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光熱電站項目要點和經濟效益分析
來源:計鵬新能源 | 1評論 | 19088查看 | 2017-05-12 11:26:00    
一、光熱電站政策支持


1、國家能(neng)源局關于印發太陽能(neng)發電發展“十(shi)二五(wu)”規劃的通知(國能(neng)新能(neng)[2012]194號)——推動光熱進入實質性發展階段;


2、科技部關于印發太陽能發電科技發展“十二五”專項規劃的通知(國科發計〔2012〕198號)——推動光熱技術研究工作;


3、國家能源局關于公布創建新能源示范城市(產業園區)名單(第一批)的通知(能新能〔2014〕14號——推動光熱建筑一體化;


4、國家能源局綜合司關于做好太陽能發展“十三五”規劃編制工作的通知(國能綜新能[2014]991號)——進行了多項關于光熱的課題研究;


5、國家能(neng)源(yuan)局關于組織太陽能(neng)熱(re)發電示范(fan)項目建設(she)的(de)通知國能(neng)新能(neng)〔2015〕355號(hao)——開展示范(fan)項目的(de)投標工作;


6、國家能源局關于建設太陽能熱發電示范項目的通知[2016]223號——示范項目共20個,總計裝機容量134.9萬千瓦,分別分布在青海省、甘肅省、河北省、內蒙古自治區、新疆自治區;


7、國家發展改革委出臺《關于太陽能熱發電標桿上網電價政策的通知》發改價格[2016]1881號——1.15元/kWh;


二、資源及選址


(一)資(zi)源情況(kuang)


我國目前光熱(re)發(fa)電(dian)太陽(yang)能資(zi)源(yuan)分(fen)(fen)布及等級分(fen)(fen)類見圖1及表(biao)1所示


  圖1我國光熱資源分布圖


  表1光熱輻射等級分類


采用衛星數據誤差較大,實際工作中,應在站址位置設實測站進行觀測和數據訂正。優先選擇光資源優良的地區開展前期工作。


(二)資(zi)源角度進行場(chang)址(zhi)選擇


在我國太陽能熱發電的起步階段,宜選擇太陽能資源條件較好的區域建設示范項目,有利于降低發電成本。我國主要可利用的光熱資源儲量見表2所示:


  表2我國主要可利用光熱資源儲量


我國目前首批20個光熱發電示范項目分布在青海省、甘肅省、河北省、內蒙古自治區、新疆自治區。根據資源圖譜所示,項目區域普遍在1700kWh/m2a以上,最高地區甚至超過了2200kWh/m2a。如果按照100MW項目計算,全廠發電年平均效率相同的情況下,1700kWh/m2a地區與2200kWh/m2a地區年發電量大約相差約50000-75000MWh。


(三)影響發電(dian)量的重要(yao)指標-DNI


DNI是光熱電站項目經濟可行性研究的重要基礎數據,對于任何一個光熱電站,開發商要對自己和投資方負責,都必須在項目預選地安裝測光站,進行至少一年以上的實際輻照數據搜集。依靠美國NASA的公開數據和我國各地氣象站提供的數據資料并不足以指導光熱電站的項目選址。DNI的計算方法及流程見圖3所示。


  圖2我國具有DNI指數氣象站分布情況


  圖3DNI計算流程


三、光熱電站工程要點


(一)槽式光熱電(dian)站


1、發電原理介紹


利用反射鏡,將太陽的直接輻射能聚集在吸熱器上,加熱吸熱器中的吸熱介質,將光能轉化成熱能;再利用吸熱介質的熱能通過蒸汽發生系統產生過熱蒸汽;利用過熱蒸汽通過汽輪發電機組實現熱能到機械能再到電能的轉換,見圖4所示。


  圖4光熱能量轉換過程圖


2、發電量及全廠發電年平均效率的計算:


太陽能熱發電發電量與太陽能資源數據、集熱場特性數據、儲熱系統數據、發電島有關數據等因素密切相關,通過仿真模擬計算出逐時發電量,從而得到全年發電量,用以評估太陽能熱發電項目的技術經濟性。


根據以上數據,計算全廠發電年平均效率如下:


η=Q/(DNI×A×n)


其中:η全廠總效率(%);


Q年發電量(kwh/a);


DNI年法向直接(jie)輻射量(liang)(kwh/m2.a);


A單回路集熱器開口面積(m2);


N集熱場回路數量;


3、影響發電量計算主要參數:


