中国电建中南院徐灿君:商业化熔盐线性菲涅耳光热电站设计关键技术

时间:2020-05-09 17:49来源:国家光热联盟
  2019年12月31日,兰州大成敦煌50MW熔盐线性菲涅耳太阳能热发电示范项目一次并网成功。作为全球首座以熔盐为集热、传热和储热统一介质的大规模电站,项目采用兰州大成具有完全自主知识产权的线性菲涅耳聚光集热技术,配置15小时储热系统,具备24小时连续发电能力。
  中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司(下文简称中国电建中南院)作为该项目总承包方,创造了太阳能热发电工程的中国速度。自2018年10月6日第一罐混凝土浇筑,至首次成功并网发电,实际建设工期仅13个月(除去高寒和沙尘暴天气等影响施工的天数)。电建中南院同时负责项目全部设计(其中,常规岛及BOP系统的设计工作由中电工程西北院分担)。
  世界首座+中国速度,离不开项目的高效设计、务实管理、精细施工。5月7日下午,兰州大成敦煌太阳能热发电项目设计总工程师、中国电建中南院新能源工程设计院院长助理、热电所副所长徐灿君作客国家太阳能光热产业技术创新战略联盟与中国可再生能源学会太阳能热发电专委会组织开展的『太阳能光热说』公益讲堂第4期直播节目。他在线分享了熔盐线性菲涅耳光热电站设计关键技术,主要包括集热场布置、集热场疏盐、冷熔盐泵选型和集热控制逻辑等方面。
  徐灿君首先介绍了用于商业化太阳能光热电站的第二代线性菲涅耳式技术。第二代线性菲涅耳式集热器由一次反射镜+二次反射镜+集热管组成,其光热转换效率≧50%,具有高性能、高稳定性、高经济性的特点。其优势主要有:
  1、聚光集热器遮挡影响小,使得其占地面积小,单位集热面积造价成本低于槽式聚光器;
  2、反射镜面铺设位置较低,具有抗风性能好、维修安装方便的特点;
  3、与槽式的集热系统相比,线性菲涅耳式只有一次反射镜镜面旋转、集热管固定不动;槽式的镜面与集热管均需旋转。所以线性菲涅耳集热系统可降低集热管连接费用,集热管具有更高的稳定性;
  4、与大尺寸开口集热槽相比,线性菲涅耳各部件可以模块化拼装,加工成本低,安装调试效率更高;
  5、新一代的线性菲涅耳式一次反射镜可采用平面微弯镜,増强线聚焦能力针对我国西北光照强且风沙大的国情,线性菲涅耳式技术具有较强适应性。
  因此,项目相关设备容易实现标准化,适合本土化批量生产,既降低了成本,又可带动国内相关产业的发展。
  他同时也指出,相比槽式太阳能热发电技术,线性菲涅耳式聚光器的聚光精度略低,可以通过二次反射+镜面微弯技术等改善;吸热介质的管路流程长,尤其是550℃的熔盐介质,管道材质、电伴热以及阀门性能等要求高,导致熔盐管道成本较高。由于聚光精度问题,集热管口径大,集热管的夜间循环损失不容小视。因此,在项目设计时要做到扬长避短,提升其性价比。
图:兰州大成敦煌50MW熔盐菲涅耳光热发电项目集热场
  集热场布置主要考虑厂址地形、熔盐母管坡度、集热管坡度、集热镜防遮挡,并综合分析熔盐母管敷设方案-异程与同程布置的优劣性。
  集热场疏盐的设计原则为:1、沿着管道坡度疏盐,不按介质流向疏盐;2、所有疏盐系统均需考虑集热回路疏盐、集热分区疏盐、全厂疏盐策略;3、评估自然坡度疏盐时间,增设外力疏盐。此外,疏盐系统应考虑疏盐管道逆坡,停泵反流的现象;疏盐后期,疏盐应考虑进入集热场熔盐母管。疏盐管道的电伴热运行功率较大,如果常年开启,将显著影响厂用电率,存在运行优化空间。
  冷熔盐泵选型则要根据流程的阻力组成,计算各种工况下的冷盐泵扬程,特别注意熔盐线性菲涅尔式的熔盐流程的阻力以沿程阻力损失和局部阻力损失为主,在100%工况与30%防凝工况下,熔盐流程的阻力变化较大,与塔式电站差异较大。
  关于电站目前的进展,徐灿君表示,电站正在深度消缺,预计近期进行三岛性能测试等工作。
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