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昨日，浙江可勝技術股份有限公司（以下簡稱可勝技術）消息：其建設的青海中控德令哈50MW光熱電站最近11個月發(fā)電量達到1.46億kWh，超過年度設計發(fā)電量（1.46億kWh），成為全國首個年發(fā)電量完全達到設計水平的光熱電站！此則信息令光熱行業(yè)振奮！
這樣的運行表現(xiàn)到底意味著什么？
對我國光熱行業(yè)的發(fā)展又將產(chǎn)生哪些積極的影響？
可勝技術如何做到的？
帶著這些問題，我們向浙江可勝技術股份有限公司董事長兼總工程師金建祥教授一探究竟。
Q&A
Q：青海中控德令哈50MW光熱電站取得這樣的運行水平，那么與國內(nèi)外同類型電站相比，這樣的運行表現(xiàn)到底處于什么樣的水平？
A：國際上已投運的塔式光熱電站，自并網(wǎng)發(fā)電以后往往有3-5年的性能提升期。國內(nèi)光熱發(fā)電技術較國外起步較晚，通過國家示范項目的建設，目前已有5座大型塔式光熱電站并網(wǎng)發(fā)電，絕大多數(shù)處于消缺階段或性能快速提升期。
我們德令哈光熱電站于2018年12月30日并網(wǎng)發(fā)電，2019年4月17日首次實現(xiàn)滿負荷運行，通過半年的快速消缺及試運行，于2019年7月下旬正式進入常規(guī)運行階段。在隨后的三年運行中，電站逐一解決了新冒出來的設備故障問題，并通過不斷優(yōu)化運行策略，連續(xù)突破單日、單月、年度運行紀錄。自2021年8月5日汽輪機及管道再次整改完成后，一直穩(wěn)定發(fā)電至今，僅僅用了11個月的時間，就完成了年度設計發(fā)電量（1.46億kWh），成為全國首個年發(fā)電量完全達到設計水平的光熱電站。根據(jù)我們的預測，到下個月5號，整個運行年度的發(fā)電量有望達到近1.6億kWh，將超出年度設計發(fā)電量10%，這也將是全球范圍內(nèi)第一個達到如此優(yōu)異表現(xiàn)的塔式熔鹽儲能光熱電站?；谝陨系铝罟鉄犭娬緝?yōu)秀的運行表現(xiàn)，以及我們從中積累的豐富運行經(jīng)驗，對于后續(xù)的塔式光熱發(fā)電項目，我們有充分的信心在18個月內(nèi)即實現(xiàn)連續(xù)12個月累計發(fā)電量達到設計值的目標，從而改變光熱電站學習期長、產(chǎn)能爬坡慢的痛點，為業(yè)主創(chuàng)造更多價值。
Q：請問光熱電站運行表現(xiàn)與哪些因素有關，青海中控德令哈光熱電站又是如何做到快速達產(chǎn)的，這其中有哪些關鍵點，我們在設計、運行方面又有哪些獨到之處？
A：光熱電站的運行表現(xiàn)首先與光資源情況直接相關，當然光資源是非技術因素，我們這里不做討論。技術因素主要包括聚光集熱系統(tǒng)、儲換熱系統(tǒng)、汽輪發(fā)電系統(tǒng)等各個系統(tǒng)的設計匹配度，設備性能，設備可靠性，運行優(yōu)化水平等。為提高青海中控德令哈50MW光熱電站的運行表現(xiàn)，我們各方做了大量的工作。
首先說說系統(tǒng)設計方面，光熱電站的聚光集熱系統(tǒng)、儲換熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)之間的集成是一項挑戰(zhàn)，關鍵是要做好各系統(tǒng)之間參數(shù)的匹配，以及設備之間接口的合理設計，確保設計方案符合光熱發(fā)電的特點及運行模式?？蓜偌夹g通過自主研發(fā)的塔式熔鹽光熱電站設計軟件，并結合已建成運行的德令哈10MW電站的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了電站聚光集熱、儲換熱和發(fā)電等多個系統(tǒng)的優(yōu)化設計，以及各系統(tǒng)相互間的優(yōu)化配置，有效提高了整個系統(tǒng)的運行效率。
對塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)而言，聚光集熱系統(tǒng)的性能是決定電站運行表現(xiàn)的最關鍵因素，而這里面，聚光精度直接決定著聚光集熱系統(tǒng)的效率，進而影響光熱電站的效率及發(fā)電量。我們主要從兩個方面入手來提高聚光精度，首先從定日鏡的機械結構設計與加工制造入手，保證定日鏡的機械精度；同時，鏡場的定期校正對保證聚光精度也非常重要，我們采用的基于機器視覺的自動校正方案，校正效率比傳統(tǒng)的白板校正方案提高25倍，這不僅可以大幅度降低鏡場投運前的校正時間，從而縮短調(diào)試工期，更重要的是利用高效的校正系統(tǒng)可以對正在運行的鏡場進行高頻率的校正，保證定日鏡的精度在全生命周期內(nèi)始終維持在最佳水平。鏡場控制系統(tǒng)的性能對發(fā)電量的影響也至關重要。依托我們在控制系統(tǒng)領域近30年的積累，自主研發(fā)的鏡場控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)大規(guī)模定日鏡場的集群控制，并與吸熱器控制系統(tǒng)深度耦合，在保證電站聚光集熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，大幅提升光資源利用率，進而提升電站發(fā)電量水平。
我們在這方面的工作成果也是非常顯著的。早在2019年，我們就委托業(yè)內(nèi)權威的德國航空航天中心（DLR）與CSP Services共同對我們的定日鏡產(chǎn)品進行了第三方檢測認證，并獲得了“Excellent”的最高等級評價，我們的定日鏡也可能是到目前為止唯一通過國際權威第三方機構檢測認證的塔式光熱電站核心設備。我們在聚光集熱系統(tǒng)方面的能力與水平也得到了行業(yè)的廣泛認可，我們牽頭了IEC國際標準《太陽能光熱發(fā)電站鏡場控制系統(tǒng)》，以及《塔式太陽能光熱發(fā)電站集熱系統(tǒng)技術要求》、《塔式太陽能光熱發(fā)電站定日鏡技術要求》兩項國家標準的編制。
設備可靠性也是非常關鍵的，塔式光熱電站主要設備包括鏡場、熔鹽吸熱器、熔鹽儲罐、熔鹽泵、熔鹽閥、汽輪發(fā)電機組等。電站設備的可靠性是直接影響電站性能及發(fā)電量的首要因素?？蓜偌夹g設計開發(fā)了可以在高原極端環(huán)境下穩(wěn)定運行的塔式光熱電站核心設備，如定日鏡、吸熱器等，解決了高海拔電控設計、低溫高傳動效率設計、低氣壓密封設計等一系列難題，并已經(jīng)過德令哈10MW光熱項目（2013年7月并網(wǎng)發(fā)電，運行9年）、德令哈50MW光熱項目（2018年12月并網(wǎng)發(fā)電）、共和50MW光熱項目（2019年9月并網(wǎng)發(fā)電）三個項目長時間的運行驗證。同時，可勝技術與國內(nèi)外領先的供應商和設計單位合作，攻克了熔鹽吸熱器的材料選型、柔性結構設計、運行工藝設計；儲罐結構設計和焊接質(zhì)量控制；熔鹽泵高溫環(huán)境下耐磨損設計、熔鹽泵與管道及平臺聯(lián)合設計；熔鹽閥門密封設計等大量技術難題，掌握了設備關鍵性能及控制要點，形成了完整的熔鹽系統(tǒng)工藝及設備質(zhì)量控制流程，保證了這些關鍵設備的運行可靠性。
運行優(yōu)化方面，最核心的是如何在有云天氣情況下，兼顧吸熱器的安全穩(wěn)定運行與提高光資源利用率。據(jù)統(tǒng)計，德令哈電站場址一年的有云天氣高達200天以上，不時飄來的云對光熱電站的運行影響非常大。我們知道云的遮擋會導致部分鏡場不能聚光，造成吸熱器因表面溫度巨變而影響其安全運行，對運行人員而言，選擇關場、疏鹽是最“安全”的操作，但這會造成光資源的極大浪費，同時鏡場重新投運時還需要花費時間進行吸熱系統(tǒng)及管道的預熱，進一步影響電站的發(fā)電量。而可勝技術的高精度鏡場控制系統(tǒng)，可迅速對全鏡場能量進行調(diào)度，以實現(xiàn)來云情況下吸熱器表面能量均勻分布，不發(fā)生表面溫度巨變，盡量避免關場、疏鹽，從而實現(xiàn)對光資源的最大限度利用。