太阳能热发电技术与应用研讨2020年会

核心提示:2020年11月5日,中国电力科技网主办的“太阳能热发电技术与应用研讨2020年会”在兰州召开,17位专家发表技术演讲并答疑,旨在同与会嘉宾交流太阳能热发电技术科研成果,总结示范电站建设


  2020年11月5日,中国电力科技网主办的“太阳能热发电技术与应用研讨2020年会”在兰州召开,17位专家发表技术演讲并答疑,旨在同与会嘉宾交流太阳能热发电技术科研成果,总结示范电站建设运行经验教训,降低成本,做好技术储备,以迎接人类面临的共同机遇和挑战。


会场

  中国电力科技网处长杨伟代表主任魏毓璞宣读主办单位开幕辞。

  伴着“北楼西望满晴空,积水连山胜画中”的美景,“太阳能热发电技术与应用研讨2020年会”开幕了。
  天宝十一年,高适途经兰州,登北城楼:一边是锦绣山河,一边是对未来的憧憬,遂赋诗《金城北楼》,立下建功立业的雄心壮志。此心境正和当今之势异曲同工:一边是壮美河山,一边是环境能源形势日趋严峻。如何在保护环境同时,满足能源供给,成为能源工作者不懈的追求。
  太阳能是未来最理想的能源之一,在各国中长期能源战略中占据重要地位。本届年会,专家将围绕太阳能光热关键技术、成本下降途径与调峰经济分析、电站设计、性能、产业发展等问题,同与会嘉宾共同探讨光热发电的机遇与挑战。
  梦想与辉煌同在。我国有全球最为雄厚的制造业基础,最具活力的创新机制,更有坚定不移的绿色、清洁发展战略,这奠定了光热发电进一步大规模发展的技术和产业基础。随着首批光热发电示范项目先后建成,标杆引领作用日渐突出,产业链规模逐渐扩大,光热发电产业化进程必将全面提速。
  中国电力科技网主办太阳能发电年会,因各种客观原因,组织过程难免坎坷。幸得年会主席孙锐教授热心、专业指导;感谢各位演讲专家精心准备,大力支持;感谢与会代表积极参会;感谢参观单位兰州大成科技股份有限公司协助!
  明代王祎作《兰州》
  洮云陇草都行尽,路到兰州是极边。
  谁信西行从此始,一重天外一重天。
  路到尽头,正是新征程的起点,正如台下好几位曾都参加过我们的火电会议,现开始涉及光热产业。祝大家在潜力无限的光热事业上,走出金光大道!


杨伟

  本届年会主席,电力规划设计总院高级顾问、中国电机工程学会太阳能热发电专业委员会副主任委员兼秘书长孙锐致主题辞,并发表“聚光储热发电,促进能源转型”演讲。伴随着我国能源转型步伐,风电和光伏发电所占比重会逐渐加大,煤电比重会逐渐降低,电力系统迫切需要储能电站和出力可靠、调节灵活的可再生能源电源。聚光储热发电是集发电和储能为一身的可再生能源发电方式,电力输出稳定可靠、调节性能优越。结合我国西电东送战略,在西北的电力外送通道送出端配置聚光储热发电机组,替代煤电机组,可显著提升输电通道的可再生能源电力比重,与配置光伏+电池储能电站相比,具有更好的可靠性和经济性。目前制约我国聚光储热发电发展的主要是体制性因素,随着电力体制改革不断深入,这些因素可以得到解决。采用受电地区的峰谷分时销售电价模式倒推至发电侧,聚光储热发电的价值将在市场中得到体现。采用此种方式,电网公司与发电项目公司签订具有法律约束力的长期购电协议,明确分时段上网电价,是保障聚光储热发电项目投资收益的关键。聚光储热发电是实现我国能源转型的新途径,也是促进西部大开发的新动能,同时,还是“一带一路”走出去的一个优势产业;它在消化我国煤电产业的过剩产能、促进经济和社会发展方面也将发挥重要的作用。因此,在光热发电产业发展的初期阶段,继续由国家可再生能源电价附加补助资金支持是一举多得的有效措施。