  表3影響發電量主要因素表


(二)設備(bei)選(xuan)型


1、槽式拋物面聚光器


(1)集熱系統配置根據當地光照資源條件、場地條件,汽輪機出力、熱儲能時間及各系統效率確定。


(2)槽式聚光器集熱器是由真空集熱管、拋物反射鏡、支架和跟蹤控制裝置構成,實現最大地吸收太陽直接輻射能。


(3)集熱器要具有一定反射面積。


(4)集熱器定向要適合當地太陽運行軌跡。


(5)集熱器是槽式電廠中的最關鍵的核心設備。


  圖5槽式拋物面聚光器


2、真空集熱管


(1)內管涂覆有選擇性吸收涂層后的鋼管用經鍍膜的硼酸玻璃管封裝后抽真空。


(2)通過波紋管吸收二者間的膨脹差。


(3)真空集熱管(HCE)是集熱器的一個關鍵部件。

  圖6真空集熱管集熱示意圖


  
表4集熱管及其參數表


3、反光鏡


(1)由超白玻璃、反射層、緩沖層、保護層等構成。


(2)要具有高精度、高反射率、高耐久性的性能。


(3)銅膜,具有很好的防腐蝕性能。


(4)反射鏡要具有抵抗外力沖擊能力。


7.jpg

圖7反射鏡結構圖


表5.jpg

表5反射鏡技術參(can)(can)數(shu)參(can)(can)考(kao)表


4、吸熱傳熱介質(導熱油)


其特(te)性主要(yao)有:工作溫度(du)高;熱(re)穩定性強(qiang);傳熱(re)性佳;熱(re)傳遞損失小;低蒸汽壓;低凝固點;材料相容性好(hao);經濟性好(hao)。


6.jpg

表6吸熱(re)傳熱(re)介質(zhi)(導熱(re)油)技術參數參考表


 5、蒸汽發生裝置


(1)蒸汽發(fa)生系統主要(yao)由預熱器(qi)(qi)(qi)(qi)、蒸汽發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)、過熱器(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)再熱器(qi)(qi)(qi)(qi)組成。


(2)單(dan)(dan)套系(xi)統具有管系(xi)簡(jian)單(dan)(dan)、設備占地小、閥(fa)門少、運行調節簡(jian)單(dan)(dan)等特點。


(3)而兩(liang)套系(xi)統具有低負荷調(diao)節性(xing)能強的(de)特點,但整(zheng)體占地較大。


表7.jpg

表(biao)7蒸汽發生裝置參(can)數參(can)考表(biao)


6、儲熱方式


太陽(yang)能儲(chu)(chu)熱(re)(re)主要有三(san)種(zhong)形式(shi):A.顯熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)B.潛熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)C.化學(xue)反(fan)應儲(chu)(chu)熱(re)(re)。


儲熱材料應滿足以下要求:


儲熱密度(du)大;穩定(ding)性好;無毒、無腐蝕、不易燃易爆,且價格低廉;導熱系數大,能量可以及時地(di)儲存或(huo)取出;不同狀態間轉化時,材料(liao)體積變化要小;合適的使用溫度(du)。


7、汽輪發電機組容量和型式


合理選擇機組容量:


(1)單機(ji)容(rong)量的增(zeng)大,有(you)利于降(jiang)低工程單位造價,但需要(yao)技術成熟度作為支撐,同時,還要(yao)考慮儲(chu)熱系統的容(rong)量和機(ji)組的整體(ti)經(jing)濟(ji)性。


(2)對于槽式電站,集熱場規(gui)模增大(da),傳熱介質的流動(dong)距離更長,阻力也將更大(da),會使(shi)廠用(yong)電消耗增加。


(3)機組容量(liang)應綜(zong)合技術成(cheng)熟度(du)、儲(chu)熱系統容量(liang)和機組的(de)整體經(jing)濟性進行多方案比選(xuan)后(hou)確定。


汽輪(lun)機(ji)型(xing)式(shi)的主要特點有(you):啟動迅(xun)速(su)(su)、頻繁啟停(ting)、高(gao)(gao)(gao)(gao)效可靠(kao),應具有(you)快速(su)(su)響應進(jin)汽參數變化及低(di)負荷連續運(yun)(yun)行的能力。其型(xing)式(shi)有(you):高(gao)(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)或中溫高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)、一次中間再熱、雙缸(gang)(gang)、雙軸、雙轉(zhuan)速(su)(su)(高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)轉(zhuan)速(su)(su)6000rpm,低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)轉(zhuan)速(su)(su)3000rpm)、凝汽式(shi)汽輪(lun)機(ji)。額(e)定功率背(bei)壓(ya)(ya):在缺(que)水地區,采用空冷(leng)機(ji)組(zu)。為提高(gao)(gao)(gao)(gao)機(ji)組(zu)全(quan)年運(yun)(yun)行的經濟性,建議按照額(e)定背(bei)壓(ya)(ya)(冷(leng)卻介質全(quan)年平(ping)均計算溫度對應的背(bei)壓(ya)(ya))作為汽輪(lun)機(ji)額(e)定功率背(bei)壓(ya)(ya)。


