在由国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、中国工程热物理学会、中国可再生能源学会、中国电机工程学会、首航高科能源技术股份有限公司共同主办的“2022中国太阳能热发电大会”上,中国电力顾问集团西北电力设计院有限公司新能源工程公司总经理、国家光热联盟副理事长赵晓辉博士应邀对《槽式和塔式光热发电技术路线发展前景》进行了分享。
他首先介绍了槽式导热油、槽式熔盐电站,塔式熔盐电站、塔式DSG水工质电站,菲涅耳水工质直接蒸汽发生技术等光热发电的主要技术路线。
报告指出,1. 光热效率与太阳法向直接辐射(DNI)品质、系统配置均有关系;采用大开口槽的光热效率普遍高于ET槽;2. 对于采用相同技术路线相同配置的方案,纬度升高会使光热效率降低;3. 塔式的光热效率在40%左右,当塔槽在光热效率上的差值超过塔槽在热电转换环节的效率差时,槽式在全厂光电效率上就开始显示出优势。
赵晓辉博士表示,对于以熔盐为传储热工质的光热电站而言,由于采用熔盐作为吸热介质和储热介质,相对于槽式导热油,工艺流程大大简化,阀门及管路系统简单,易于运维。其优势表现为:
1. 塔式熔盐电站相对于槽式导热油电站,在集热场和发电单元实现了几乎完全解耦运行,电网友好性更好;
2. 塔式电站利用的储热介质——熔盐的工作温度区间是槽式导热油电站的2.7倍,因此存储同样容量的热能,成本更低。
而需要注意的是,1)塔式电站定日镜抗风能力很重要;2)塔式电站定日镜反射光线在反射至吸热器过程中的大气衰减,要结合厂址位置具体情况客观判断。
报告对国内外以及中电工程西北院开展的工程案例,以及其入选2021年度能源领域首台(套)重大技术装备项目——“8.6m开口槽式集热器”的进行了介绍。该集热器是目前世界上开口最大的槽式集热器,测试数据显示,相比传统7.5m开口的欧洲槽集热器(阿本戈8.2m开口槽式集热器),年均光学效率提高5%~8%,成本降低了15%~25%。
关于光热发电技术发展,报告提出,对于塔式或槽式(菲涅耳)技术,开发具有竞争力(成本和效率)的定日镜或集热器,如大开口槽式集热器;提高工作温度,主要途径有:采用熔盐作为传热流体的槽式技术,采用空气或CO₂作为传热流体的塔式技术,以及采用高效的循环发电技术;采用更为经济的储热工艺,以降低工程造价,包括廉价的高温储热介质,热化学储热等。此外,发电单元单机容量进一步提高,特别对于槽式电站;塔式电站要注意镜场效率随容量的衰减。
他强调,任何技术上的发展,特别是应用于工程实践的新技术,其前景受制于产业政策,特别是电价政策;同时,受制于材料(如高温金属材料),关键部件(如熔盐槽旋转接头)供应的影响。
最后,赵晓辉博士介绍了中电工程西北院在光热发电领域保持技术研发和工程设计能力最为丰富的光热发电工程应用业绩,具备光热发电项目投融资、设计、建设、总承包一体化全产业链服务的实力;具有多个商业运行光热电站设计经验,技术路线覆盖塔式、槽式、线性菲涅耳式等,可为投资方提供最为科学的、经济的解决方案。
在国家大力推进双碳目标实现、鼓励发展“风光储一体化”项目建设的大背景下,中电工程西北院积极作为,推动储能型光热发电在新能源基地中的应用工作,目前中标的项目主要有: