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近日，第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在浙江杭州盛大召開，中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司副總工程師、科技創新中心總經理趙曉輝出席會議并作主題報告《新一代光熱發電工程解決方案2025》，詳細對比(bi)了首批(pi)和(he)第二(er)批(pi)光熱示(shi)范項目的(de)不同開發思路與特點(dian)，并結(jie)合行(xing)業當(dang)下發展和(he)新(xin)型電力系統建設(she)需要提出2025版本的(de)新(xin)一代光熱發電工程解決方案。

圖：趙曉輝

第一批光熱示范項(xiang)目

項目定位與電價

趙(zhao)曉(xiao)輝認(ren)為(wei)(wei)，國家能(neng)源局于2017年批準的(de)第一(yi)批光熱示范項目(mu)(mu)（以2017-2020建成(cheng)為(wei)(wei)代表(biao)），旨(zhi)在培育光熱發電(dian)產業和驗證技術(shu)可行性(xing)，特點是電(dian)站發電(dian)不受電(dian)網調度(du)限制，其1.15元/kWh的(de)電(dian)價(jia)在當時相對較高(gao)（其實與國家能(neng)源局2011年7月1日發布(bu)的(de)光伏電(dian)價(jia)相同，但對比(bi)現在比(bi)較高(gao)），考慮到(dao)收益問題(ti)，項目(mu)(mu)的(de)配(pei)置(zhi)以“成(cheng)本電(dian)價(jia)最低”為(wei)(wei)目(mu)(mu)標(biao)。

技術路線豐富多樣

技術角度來看，參與第一批示范的(de)項目(mu)(mu)技術路線(xian)比較多(duo)樣，包括導熱(re)油槽式(shi)(shi)、導熱(re)油碟式(shi)(shi)、多(duo)塔(ta)、二(er)次反射、熔(rong)鹽菲涅爾、塔(ta)式(shi)(shi)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。然而(er)，部分(fen)項目(mu)(mu)因(yin)技術不(bu)成(cheng)熟或成(cheng)本等(deng)(deng)問(wen)題未能按計劃建設，最終通過時間洗禮與行業沉淀后，熔(rong)鹽塔(ta)式(shi)(shi)技術在全球范圍內逐漸成(cheng)為市(shi)場主(zhu)流已是(shi)不(bu)爭(zheng)的(de)事(shi)實。

趙曉輝(hui)表示，雖然槽(cao)式光熱(re)發電技術(shu)(shu)相(xiang)(xiang)對來說(shuo)已較為成(cheng)熟，全(quan)球已建成(cheng)的(de)槽(cao)式導熱(re)油(you)電站也(ye)很(hen)多，也(ye)經過(guo)了國內相(xiang)(xiang)關項目的(de)驗證，但在(zai)國內槽(cao)式技術(shu)(shu)相(xiang)(xiang)對更依賴國外，兩個在(zai)運的(de)導熱(re)油(you)槽(cao)式電站都依賴ET150技術(shu)(shu)，建設過(guo)程中也(ye)有外方技術(shu)(shu)支(zhi)持。

西北院第一批光(guang)熱示范(fan)項目參(can)與(yu)情況

第二批光熱示范項目

項目定位與功能轉變

2022年起(qi)建設的第二批(pi)光(guang)(guang)熱(re)(re)示范項目(mu)（2022-2025建設為代表）定位發(fa)(fa)生了(le)顯著變化。一方(fang)面(mian)，沒有(you)獨立電價，需(xu)遵循(xun)國(guo)家可(ke)再生能(neng)源相關政策；另一方(fang)面(mian)，其(qi)(qi)主要功(gong)能(neng)轉(zhuan)變為獲取新能(neng)源指標，但光(guang)(guang)熱(re)(re)電站的發(fa)(fa)電成(cheng)本和價值不(bu)能(neng)較好(hao)地體現(xian)，不(bu)過也有(you)其(qi)(qi)歷史意(yi)義，至少使(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)(fa)電產(chan)業得(de)到了(le)延續。

