da)(da)下降(jiang)(jiang)。

此(ci)外，由(you)于一次反射鏡距(ju)離地(di)面較低(di)，遮擋較少，采用(yong)緊(jin)湊(cou)型布置(zhi)方式，安(an)裝密度更大，這也(ye)使該項目(mu)擁有(you)了極(ji)高的單位土地(di)發電效率。

優化設計克難關

儲(chu)熱系統是太陽能熱發電的(de)核心。目(mu)前，世界已建成(cheng)的(de)線性菲涅爾式光熱發電項目(mu)都采用水或導熱油(you)為工(gong)質，很難實現儲(chu)熱，成(cheng)為制約該技術發展的(de)一大瓶頸。

儲熱(re)(re)系統(tong)的(de)關(guan)鍵是儲熱(re)(re)材料(liao)。熔(rong)鹽(yan)即無機鹽(yan)的(de)熔(rong)融(rong)體(ti)，是一種熱(re)(re)密(mi)度大、成本低(di)、壽(shou)命長、易調節、傳熱(re)(re)儲熱(re)(re)性(xing)能好(hao)的(de)儲熱(re)(re)介質。如今，在世界所有(you)配備儲熱(re)(re)設施的(de)電(dian)力系統(tong)中，熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)技(ji)術占比75%，并且(qie)主(zhu)要用于(yu)光熱(re)(re)發電(dian)項目.在我(wo)國(guo)首(shou)批(pi)20個光熱(re)(re)發電(dian)示范項目中，更有(you)18個采用熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)。“線性(xing)菲涅爾式技(ji)術想(xiang)要簡化系統(tong)、獲得更高的(de)熱(re)(re)電(dian)效(xiao)率(lv)和(he)發電(dian)效(xiao)率(lv)，提升系統(tong)運(yun)行(xing)的(de)可靠性(xing)和(he)經(jing)濟(ji)性(xing)，增(zeng)加項目的(de)年運(yun)行(xing)小時數(shu)，降低(di)平(ping)準(zhun)化電(dian)力成本，與熔(rong)鹽(yan)‘結合’是極佳的(de)選(xuan)擇。”黎建鋒(feng)說。

敦煌菲涅(nie)爾式(shi)光熱項目以(yi)二元熔鹽為工質，熔點約220攝氏度，運行溫(wen)(wen)度在(zai)290—550攝氏度。但是(shi)，高溫(wen)(wen)熔鹽易(yi)凝(ning)固、腐蝕(shi)性(xing)強(qiang)，一(yi)旦在(zai)集熱管(guan)(guan)內(nei)凝(ning)結，將很難在(zai)較短(duan)時間(jian)內(nei)熔化。因此(ci)，如(ru)何防止高溫(wen)(wen)熔鹽在(zai)集熱管(guan)(guan)內(nei)凝(ning)結，成為世(shi)界性(xing)難題。

西北院集中攻關，通過對該項目系統(tong)優化設(she)計(ji)，最大(da)限度降低了長(chang)距離(li)熔鹽(yan)管道熱損失，對多云天(tian)氣、夜間和(he)寒冷季(ji)節防凝模(mo)(mo)式的運(yun)(yun)行(xing)參數(shu)進行(xing)了多工況數(shu)值模(mo)(mo)擬、比選，以(yi)安全運(yun)(yun)行(xing)為(wei)(wei)(wei)前(qian)提，以(yi)追求發電量最大(da)化為(wei)(wei)(wei)目標，形成(cheng)了一套較(jiao)為(wei)(wei)(wei)完(wan)整的防凝運(yun)(yun)行(xing)模(mo)(mo)式體系。由此，中國也成(cheng)為(wei)(wei)(wei)世(shi)界少(shao)數(shu)幾個掌握高溫(wen)熔鹽(yan)儲熱技術的國家之一。

破浪前行勢如虹

早在2007年，西北院便開(kai)始了(le)光(guang)(guang)熱發電項(xiang)(xiang)目(mu)的研(yan)發設計(ji)，是國(guo)內最(zui)早開(kai)展研(yan)究的設計(ji)單位之一。多(duo)(duo)年來(lai)，該(gai)院完成多(duo)(duo)項(xiang)(xiang)科(ke)研(yan)課題，獲得國(guo)家專利20余項(xiang)(xiang)，參加或承接多(duo)(duo)個(ge)國(guo)家級、地方(fang)級光(guang)(guang)熱產業(ye)規(gui)劃(hua)、前期咨詢工程，成為(wei)目(mu)前國(guo)內唯一擁有光(guang)(guang)熱發電科(ke)研(yan)示范項(xiang)(xiang)目(mu)、商(shang)業(ye)運(yun)(yun)行項(xiang)(xiang)目(mu)的設計(ji)單位，具備光(guang)(guang)熱發電項(xiang)(xiang)目(mu)投(tou)融資建(jian)設運(yun)(yun)營(ying)一體化全產業(ye)鏈服務的實力。

2014年，西北院承擔了(le)蘭州大成敦煌光(guang)(guang)熱(re)發電項(xiang)目(mu)一期10兆瓦工(gong)程的勘(kan)察設計(ji)工(gong)作，這(zhe)是(shi)國內(nei)首個線性菲涅(nie)爾(er)式(shi)技術商業化(hua)光(guang)(guang)熱(re)發電項(xiang)目(mu)。2015年，在國家光(guang)(guang)熱(re)示(shi)范項(xiang)目(mu)申報、50兆瓦光(guang)(guang)熱(re)示(shi)范項(xiang)目(mu)可行性研究、初步(bu)設計(ji)階段，西北院與蘭州大成公司再續前(qian)緣(yuan)，在聚(ju)光(guang)(guang)集熱(re)系(xi)(xi)統參(can)數定型(xing)、儲換(huan)熱(re)時長優化(hua)及熔鹽線性菲涅(nie)爾(er)式(shi)技術發電量計(ji)算(suan)等關鍵核(he)心技術領域進行了(le)攻關研究，于2019年形成了(le)完整的熔鹽線性菲涅(nie)爾(er)式(shi)聚(ju)光(guang)(guang)集熱(re)系(xi)(xi)統技術體系(xi)(xi)，并成功(gong)用于項(xiang)目(mu)實踐。

在該項目(mu)勘察設(she)計期(qi)間(jian)，面(mian)對國內光熱相(xiang)關設(she)計規范及(ji)線性菲涅(nie)爾式(shi)光熱發(fa)電(dian)項目(mu)技術標準空白、項目(mu)建(jian)設(she)進度快(kuai)、設(she)計周期(qi)緊的(de)情況，西北院投入(ru)骨干力量(liang)，克服諸多不利因素(su)，為國內線性菲涅(nie)爾式(shi)光熱發(fa)電(dian)項目(mu)的(de)設(she)計、調試、運行等(deng)積累了(le)先導經驗(yan)。

“截至2019年底，全國共有(you)7座光熱發(fa)電(dian)項目并網發(fa)電(dian)，西北院參與設計或總承包建設了其中5座，技(ji)術(shu)(shu)路線全覆蓋(gai)塔式(shi)、槽式(shi)及線性菲涅爾式(shi)。”黎建鋒自豪地說，雖然(ran)我(wo)國光熱發(fa)電(dian)研究起步較晚，但部分技(ji)術(shu)(shu)已走(zou)在世(shi)界前列。