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圖8槽式太(tai)陽能熱電項目(mu)汽輪發(fa)電機(ji)組(zu)外形圖


與常規火電機組的不同點是:


(1)發電機(ji)布置在高壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)與低壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)之間,高壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)通過變速箱(xiang)與發電機(ji)連接。高低壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)可單獨運(yun)行(xing)也可以(yi)聯合運(yun)行(xing);


(2)采(cai)用(yong)再熱設計可(ke)顯著提(ti)高汽(qi)輪發(fa)電機組效率,最(zui)高效率可(ke)達40%以上;


(3)可長時間低負(fu)(fu)荷運行(xing)(20%負(fu)(fu)荷),冷態啟(qi)動時間僅需(xu)1~2小時(0%~100%負(fu)(fu)荷),溫態啟(qi)動時間僅需(xu)20~30分鐘(0%~100%負(fu)(fu)荷)。


8、主變壓器選擇


(1)主變壓器容量應(ying)按照發電機的(de)額定容量扣除本機組的(de)廠用負荷(he)后,留有(you)10%的(de)裕度。


(2)主變(bian)壓器額定電(dian)壓根據發電(dian)機出口(kou)電(dian)壓,以及(ji)并網電(dian)壓選擇。


(3)主(zhu)變主(zhu)要技術參數(shu)注意事項請見表8(數(shu)據(ju)為參考值)。


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表(biao)8主(zhu)變主(zhu)要技術參數表(biao)


9、導體選型


導體及設備選擇遵照《導體和(he)電器(qi)選擇設計技術(shu)規定(ding)》DL/T5222-2005,并(bing)考慮以下特殊條件(jian)。


(1)項目所在區域室內(nei)外環境溫度。


(2)當地(di)的污穢(hui)等級。


(3)敷設方式。


(4)直埋式要考慮土壤腐蝕度和地下水位。


(5)地(di)震裂度(du),地(di)震加速度(du)值等(deng)。


(6)導體及電氣設備均根據海拔高度選(xuan)擇,并做修(xiu)正。


(三)土建工程


光熱電站選址應(ying)根據國(guo)家可再生能源中(zhong)長期(qi)發(fa)(fa)展規(gui)劃(hua)、地(di)區(qu)自然條件、太陽能資源、交通(tong)運輸、接(jie)入系統、地(di)區(qu)經濟發(fa)(fa)展規(gui)劃(hua)、其(qi)它設(she)施(shi)等(deng)因素全(quan)面考(kao)慮,綜(zong)合(he)規(gui)劃(hua)。選址過程(cheng)中(zhong)應(ying)考(kao)慮以下因素:①不(bu)宜占用耕地(di)。②光照(zhao)時間長,提高發(fa)(fa)電量。③地(di)勢高差小,減少土石方工程(cheng)量(場地(di)平整(zheng)度要求嚴(yan)(yan)格(ge))。④應(ying)避開嚴(yan)(yan)重污染區(qu)、地(di)質災(zai)害易發(fa)(fa)區(qu)、氣(qi)候災(zai)害嚴(yan)(yan)重區(qu)、影響人類居住(zhu)或受人類活(huo)動影響區(qu)。⑤水資源相對豐富(fu)(100MW-17.6萬(wan)噸)。


總平面布置原則:


1、滿足(zu)各場地和設施(shi)功(gong)能要求,為生產過程創造有利(li)條件(jian)。


2、符合當地規劃要求。


3、充分利用占(zhan)地,緊(jin)湊布置總(zong)平面。節省投資(zi),加快本期建(jian)設的(de)進度。


4、盡量縮短(duan)運(yun)輸距離(li)和(he)管(guan)線(xian)長(chang)度。


5、利(li)用風向減少相互干擾,改善環境。


6、滿(man)足各種防護距(ju)離(li)的(de)要求。


9.jpg

表9太(tai)陽能熱發電(dian)站選址一般性條(tiao)件


建筑物主要類型有汽機(ji)房(fang)(fang)(fang)、化學(xue)水(shui)處(chu)理站、換熱(re)站、綜合水(shui)泵(beng)房(fang)(fang)(fang)、補(bu)給(gei)水(shui)泵(beng)房(fang)(fang)(fang)、生活(huo)污(wu)水(shui)處(chu)理站、辦公樓、HTF泵(beng)房(fang)(fang)(fang)、啟(qi)動(dong)與防凝鍋爐房(fang)(fang)(fang)、空冷配電間(jian)、原(yuan)水(shui)預處(chu)理。