同(tong)時，為(wei)了保障整體項目(mu)收(shou)益，此類項目(mu)在成(cheng)本(ben)控制上更為(wei)嚴格，光(guang)熱系統單(dan)位投資看(kan)上去大幅降(jiang)低(di)（如每千瓦造價從(cong)第(di)一批30000左(zuo)右(you)降(jiang)至(zhi)12000元左(zuo)右(you)），但其實與技術進步關系不大，主要因為(wei)電站(zhan)配置遭到“閹割”，而非像第(di)一批示范項目(mu)可以達到3000-4000小時的高利用(yong)小時數。

各地政策與配比方案

為了獲(huo)取新能源(yuan)建設指標，近年來各地就新能源(yuan)與光(guang)熱(re)配套陸續(xu)出臺了不同政策：

例如，2021年3月(yue)25日甘(gan)肅(su)提出風(feng)電(dian)光伏與儲熱型(xing)光熱發(fa)電(dian)配比為(wei)6:1；

2022年3月4日新疆鼓勵光伏與(yu)儲熱型光熱發電以9:1規(gui)模配建；

2022年11月9日青(qing)海(hai)規(gui)定光熱(re)、光伏（風(feng)電(dian)）配比不得低(di)于1:6，年儲能(neng)時(shi)長不得低(di)于2190小時(shi)，且光熱(re)部分不參與(yu)市場化交易，電(dian)價按煤電(dian)標桿電(dian)價上浮(fu)20%-30%執行(xing)；

2024年8月11日內蒙提出(chu)光(guang)熱發電(dian)、風電(dian)、光(guang)伏發電(dian)裝機規模按1:2:0、1:1.5:1或1:1:2三種方案配比，儲(chu)熱時長不(bu)小(xiao)于6小(xiao)時，鏡(jing)場面積(ji)不(bu)小(xiao)于8平(ping)方米/千(qian)瓦。【目前并未(wei)開始(shi)實施】

具體如何配比收益(yi)率(lv)最好？趙(zhao)曉輝以總裝機700MW（含光熱100MW）進行了(le)測算(suan)：

如(ru)上圖，根據甘肅地(di)區(qu)現有政策，隨著一體化項目中光(guang)伏(fu)比例的增加(jia)，收(shou)益(yi)率(lv)逐漸下降(jiang)，主要(yao)因為風(feng)電利(li)用小(xiao)時數比光(guang)伏(fu)多(duo)，趙(zhao)曉(xiao)輝建議，在(zai)現有政策情況下，在(zai)一定程度(du)上多(duo)配風(feng)電有利(li)于提升(sheng)收(shou)益(yi)率(lv)。同(tong)時，不(bu)同(tong)地(di)區(qu)最佳配比方案也存在(zai)差異，需具體分析(xi)。

整體來看，相較于第一(yi)批光熱示(shi)范項目，第二批光熱示(shi)范項目系(xi)統(tong)工藝沒有發(fa)生明顯變(bian)化，總體以總投資最低為(wei)目標。

西北院參(can)與(yu)的(de)第二批光熱示范項目

新一代光熱發電工程解決方案

結合行業發展(zhan)和西北院實(shi)際參與體會(hui)，趙曉(xiao)輝(hui)介紹了(le)新(xin)一代(dai)光熱發電工程（2025-……開(kai)始建設(she)為代(dai)表）的(de)具體發展(zhan)方向：

1、多塔聚光集熱

以塔(ta)式電站為例，未來單機規模肯(ken)定會更大(da)，考慮到(dao)大(da)氣衰(shuai)減(jian)對(dui)大(da)鏡(jing)場效(xiao)率(lv)的影響，新一代光(guang)熱發(fa)電鏡(jing)場部分肯(ken)定要采用多塔(ta)聚光(guang)集(ji)熱方案(an)。