孙锐

  兰州大成科技股份有限公司董事长、兰州交通大学教授范多旺代表参观单位致欢迎辞,并发表“兰州大成熔盐线性菲涅尔式光热发电示范项目及技术介绍”演讲。兰州大成在聚光太阳热能方向的核心竞争力是通过30多年的长期积累形成的,紧紧围绕绿色真空镀膜和自动控制核心技术这两条主线。熔盐工质线聚焦式技术,具有更高的集热温度以提高发电效率,适用于大容量储热系统,电站具备24小时连续运行能力,采用熔盐作为集热、换热、储热的统一工质,减少换热环节,简化系统,模块化回路式集热系统精确、易调试。线性菲涅尔式聚光集热技术,具有灵活的集热器设计,良好的系统适应性,结构固定、没有高温旋转机构,抗风性能强。其聚光场由模块化集热支路构成,集热场规模的扩大不会降低集热效率。标准化的集热回路模块,集热支路并联连接,整体集热场分区布置,各区域及各支路可同时安装调试,极大减少调试时间。单个集热只路维护时不影响其它集热支路,减小因单个技术故障而影响整个电站运行的风险。光热电站聚光集热场性能是光热电站运行性能之根本。聚光器是精密的光学设施和系统,需要精确设计计算,也需要精确实施调试。

  山西省电力公司电力调控中心教授级高级工程师赵俊屹发表“优化热电配比、提升光热电站在电力系统中功能定位”演讲。风电光伏为主的新能源,完成能源采集生产向清洁低碳可持续的转换,但是随之而来的资源的随机性、波动性和不可控属性,以及随之带来的大量电力电子设备入网,实现一次能源绿色清洁低碳转变的同时,也带来了电力系统的安全、稳定和调节能力等问题。光热发电是集“清洁能源生产、储能调节和同步发电技术”于一体的最佳解决技术方案,其技术三重属性——资源的绿色低碳可再生属性、生产的同步发电技术属性以及传输过程的可存储特性,决定它既是清洁可持续的绿色低碳的新能源,同时也是网源友好、极具调节性的一种便利适用的电力能源,所以,配置容量最佳的比例原则,首先是要满足新能源最大的利用、最合理的利用经济性,其次是适应电力系统安全稳定和调节性要求,满足大规模可再生能源为主的电力系统及其用户的需求。
  

范多旺                        赵俊屹

  浙江中控太阳能技术有限公司董事长兼总工程师金建祥发表“塔式熔盐储能光热电站运行数据发布、未来成本下降和调峰经济性分析”演讲。聚光集热系统及熔盐储换热系统核心技术成熟,常规岛发电系统出现问题相对较多,随着经验的不断积累,各项问题逐步得到解决,塔式光热发电技术日趋成熟。针对目前塔式熔盐光热发电存在的问题,给出解决方案:汽轮机频繁启停带来的热应力及可靠性问题,需依靠设计、制造、安装和运维等解决;塔式熔盐光热电站冷盐泵振动大,要针对性设计或通过工艺优化降低冷盐泵设计及制造难度,避免该问题发生;吸热器堵管,要优化吸热器管屏联通管坡度设计,快速排净管道残留熔盐,或重新开发现场涂刷工艺。随着光伏、风电等不稳定可再生能源占比不断提高,具备大容量、低成本储能特性的光热发电将在电力系统中发挥越来越重要的作用。随着规模化和技术工艺的改进,光热度电成本可达0.62元/kWh;新技术的全面突破后,度电成本可达0.35~0.45元/kWh。

  华北电力设计院有限公司科技质量管理部主任田增华发表“槽式太阳能集热器布置形式对发电量影响分析”演讲。南北向轴向布置方式的集热场各典型日的余弦效率曲线呈现典型的“马鞍形”,而东西轴向布置方式的集热场各典型日的余弦效率呈现正态分布曲线特点。采用集热器东西轴向布置方式的集热场其各月集热器回路集热量较为平均;采用集热器南北轴向布置方式的集热场其各月集热器回路集热量差别较大。采用集热器南北轴向布置方式的方案其逐月辐射量的变化量也较大,采用集热器东西向布置方案其逐月随辐射量变化较为平缓,逐月发电量的波动变化不大。
  