建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)物布置(zhi)原則:廠區內建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)物的(de)布置(zhi)在結(jie)合廠區的(de)總體規劃、滿(man)足生產工藝要求及方便管理的(de)前提下(xia),盡可能創(chuang)造較好的(de)工作環境。除辦公樓用(yong)(yong)于人員生活(huo)外,其(qi)他(ta)建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)均用(yong)(yong)于生產,故最好都(dou)采(cai)用(yong)(yong)單(dan)層結(jie)構。建(jian)(jian)(jian)筑(zhu)材料盡量就地取材,節約成本。


在查明(ming)場區地質條件的情況下,需對場區內(nei)構筑物進行結構設計(ji)。主要包括:


1、集熱區:槽(cao)式(shi)集熱陣列基礎(chu)及(ji)結構(gou)設計。


2、儲(chu)熱(re)(re)區:事故油(you)坑、HTF溢(yi)流(liu)罐、HTF膨脹箱、HTF泵房、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)罐、導(dao)熱(re)(re)油(you)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)換(huan)熱(re)(re)器和熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)熔(rong)(rong)(rong)化爐(熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)初始融化系統)等基礎及結構設(she)計(ji)。


3、發(fa)電區(qu):空冷平臺、換熱站、架構和設(she)備支架等。


(四)安裝工程


1、場地(di)平整(zheng)(zheng):對(dui)場區(qu)平整(zheng)(zheng)度要(yao)(yao)求較(jiao)高,土方(fang)(fang)量(liang)較(jiao)大,應(ying)結合地(di)形,合理布局,在滿足要(yao)(yao)求的前(qian)提(ti)下(xia)做到減少土方(fang)(fang)工程量(liang),降低造價。


2、防洪防澇:場(chang)區占(zhan)地面積(ji)(ji)較大(da),大(da)雨天(tian)容易積(ji)(ji)水形成沖涮和洪澇,應做好排水措施。


3、施工難(nan)度(du):高海拔,溫度(du)低(di),要考慮工程防凍及冬季施工要求。


4、水(shui)資源(yuan)(yuan):高(gao)海拔地區,水(shui)資源(yuan)(yuan)不足,需要(yao)提前做好相關(guan)準(zhun)備,若條件允許,盡量使(shi)用地表水(shui)資源(yuan)(yuan)及處理后(hou)的(de)污(wu)水(shui)。


5、占地(di)面(mian)(mian)積(ji):占地(di)面(mian)(mian)積(ji)與(yu)太陽(yang)直接輻射強(qiang)度(du)、機(ji)組容量、聚光集熱方(fang)式和儲熱系統容量等(deng)均(jun)有關系,故(gu)申請用地(di)面(mian)(mian)積(ji)前(qian),一定要根據收集到的基礎數據進行計算分析確定。


6、安裝(zhuang):安裝(zhuang)精度(du)會影(ying)響聚光鏡跟蹤的命中(zhong)率和(he)精準度(du),從而(er)影(ying)響發電量(liang),需要(yao)嚴(yan)格控(kong)制。


占地面積包括:


a、集熱場安裝(zhuang)施(shi)工區(qu)(安裝(zhuang)車間和倉庫)


b、換熱安裝施工區


c、汽機機力塔安裝(zhuang)施工區(qu)(汽機施工區(qu)和機力塔施工區(qu))


d、其它安裝區(qu)(電氣施工區(qu)、設備(bei)堆放區(qu)、修配鉚(liu)焊區(qu)、機械站區(qu))


e、土建施工區(鋼筋(jin)加工、混(hun)凝(ning)土攪拌站、木工模板(ban)區)


f、輔助(zhu)生產及(ji)施工(gong)管理區(施工(gong)管理區和倉庫)、宿舍(she)及(ji)其它生活設施占(zhan)地等。


g、100MW工程占(zhan)地(di)面積約4.50hm2,其(qi)中(zhong)施(shi)工區用(yong)地(di)3.7hm2,施(shi)工生(sheng)活區占(zhan)地(di)0.8hm2


四、光熱電站經濟性分析


(一)投資


1、測算基本條件


以槽式光熱項目為(wei)例,其各類投資投產比例見圖(tu)9所(suo)示(shi)