以(yi)300兆瓦(wa)及以(yi)上等(deng)級的光(guang)熱電站為例(li)，整場(chang)(chang)(chang)容(rong)量(liang)應該比較經濟性配(pei)置結合電力系統需求，按發電利(li)用小(xiao)時數(shu)2400小(xiao)時左右測(ce)算，其鏡場(chang)(chang)(chang)面(mian)積(ji)應在(zai)300萬(wan)平(ping)方米左右，因此一個鏡場(chang)(chang)(chang)肯定不行，而是(shi)需要3個鏡場(chang)(chang)(chang)，單塔(ta)聚光(guang)集熱面(mian)積(ji)可達110萬(wan)平(ping)方米，單塔(ta)吸熱功率430MW，搭配(pei)不規則鏡場(chang)(chang)(chang)設計、無線控制及分布(bu)式供電等(deng)技(ji)術(shu)。

目(mu)前(qian)單鏡場最大應該是在(zai)迪拜180萬平方米(mi)，據了解該項目(mu)所在(zai)地區的清潔度也不夠，疊加定位鏡的瞄準、太(tai)陽追角等問題，該項目(mu)的光熱效率應該會比52萬平方米(mi)的小(xiao)鏡場更(geng)低。

此外，趙曉輝指出(chu)，經過多種方案比較發(fa)現，廠區熔(rong)鹽(yan)(yan)供應管道(dao)(dao)系統(tong)其實是挺(ting)復雜的(de)(de)，要綜(zong)合考慮保溫(wen)材料、儲(chu)(chu)罐投(tou)資以(yi)及泵的(de)(de)揚程、泵的(de)(de)電耗等多方面因(yin)素并進(jin)行鹽(yan)(yan)罐布(bu)置方案優化、新(xin)型(xing)熔(rong)鹽(yan)(yan)管道(dao)(dao)補償器(qi)技術經濟(ji)性論證、新(xin)型(xing)熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)(chu)罐結(jie)構設計研(yan)究(jiu)等多方面工作，經過測算發(fa)現如(ru)采用最佳方案有望帶來4000-6000萬的(de)(de)成(cheng)本(ben)節(jie)約，建議后續開(kai)發(fa)的(de)(de)項目各方應對此更加重視。

多塔廠區熔鹽工藝設(she)計

2、熔鹽槽式集熱器

技術優勢（設計值待驗證）：集熱(re)(re)溫度≥550℃（相比傳統導熱(re)(re)油(you)(you)方(fang)案提高(gao)(gao)(gao)160℃左(zuo)右(you)），朗肯循環(huan)(huan)效率≥42%（溫度越高(gao)(gao)(gao)發電(dian)效率越高(gao)(gao)(gao)，相比導熱(re)(re)油(you)(you)槽式(shi)(shi)高(gao)(gao)(gao)3%左(zuo)右(you)），儲(chu)熱(re)(re)系統成本(ben)相比導熱(re)(re)油(you)(you)槽式(shi)(shi)技術降低(di)50%以(yi)上（1、熔鹽(yan)(yan)直接吸熱(re)(re)，省了導熱(re)(re)油(you)(you)系統存(cun)儲(chu)同樣能量的熱(re)(re)量；2、熔鹽(yan)(yan)用量也會小；3、溫度高(gao)(gao)(gao)帶來效率高(gao)(gao)(gao)最終實現(xian)低(di)成本(ben)電(dian)價），熔鹽(yan)(yan)相比導熱(re)(re)油(you)(you)價格更(geng)低(di)且(qie)更(geng)環(huan)(huan)保。

趙曉輝表示，經過測算，與塔式電站相比，同樣面積的熔鹽槽式光熱電站年集熱量和發電量均更高，同時槽式（東西布置）比槽式（南北布置）表現略高一些。例如，95萬平米鏡場時，槽式年發電量約為塔式的1.14-1.16倍；140萬平米鏡場時，槽式年發電量約為塔式的1.27-1.30倍【詳見下表】。

參考北緯36°區域試驗結果，塔式和槽式（東西布置）光學效率分布比較平穩，槽式（南北布置）光學效率夏季高、冬季低。光學效率總體呈現槽式（東西布置）＞槽式（南北布置）＞塔式【詳見下表】。