金建祥                        田增华

  赵俊屹主持“专家对话”,孙锐、范多旺、金建祥针对太阳能热发电技术现状、技术路线和未来发展趋势发表各自观点。


专家对话

  北京工业大学环境与能源工程学院研究员吴玉庭发表“低熔点熔盐及其纳米流体的研发与性能研究”演讲。熔盐是一种性能优良的中高温传热蓄热介质,在核电、太阳能热发电、弃风弃光熔盐蓄热式供热、熔盐蓄热调峰电站、间歇高温工业余热蓄热、高温工业传热、燃气轮机叶片冷却等领域都有应用价值,市场空间巨大。纳米二氧化硅颗粒与熔盐密度接近,能够配制出长期稳定的高温熔盐纳米流体;高温熔融法制备的熔盐纳米流体具有长期的稳定性。分别以LMPSI、II、III三种低熔点硝酸熔盐和一种低熔点碳酸熔盐为基盐,配制了熔盐纳米流体,结果表明,添加纳米粒子后能够提高熔盐比热16%以上,显著提高导热系数,降低粘度。熔盐纳米流体能够强化受迫对流传热40%,也能够显著提高自然对流传热系数,实验得到了熔盐纳米流体受迫对流和自然对流传热的通用关联式。

  中南勘测设计研究院有限公司综合规划室主任工程师陈泽泓发表“熔盐线性菲涅尔与熔盐槽式光热电站集热场布置及经济性探讨”演讲。菲涅尔式和槽式两种聚光集热方式作为线性聚焦的技术路线,在项目开发的技术路线选择上,储换热岛、常规动力岛的差异极小,仅在集热岛存在明显差异,有必要进行对比分析。在相同装机容量,相同年设计年发电量前提下:槽式占地面积约为线性菲涅尔式的1.17倍。槽式集热器开口面积约为线性菲涅尔一次反射镜面积0.65倍。通过对桩基的混凝土、钢筋、锚栓等成本的分析,槽式集热场土建成本为线性菲涅尔集热场土建成本的1.3~1.4倍。槽式集热器(成套)设备成本为800~900元/m2,线性菲涅尔式集热器(成套)设备成本为600~700元/m2 。对于单位平米集热面积来说,由于槽式需要球型接头或旋转接头等部件,槽式的集热管占比更高,线性菲涅尔集热管不旋转,无此部分成本;线性菲涅尔式集热器的钢支撑件占比更高。不考虑熔盐管道、集热管电伴热前提下,槽式的集热场额定工况轴功率约为线菲的1.5倍。在技术路线选择时,应考虑集热场总的建设成本,以及集热场运行维护费用等,进行综合评判、选择。
  

吴玉庭                        陈泽泓

  内蒙古工业大学能源与动力工程学院教授闫素英发表“镜面积尘对太阳能聚光集热系统性能的影响研究”演讲。针对积尘时间、积尘密度等对聚光镜反射率以及能流分布的影响进行研究,得到聚光镜相对反射率和能流密度下降规律,并可对地区槽式聚光镜面积尘规律进行预测,为在槽式太阳能聚光集热系统运行实践过程中,确定该地区季节的最佳除尘时间提供试验依据。展望:对槽式聚光镜自然积尘进行周期25天的试验测试,后续可以对聚光镜自然积尘进行不同季节的测试研究,研究分析不同季节积尘的物理和化学性质,以及不同季节积尘对聚光镜反射率、吸热管能流密度以及系统集热效率的影响规律。考虑沙尘沉积机理、运动规律及其对槽式太阳能系统光热性能的影响,沙尘在槽式太阳能系统聚光器表面的沉降规律,预测沙尘沉积模型。高效除尘时间和方法研究,探索积尘对槽式太阳能系统集热性能的影响规律,结合气候条件,给出不同季节最优的除尘时间间隔。极端气候条件下的积尘研究:沙尘暴、冰雪、雨季、雾霾天气等。高效除尘方案研究、除尘装置研发。

  山东电力建设第一工程有限公司副总工程师姜利国发表“大成光热电站储换热岛和常规岛建安和调试关键技术研究”演讲。通过介绍参建的光热项目,指出光热项目选址要求:太阳能直接辐照值(DNI)高、年日照时间长、年均风速低、污染小、无洪涝、地势平坦开阔的地区。世界首台以熔盐为介质的菲涅尔光热发电项目,尚无同类型机组参考、无成熟技术借鉴、指导。在项目施工过程中出现诸多难题,针对难题展开技术攻关——常规岛大型设备安装技术研究、光热电站管道吹扫技术研究、熔盐管道TP347H钢的焊接技术研究。其中,光热电站管路吹扫研究-熔盐系统管道爆破吹扫技术,选用压缩空气爆破法吹扫解决了系统吹扫难题,达到了控制管道洁净度的预期目标;光热发电熔盐介质通常选用硝酸盐。硝酸钠、硝酸钾有微腐蚀性,要求容纳熔盐的管道具有抗腐蚀性,且综合性能良好。不锈钢TP347H以优良的抗腐蚀性是熔盐管道最佳选择。
  