同時，云遮擋的持續(xù)時間長短，也可能對電站如何選擇運行策略造成影響，進而影響發(fā)電量。舉個例子，鏡場被來云遮擋時，電站需要根據(jù)云的持續(xù)時間選擇最優(yōu)的運行策略，若判斷云的持續(xù)時間很短，應通過調(diào)整鏡場能量和熔鹽流量、避免鏡場關場，保證在云遮擋結束后迅速恢復正常工作狀態(tài)；若判斷云的持續(xù)時間很長，則應選擇鏡場撤場、吸熱系統(tǒng)疏鹽。如何選擇最佳運行策略的核心是對云的運行趨勢進行精準的預測，可勝技術自主研發(fā)的云預測系統(tǒng)，具備云識別和云運動跟蹤功能，實現(xiàn)了30分鐘以內(nèi)的DNI預測功能，通過與鏡場控制系統(tǒng)的深度耦合，幫助操作人員選擇最佳運行策略，減少吸熱器的啟停次數(shù)，大幅提高光資源利用率。
同時，為提高電站運行的穩(wěn)定性和發(fā)電量水平，降低人為因素導致的系統(tǒng)效率下降和設備運行風險，我們還開發(fā)了聚光集熱系統(tǒng)自動化運行軟件，實現(xiàn)了聚光集熱系統(tǒng)在不同工況下的自動化運行。不僅如此，基于德令哈50MW項目的運行經(jīng)驗，設計開發(fā)了設備專家診斷系統(tǒng)軟件和運營分析系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了電站關鍵設備提前故障預警，能夠指導電站運行人員持續(xù)改進運行策略，同時大幅降低故障處理時間。
此外，針對西北地區(qū)常年風沙對鏡場清潔度的影響，可勝技術設計開發(fā)了國際首創(chuàng)的全自動清洗車，具備自動導航、水洗/干洗功能，可大幅提高鏡場清洗效率，保證定日鏡的清潔度與發(fā)電效率，降低運營成本。該設備榮獲SolarPACES 2020技術創(chuàng)新大獎。
Q：我們知道，青海中控德令哈光熱電站是唯一定期公開披露運行情況的光熱電站，您此前也多次分享過電站的運行經(jīng)驗和教訓，這次能否介紹下電站運行至今遇到的主要問題有哪些？有哪些經(jīng)驗教訓是值得同行借鑒吸取的？
A：青海中控德令哈50MW光熱電站投運以來，主要解決了冷鹽泵震動、吸熱屏堵管、汽輪機動靜摩擦等問題。其中冷鹽泵震動與吸熱屏堵管的問題對發(fā)電量的影響雖然不是太大，但也花了一年左右的時間才逐一解決，今后新建電站的設計中，只要吸取教訓完全可以避免再次發(fā)生。而汽輪機的問題相對還是比較嚴重的，電站移交生產(chǎn)后，2020年7月到2021年7月，一年時間內(nèi)三次因汽輪機故障進行整改。前兩次整改就是汽輪機返廠檢修，同時加固汽輪機以提高蒸汽管道推力的承受能力，而最后一次整改，也就是去年7月份到8月份期間，除了汽輪機再一次返廠檢修外，還在設計單位西北電力設計院的大力支持下，對主蒸汽管道進行了全面整改，以明顯降低蒸汽管道對汽輪機的推力，從效果來看也是不錯的，也為這11個月來優(yōu)異的運行表現(xiàn)打下了基礎。
事后回顧起來，這些問題出現(xiàn)的原因主要還是相關各方經(jīng)驗不足，只要在設計、制造和運行階段得到充分重視，這個問題也是完全可以避免的。比如熔鹽泵的震動，在設計階段需優(yōu)化設計好泵的基礎，并針對泵平臺和管道進行聯(lián)合計算和動態(tài)分析，也是完全可以避免的；吸熱器的堵管問題只需要在吸熱器設計時簡單調(diào)整一下吸熱器內(nèi)部連接管道的結構就可以解決；而汽輪機的問題，在設計階段需針對光熱電站頻繁啟停以及經(jīng)常變負荷運行的特點，在汽輪機設計選型、管道優(yōu)化設計方面加以重視，就可有效避免。
通過分析本項目的運行情況，我們可以得出結論：聚光集熱系統(tǒng)及熔鹽儲換熱系統(tǒng)一直穩(wěn)定運行，這說明這些核心技術及設備是成熟可行的，而常規(guī)島并不常規(guī)，出現(xiàn)問題相對較多，缺乏針對性的優(yōu)化設計，后續(xù)項目需重點關注。對于塔式光熱電站整體而言，主要設備已經(jīng)不存在“卡脖子”難題。下一步的目標是推動熔鹽泵、吸熱器材料等進口設備材料的國產(chǎn)化，同時不斷開展系統(tǒng)和設備優(yōu)化，以提高系統(tǒng)效率，降低成本，提升光熱發(fā)電的經(jīng)濟性。