技術風險：運維(wei)難度(du)大（需防熔鹽(yan)凝凍），集(ji)熱(re)場散熱(re)損失大，高溫管道材(cai)料成本高，集(ji)熱(re)管選擇性吸收涂層(ceng)耐久性待驗證(zheng)。

3、大容量熔鹽蒸汽發生系統

系統構型優化：對比亞臨界與超(chao)臨界方案，超(chao)臨界參數熔鹽蒸汽發(fa)生(sheng)系統(tong)通過溫度校核分(fen)析輔助系統(tong)構型設(she)計，采用纏繞(rao)管式換熱器等新結構，系統(tong)更簡單、成本(ben)更具(ju)競爭力、運(yun)維更便捷(jie)、啟(qi)停速度更快。

纏繞管式換熱(re)器示(shi)意圖

參數分析：如上圖，橫坐標(biao)為整(zheng)個(ge)換(huan)熱過程(cheng)中(zhong)水(shui)溫度的(de)變(bian)化，縱坐標(biao)為整(zheng)個(ge)換(huan)熱過程(cheng)中(zhong)鹽溫度的(de)變(bian)化；比較了多種(zhong)連接形式和傳統方案，可(ke)得出如下(xia)結論：

蒸汽發生器關鍵(jian)設備提高(gao)參數到22兆(zhao)帕等(deng)級(ji)，回鹽(yan)溫度(du)(du)相對于14兆(zhao)帕等(deng)級(ji)不(bu)會(hui)(hui)(hui)增加，可能還會(hui)(hui)(hui)略有降(jiang)低，也是在300℃水平，因(yin)為(wei)(wei)有觀點認為(wei)(wei)把壓力等(deng)級(ji)提上(shang)去以(yi)后回鹽(yan)溫度(du)(du)會(hui)(hui)(hui)高(gao)，其實不(bu)是這么回事，因(yin)為(wei)(wei)在超臨界范圍內，水的(de)溫度(du)(du)特性(xing)是非(fei)線性(xing)變(bian)化，要通過計算(suan)重新算(suan)的(de)，這樣鹽(yan)的(de)用量不(bu)會(hui)(hui)(hui)增加，這是熱力系統(tong)(tong)上(shang)的(de)參數，熱力系統(tong)(tong)參數則(ze)會(hui)(hui)(hui)影響熔鹽(yan)投資。

4、高參數汽輪發電系統設計

如上圖，柱狀圖顯示汽輪機的效率，藍色和橙色分別代表亞臨界和超臨界方案，可以看出超臨界方案從汽輪機熟悉的范圍內講，效率并沒有明顯的變化，甚至在有些環節超臨界方案參數還低一些，但是整個電站效率不僅僅是集熱效率，我們要綜合考慮冷端損失還有放電效率等等，評估來看在更高的壓力等級下超臨界方案相對于亞臨界方案效率提高很可觀【詳見下圖】。

如上圖，最(zui)下邊的(de)(de)參數蒸汽溫度(du)為(wei)550℃（基于(yu)常(chang)規二元熔鹽方案(an)(an)），但如果說熔鹽使(shi)用(yong)溫度(du)能夠提高20到40℃，那(nei)么超臨界方案(an)(an)的(de)(de)循環效率提升就(jiu)非常(chang)可觀了，但問題是有(you)沒(mei)有(you)使(shi)用(yong)溫度(du)可達600℃左右的(de)(de)可靠熔鹽產品，同時價格也(ye)比較(jiao)合理，如果能開發出這種熔鹽材(cai)料(liao)對(dui)行業(ye)來說將是很大的(de)(de)貢獻。

參考上圖以(yi)橫坐標(biao)主蒸汽壓(ya)力24MPa為(wei)(wei)例，550℃蒸汽溫度(du)對應循環效(xiao)率(lv)約為(wei)(wei)45.25%，如果溫度(du)能夠提(ti)升到600℃，循環效(xiao)率(lv)就可(ke)以(yi)提(ti)升到46.75%，還是非常明(ming)顯的。其實這個圖就是想表(biao)達(da)，新一(yi)代光熱發電工程解決方案特別關(guan)注(zhu)制造商是否可(ke)生產出使(shi)用(yong)溫度(du)可(ke)達(da)到580-600℃同時成本(ben)也可(ke)以(yi)接受(shou)的熔鹽材(cai)料(liao)。