闫素英                       姜利国

  华中科技大学助理研究员雍青青发表“风光煤耦合热发电技术及问题探讨”演讲。风光电储热+火电厂模式较其他电-X-电模式具有度电成本低、可协助火电厂灵活调峰的优势; >560℃的高温热储能发电系统中,碳酸盐、金属合金、硅基合金是具有竞争性的材料;高温热储能在电厂/热电厂热力系统的嵌入位置应参考原热力系统品位分布,在品位高的地方嵌入可获得较大效率;电加热技术及防腐仍是高温热储能攻克的方向,电极加热、物理防腐及巧妙借助电磁场分布强化传热方式在未来研究值得关注。

  西安热工研究院有限公司研发中心清洁能源技术研究所所长助理张一帆发表“光热超临界二氧化碳循环发电技术的机遇、挑战与研究进展”演讲。讲述超临界二氧化碳循环技术能源转型机遇与挑战,探讨光热超临界二氧化碳循环发电关键技术,并介绍华能西安热工院5MW超临界二氧化碳循环试验平台最新进展。
  

雍青青                        张一帆

  吴玉庭主持“互动交流、专家答疑”,田增华、陈泽泓、闫素英、姜利国、雍青青、张一帆针对太阳能热发电技术热点、难点,电站建设经验,各种能源耦合互补发展回答现场提问。


互动交流、专家答疑

  杭州汽轮机股份有限公司研究院汽轮机研究所高级工程师高浪发表“工业汽轮机太阳能应用”演讲。概况公司及技术能力,分别讲述工业反动式汽轮机研发平台及技术发展、太阳能发电用工业反动式汽轮机特点、太阳能汽轮机典型热力方案、中控太阳能运行机组简介、超临界二氧化碳-塔式太阳能光热发电系统研究。

  上海交通大学机械与动力工程学院博士后贾腾发表“太阳能与再吸收式热泵结合的高效广域供热及热能蓄存、长距离输送技术”演讲。传统的吸收式热泵由蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器构成,驱动热源温度高,工作压差大,利用太阳能驱动时,太阳能供热工作时间短,保证率低;再吸收式热泵用低压发生器(解吸器)和高压吸收器分别取代了传统吸收式热泵中的蒸发器和冷凝器,仅仅利用二元工质 (溶液) 的浓度差实现循环。太阳辐射受天气变化影响和昼夜、季节变化,存在间歇性,太阳能供暖系统存在不连续性,供热的时、空常常与太阳能条件不匹配;利用再吸收二元溶液循环,可发展供热能力蓄存和输运的无温差时空调节方法,实现一定距离热能储存和输送。相比于单级热泵,两级热泵可进一步降低驱动太阳能热源温度要求,比单级热泵有更好的低温环境适应性。长距离输送氨水溶液,比输运蒸汽更稳定可靠;环境温度下输运,无需保温,节约成本;用户端设置回热器,提升低压吸收器进口稀氨水温度。
  

高浪                         贾腾

  东方汽轮机有限公司产品研发中心副主任工程师罗方发表“东方光热汽轮机技术概况”演讲。集成热力性能计算与大数据验证的通流智能优化设计:采用大规模并行分布式自适应的多目标优化算法,提高优化效率;通流设计耦合考虑热力、气动及强度需求,实现一键式通流设计;自动进行叶根、围带等结构的设计及选取,生成三维叶片;三维叶片数据自动形成CAM数据,实现产品从设计至生产的无缝传递;生成涵盖热力、气动、材料及结构等数据库,为大数据分析提供支持。有别于50MW光热机组,100MW以上功率等级机组功率增大,所需蒸汽容积流量增大,机组通流几何尺寸变大。通流叶片变长,机组可在单轴单转速下保证较高效率;末级叶片变长,对机组安全可靠性,尤其是低负荷安全性提出新挑战。汽轮机运行灵活性的核心因素:高温部件结构设计及选材,动静部件间隙的设计及控制,末级动叶小流量下的安全可靠性,辅机系统及设备的适应性及安全可靠性等。