20170516095597509750.jpg

圖9槽式光熱項(xiang)目靜態投(tou)資投(tou)產比例圖


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表10主輔生產工程投資構成與占比分析(xi)(槽式)


(二)經濟性分析


1、基本收益情況


(1)測算條件


槽式100MW光熱項(xiang)目(mu),儲能(neng)7小(xiao)時,運行25年(nian),建設期(qi)2年(nian),投資按前述測算投資。電(dian)價(jia)按1.15元/kW(示范(fan)項(xiang)目(mu)電(dian)價(jia)),年(nian)發電(dian)量暫按3000h;


年耗(hao)水量(liang)15×104t,水價(jia)3元(yuan)/t,發電(dian)場(chang)用(yong)電(dian)率(lv)10%,發電(dian)標(biao)準氣(qi)耗(hao)0.015Nm3/kWh,氣(qi)價(jia)2元(yuan)/Nm3,外(wai)購(gou)電(dian)量(liang)2700MWh,工業電(dian)價(jia)0.75元(yuan)/kWh;材料(liao)費8元(yuan)/MWh;其(qi)他費用(yong)12元(yuan)/MWh;


資本金20%,80%的銀行貸款(kuan),長期貸款(kuan)利(li)率4.90%;


(2)收益情況


11.jpg

表(biao)11測算投資收益匯總(zong)表(biao)


(3)敏感性分析


12.jpg

表12測算(suan)敏感性分析表


圖10.jpg

圖(tu)10敏感性圖(tu)


從圖10中可(ke)以看出,收益對(dui)電價最為(wei)敏感,其(qi)次是投資,再次是利率。


2、投資變化的影響


表13.jpg

表(biao)13主要成(cheng)本構成(cheng)表(biao)


各設(she)備(bei)隨(sui)著降價(jia)(jia)(jia)幅度(du)的(de)(de)不同,都(dou)收(shou)益的(de)(de)影響也(ye)不同,但隨(sui)著技(ji)術進步(bu)和(he)創新,設(she)備(bei)價(jia)(jia)(jia)格的(de)(de)持續下降,在現(xian)有電(dian)價(jia)(jia)(jia)條件下,光熱電(dian)站是可以實現(xian)8-10%的(de)(de)收(shou)益率(lv)。


表14.jpg

表(biao)14主要設備成(cheng)本變(bian)化(hua)對應收(shou)益及相當(dang)的電價變(bian)化(hua)表(biao)


3、發電量變化的影響


發電量(liang)增(zeng)長(chang)和(he)降低的變(bian)化趨勢有所不同,下(xia)降時都收益影響會大一些。發電量(liang)每變(bian)化100h,資本金內(nei)部收益率約調(diao)整(zheng)1.2%,相當于電價調(diao)整(zheng)0.042元/kWh。詳見(jian)表13


表15.jpg

表15發(fa)電(dian)量變化對收益和(he)相當的(de)電(dian)價變化表


4、預期電價的調整趨勢


在2020年電價降到0.75元(yuan)/kWh,下(xia)降幅度為34.78%;


成本下(xia)(xia)降(jiang)到15000元(yuan)/kW左右(you),下(xia)(xia)降(jiang)幅度約為40%。


圖11.jpg

圖(tu)11數據來源(yuan)于《中國太陽能發(fa)展路線圖(tu)》


2020年電(dian)價0.75元/kWh,仍以發電(dian)量3000h,廠用電(dian)率(lv)10%,2700h進(jin)行(xing)測算(suan),以資(zi)本金稅后IRR8%對(dui)投資(zi)進(jin)行(xing)測算(suan):


投資(zi)(zi)下降37%,財(cai)務內部收益(yi)率可達(da)到8%,下降41%資(zi)(zi)本金稅后(hou)IRR可達(da)到10%。具體見表所(suo)示


表16.jpg

表16電價變化后的收益變化分(fen)析


我國常規能源(yuan)儲采比遠低(di)于世界平均水平,目前(qian)已成為世界第一大能源(yuan)消費國、原煤進口國、電力裝機國,原油和(he)(he)天然氣對外依存度高達60%和(he)(he)30%,中國大范圍持續霧霾等大氣污染已成為“心(xin)肺大患”。


光(guang)熱(re)的發展未來并(bing)非一條陽光(guang)坦(tan)途,從技(ji)術(shu)研發、方(fang)案設計、設備制造、到系統(tong)集成、運營維護(hu),需要整個行業,全(quan)產(chan)業鏈齊心協力共同努力,十三五(wu)是光(guang)熱(re)發展的關鍵時期!

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