據(ju)趙(zhao)曉(xiao)輝介紹，廠用電(dian)(dian)率方(fang)面，光熱電(dian)(dian)站的并(bing)網廠用電(dian)(dian)率遠大(da)于離網廠用電(dian)(dian)率。此外，雖然(ran)相比亞臨界機組(zu)超臨界機組(zu)效率較高、發電(dian)(dian)量(liang)占優，但同時廠用電(dian)(dian)量(liang)也(ye)較大(da)，全年總廠用電(dian)(dian)率略(lve)有(you)增(zeng)加(jia)。

但從經濟(ji)性方面來看(kan)，參考(kao)上圖(tu)，按照(zhao)國內的(de)(de)相(xiang)關財務評定方法(fa)，按照(zhao)高參數大容量、采用上述新型換熱器設計形式，財務凈現值(zhi)角度(du)分析，超臨界(jie)(jie)機(ji)組(zu)(zu)比亞臨界(jie)(jie)機(ji)組(zu)(zu)NPV高約13706萬元；從財務內部(bu)收益(yi)率分析，超臨界(jie)(jie)機(ji)組(zu)(zu)比亞臨界(jie)(jie)機(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)IRR增(zeng)加(jia)了(le)43.26%；超臨界(jie)(jie)機(ji)組(zu)(zu)增(zeng)加(jia)投資的(de)(de)回收期約為(wei)2.57年，遠低(di)于(yu)新能源及儲能行業(ye)平(ping)均(jun)水平(ping)。

趙曉輝表示，電力方案比選時一般認為6年以內的回收期(qi)都可以接受(shou)，4年以內是優秀的，很顯(xian)然拋(pao)開成熟性不談(tan)，上述方案從經濟上來講是可取的。

新一代光熱發電技術展望

固體顆粒及其儲換熱技術&超臨界二氧化碳循環

目前(qian)國內相關研(yan)(yan)究(jiu)機構(gou)(gou)也在研(yan)(yan)究(jiu)固(gu)體(ti)顆(ke)粒(li)(li)(li)儲(chu)熱(re)介質（如鈣基熱(re)化(hua)學儲(chu)熱(re)顆(ke)粒(li)(li)(li)開發(fa)及(ji)制備方法研(yan)(yan)究(jiu)、錳(meng)鐵金屬氧化(hua)物(wu)儲(chu)熱(re)顆(ke)粒(li)(li)(li)、惰性顆(ke)粒(li)(li)(li)技術路線評估等(deng)）及(ji)對應的(de)儲(chu)換熱(re)技術（如流化(hua)床式換熱(re)器的(de)實驗驗證(zheng)與仿真模擬、適用于固(gu)體(ti)顆(ke)粒(li)(li)(li)的(de)儲(chu)罐結構(gou)(gou)設(she)計、顆(ke)粒(li)(li)(li)吸熱(re)器的(de)概念(nian)(nian)設(she)計與聯合開發(fa)、熱(re)力系統概念(nian)(nian)設(she)計與動力循環比選(xuan)等(deng)）。

利(li)用上述新型儲熱介(jie)質和(he)儲換熱技術的(de)系統工作溫度可以達到700℃左右，這就可以和(he)二氧(yang)化碳循環相(xiang)結合，以進(jin)一步(bu)提升發(fa)電(dian)效率。