  北京工业大学助理研究员张灿灿发表“高温硝酸熔盐中不锈钢的动态腐蚀特性研究”演讲。三种流速下,316L不锈钢在565℃高温熔融四元硝酸熔盐中均发生氧化腐蚀,且具有抛物线型的腐蚀动力学特征,其中在2m/s流速下316L不锈钢腐蚀失重为0.042mg·cm-2(年腐蚀深度4.53×10-3cm),相较于其他两种流速较为严重。在腐蚀初期,三种流速下,316L不锈钢表面均形成片状的腐蚀产物,随着腐蚀时间增加以及流速增大,在试片表面形成的腐蚀产物越致密,数量越多,生成具有保护性的尖晶石结构的氧化层。三种流速下,经过1000h腐蚀,316L不锈钢表面主要形成以Fe2O3和FeCr2O4为主的腐蚀产物,该腐蚀产物能够很好保护316L不锈钢基体。
  

罗方                       张灿灿

  东方锅炉股份有限公司新能源技术研发部设计总工程师奚正稳发表“塔式太阳能发电厂聚光集热场耦合控制技术研究”演讲。通过对塔式太阳能发电厂聚光集热场固有特点和影响其运行的外部、内部因素研究,基于控制目标需求分析,以实际项目为研究对象,得出结论:与槽式等其它光热电厂相比,塔式光热电站采用二维跟踪的定日镜收集太阳能有其特殊性;塔式光热电站镜场能量变化频率、变化幅度都更大,对光热转换设备(吸热器)性能提出更高要求;定日镜与吸热器距离从小到大,即使相同的定日镜,其汇聚到吸热器上的热流分布和大小也不相同,加之风、云等影响,对镜场控制难度更大,要求更高;基于熔盐工质的吸热器,由于熔盐自身特性,吸热器空管预热工况对热流密度均匀性控制精度要求高,控制难度大;镜场溢出损失与吸热器表面热流密度均匀性需求间存在冲突,热流密度均匀性高对吸热器安全性好,但镜场溢出损失会增多,需要协调;基于模型驱动的聚光集热场耦合控制,能满足工况多样性要求和控制目标的实现。建议:在聚光集热场的规划设计环节,加强优化设计技术方案论证;分析项目地气象和日照条件及其对设备设计和运行控制的相互影响,提高适应能力;光热发电产业链长,希望能加强宣传,吸引到更多的专业机构和厂商参与;希望能有更多的项目落地,以将研究成果复制应用,有效降低造价。

  南京渥宁机电工程研究所有限公司教授级高级工程师秦佑镇发表“竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统”演讲。本发明涉及一种利用竖向槽式抛物面同步跟踪阳光产生高温热源的装置,具备同步跟踪与聚焦双重功能使高密度阳光直接精准加热流动介质产生300℃~400℃的高温,通过热交换产生过热蒸汽,推动相匹配的汽轮发电机发电的新型太阳能热发电系统装置。该专利技术属于目前太阳能中高温热利用发电领域中占地小、效率高、结构简单、造价与运行成本最低的新技术。
  

奚正稳                         秦佑镇

  孙锐主持“互动交流、专家答疑”,高浪、贾腾、罗方、奚正稳、秦佑镇针对太阳能热发电中的控制技术、汽机技术、储能技术等和与会嘉宾展开交流。


互动交流、专家答疑

  
心得体会、参会感悟

  电力规划设计总院高级顾问、中国电机工程学会太阳能热发电专业委员会副主任委员兼秘书长孙锐总结。

  11月6日下午,与会嘉宾参观了兰州大成科技股份有限公司,通过参观、现场讲解,更好的的了解兰州大成熔盐线性菲涅尔式光热发电示范项目。
      

技术参观

  中国电力科技网对本次会议进行全程实况录像,赠送国家能源局、各大发电集团主管部门;还将本次会议专家演讲PPT上传至中国电力科技网相关栏目和电力月刊,供广大电力科技工作者在线浏览、免费共享、传播先进技术和经验,为我国电力发展贡献绵薄之力。

  中国电力科技网:www.eptchina.cn;
  联系人:周丽15010503361;耿迪18910897399。

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