国际研究:如何最小化光热电站的运维成本

时间:2018-03-08 12:36来源:国家光热联盟
  一些新的研究已经表明:在太阳能热发电站的设计和建设中良好的决策和计划可以持久性地降低其运维(O&M)成本,从而提高盈利能力。
图:选择合适的定日镜尺寸对运维成本有至关重要的影响(图片来源:美国能源部)
  近日,华北电力大学的一份研究指出,如果运维成本下降20%,塔式、槽式、线性菲涅尔太阳能热发电站的内部收益率将分别从12.33%,11.72% 和11.43增加至13.41%,12.79%和12.49%。
  基于现有的工程预算和近期的项目建议,国际可再生能源机构(IRENA)计算得出,太阳能热发电站的O&M费用在20美元/MWh~40美元/MWh之间。因为没有化石燃料的成本支出,运维成本主要包括两大类:保险,这部分每年的费用约占初始资本支出的0.5-1%;维护,主要包括清洗和反射镜更换。
  因此,Exera Energia 公司运维部主任Juan Manuel Medel表示,降低运维费用的唯一的方式侧重在“M”,也就是维护;对于运营商来说,一种降低维护费用的方法就是采用预测分析工具,另一种方法就是以最小化清洁成本的方式设计电站。
  聚光器尺寸和指向精度(Alignment)非常重要
  电站的类型、定日镜、反射镜或集热器的尺寸和指向精度影响着未来的太阳能热发电站的维护成本。例如,帕多瓦大学工业工程系教授Giovanni Manente这样指出:线性菲涅尔反射镜一般需要使用60-70%的镜场面积,而槽式系统大约33%,这样的话,维护成本就相对较低,主要是他们更容易接触到。
  指向精度也非常重要。2016年,392MW加州Ivanpah电站其中一个塔着火,主要原因就是定日镜指向点发生严重偏差,光斑偏移,从而导致超过一个月的时间,电站的发电容量降低了1/3。在可再生能源中,发电延迟是不可挽回的损失。因此,Medel说:运营商必须要注重进行前瞻性和预见性的维护,以确保设备处于良好状态。
  选择合适的定日镜尺寸可以说是减少电站固定维护费用的一个主要因素。南非斯泰伦博斯大学(Stellenbosch University)工程学院Pidaparthi教授最近的研究表明:根据美国国家可再生能源实验室开发的成本模型,以及他自己设计的位于南非100MW带8小时储热的光热电站模型,Pidaparthi认为最佳的定日镜尺寸在115.56平米。此前,他于2013年发表于SolarPACES大会的论文认为,最优定日镜尺寸是140平米,当时考虑到组件、安装和检验,以及运营和维护。
  美国国家可再生能源实验室的成本模型发现,一座单台定日镜148平米,总量8,709台定日镜的塔式电站,年维护费用1064万美元。在Pidaparthi的模型中,由8,131台单台尺寸为115.56平米定日镜组成的镜场,将需要和更大镜场一样的运维人员,11人,每年费用只有811万美元。类似的镜场总尺寸,但数量更多的更小一些的定日镜将需要更多的人员,因此维护费将更贵。例如,他还计算认为,单台定日镜尺寸43.33平米,总定日镜数量21,670台的镜场将需要12个维护人员,年费用约827万美元。
  镜场清洗
  IRENA在其2017的可再生能源发电成本报告中指出:在太阳能热发电站中,最大的一块支出是镜子清洗,包括水的费用,以及由于破损导致的吸热管和反射镜更换。
  镜场的光学反射率应该维护在最高水平,以确保全年较高的收益,然而,以一种经济的方式保持反射镜清洁是太阳能热发电站“最大的维护挑战”,上个月《国际可持续与绿色能源》上发表的一篇关于路易斯安那槽式试验电站的维护报告这样指出。
  西班牙研究人员在此前对清洁方法的研究中发现,最有效的是去离子水和刷子,在雨季时平均清洗效率为98.8%,干燥期的清洗效率为97.2%。路易斯安那槽式电站中采用的清洗程序是使用带去离子水的压力垫圈和由3M公司设计的一种超细纤维布附着在杆子上的刷子上。这种清洗方法使采光口的整体反射率回到最初的95.5%的性能规格。
  清洁时间表也是至关重要的,并且可以在规划阶段进行计算,在运行期间定期更新,路易斯安那槽式电站研究报告这样指出。为计算最具成本效益的计划表,他们设计了一个公式,输入以下参数:反射镜清洗之间的理想天数,每平方米反射面积的清洗成本,反射器的光学效率,当地每平方米反射面积上每天可接收的太阳能,反射表面污染率和被恢复的反射率的比值,当地每度电的价格。
  对于美国路易斯安那电站地区,集热器清洗的最佳间隔时间为114天,或者每年约三次。路易斯安那地区2017年7月的电价是0.092美元/kWh,相较于美国西部商业化电站所在地具有较低的电力成本,因此,为了成本效益,清洗的间隔时间可以更长。保持其他值不变,对于加利福尼亚,电价是0.177美元/kWh,清洗间隔82天将会达到成本最小化。
  尽管计算结果属于一事一议的,但作者表示,同样的方法也可以用来计算其他站点的最佳清洗时间。

 

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