Q：德令哈光熱電站的成功運行，對整個光熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展有哪些積極意義呢？
A：首先，青海中控德令哈50MW塔式光熱電站率先超過年度設計發(fā)電量，充分驗證了塔式光熱發(fā)電項目完全可以在我國西北高海拔、低溫、多風沙的惡劣環(huán)境下建成并成功運行。
其次，該電站的運行數(shù)據(jù)也說明了我們自主研發(fā)的塔式光熱發(fā)電技術已經(jīng)成熟，所采用的國產(chǎn)化聚光集熱系統(tǒng)和儲換熱系統(tǒng)等核心設備也是可靠的。通過項目的建設運行為整個光熱行業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗，培養(yǎng)了一批具備較強競爭力的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，為光熱發(fā)電下階段更大規(guī)模的推廣應用打下了扎實的基礎。
同時，塔式熔鹽光熱電站的冬季運行表現(xiàn)說明在我國西北建設塔式光熱電站是十分必要的。目前，在光熱發(fā)電的幾種技術路線中，已實現(xiàn)商業(yè)化的技術路線以塔式和槽式為主。我國已建成的大型光熱電站中，塔式技術路線約占60%,槽式技術約占28%，線性菲涅爾技術約占12%。我國DNI較高的地區(qū)大多位于中高緯度地區(qū)，這些地區(qū)冬季太陽高度角較小，槽式采用單軸跟蹤形式，其鏡場的余弦效率會顯著下降，冬至的鏡場效率僅約為夏至的30%左右。而塔式的定日鏡采用雙軸跟蹤形式，可以很好的減少太陽高度角變小帶來的余弦效率損失，其冬季與夏季的電站效率差異不大，并且得益于冬季降雨量較少，其冬季發(fā)電量往往會超過夏季。由于冬季水電普遍進入枯水期，電網(wǎng)調(diào)峰資源嚴重不足，塔式光熱電站可保持冬季較高的可利用小時數(shù)，能夠為電力供應提供更大的保障。
由德令哈50MW項目近11個月發(fā)電量數(shù)據(jù)（圖1）可以看出，電站逐月發(fā)電量平穩(wěn)，受季節(jié)影響不大。特別是在2021年10月份至今年1月份四個月冬季期間，冬季運行表現(xiàn)更為突出，月平均發(fā)電量高達1551.5萬度，高于設計月平均值（1216.67萬kWh），充分體現(xiàn)出塔式光熱發(fā)電技術路線在我國高緯度地區(qū)應用的優(yōu)勢。
圖1：電站最近11個月發(fā)電量數(shù)據(jù)
截至目前我國有8個光熱示范項目并網(wǎng)發(fā)電，雖然通過不斷地消缺，這些光熱發(fā)電示范項目的性能和發(fā)電量都在逐步提升，但距離達到年度設計發(fā)電量尚有距離，這導致了部分人士對光熱發(fā)電技術心存疑慮。在此情況下，青海中控德令哈光熱電站首先達到設計值，可以說是為我國光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了一劑“強心針”。
青海中控德令哈50MW光熱電站介紹
青海中控德令哈50MW光熱電站，是國家首批光熱發(fā)電示范項目之一，裝機容量50MW，配置7小時熔鹽儲能系統(tǒng)，鏡場采光面積54.27萬平方米，設計年發(fā)電量1.46億kWh，每年可節(jié)約4.6萬噸標準煤，同時減排二氧化碳氣體約12.1萬噸，具有良好的經(jīng)濟效益與社會效益。
電站采用浙江可勝技術股份有限公司自主研發(fā)并完全擁有知識產(chǎn)權的塔式熔鹽光熱發(fā)電核心技術，95%以上的設備實現(xiàn)了國產(chǎn)化。電站運行表現(xiàn)已通過德國獨立工程咨詢公司Fichtner的完整技術評估，認定其技術已達到全球同類電站最先進水平。
原標題：全國首個！光熱新突破背后！
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