而(er)超臨界二氧化碳(S-CO2)循環(huan)技(ji)術優勢則主要體現(xian)在三方面，

1、高效：發電效率比傳(chuan)統蒸汽機組高3-5個(ge)百分點；

2、靈(ling)活：調節速率(lv)是傳統蒸汽機組的3-4倍；

3、緊湊(cou)：透平(ping)體積是傳統蒸汽(qi)透平(ping)的1/10。

從與光熱(re)發(fa)(fa)電(dian)結合較多來看，超臨(lin)(lin)界二氧(yang)化(hua)碳(S-CO2)循環，更(geng)高效、緊湊，且所需(xu)的(de)溫度(du)為(wei)500℃~700℃，恰好(hao)是(shi)太(tai)陽能光熱(re)發(fa)(fa)電(dian)聚(ju)光集熱(re)系(xi)統應用現(xian)有技術即(ji)可(ke)實現(xian)的(de)溫度(du)。系(xi)統僅需(xu)要(yao)較低的(de)熱(re)量(liang)即(ji)可(ke)啟動發(fa)(fa)電(dian)機、應對負荷變化(hua)調整(zheng)迅速、支(zhi)持快(kuai)速啟停(ting)，同(tong)時還(huan)可(ke)以節(jie)約大量(liang)水資(zi)源(yuan)，是(shi)太(tai)陽能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)在光照資(zi)源(yuan)好(hao)但水資(zi)源(yuan)緊缺的(de)荒漠(mo)地區(qu)的(de)理想(xiang)選(xuan)擇，是(shi)熱(re)力(li)發(fa)(fa)電(dian)領(ling)域的(de)重要(yao)變革性技術。光熱(re)超臨(lin)(lin)界二氧(yang)化(hua)碳發(fa)(fa)電(dian)技術被評為(wei)“能源(yuan)動力(li)領(ling)域十項重大工程(cheng)技術難題(ti)”，超臨(lin)(lin)界二氧(yang)化(hua)碳循環發(fa)(fa)電(dian)裝備已列入“中國制造(zao)2025-能源(yuan)裝備實施方(fang)案”。

但目前看(kan)，光熱(re)(re)超臨界(jie)二氧(yang)化(hua)(hua)碳發(fa)(fa)(fa)電(dian)商業化(hua)(hua)應(ying)用成(cheng)本仍較(jiao)高。以(yi)50MW塔式光熱(re)(re)超臨界(jie)二氧(yang)化(hua)(hua)碳發(fa)(fa)(fa)電(dian)為例，光熱(re)(re)+S-CO2發(fa)(fa)(fa)電(dian)部分靜態(tai)投資約(yue)12億元(yuan)，單位靜態(tai)投資約(yue)24000元(yuan)/千瓦。

趙曉輝表示，成本降低后續可從以下幾方面入手：

1）加(jia)強與相關研究(jiu)結構、主(zhu)機廠家的配合；可以預見當(dang)前超臨界二氧化(hua)碳熔(rong)鹽儲能是首臺套新技(ji)術，設(she)備采(cai)購成本較高(gao)；相關設(she)備批量后，設(she)備造價會(hui)有明顯(xian)降低。

2）采用(yong)新型換(huan)熱(re)器技術(shu)，或者(zhe)開發特殊的(de)換(huan)熱(re)器形式(shi)，降低投資；

3）熱力系統進一步優化，特(te)別是擴(kuo)大熔(rong)鹽(yan)的溫(wen)度參數范圍，減(jian)少熔(rong)鹽(yan)用(yong)量(liang)，降低投(tou)資。

趙曉輝最后(hou)總結表(biao)示，第三代光熱(re)發(fa)電工(gong)程主(zhu)要(yao)特點是服務新(xin)型電力(li)系(xi)統，一(yi)定層面(mian)(mian)，一(yi)定區(qu)域緩解新(xin)能(neng)源滲透率過(guo)高區(qu)域的綠電消納。技術(shu)層面(mian)(mian)則(ze)基本(ben)沿襲之前的發(fa)電技術(shu)，目(mu)前尚(shang)(shang)沒(mei)有(you)新(xin)的發(fa)電工(gong)藝得到應(ying)用；而更高溫度(du)的熔鹽(yan)（提高20-40℃）、熔鹽(yan)槽較為被工(gong)程應(ying)用接(jie)受的技術(shu)需要(yao)盡快(kuai)驗證，以建立投資企業技術(shu)信心(xin)。至于超臨界二氧(yang)化碳循環發(fa)電，顆(ke)粒吸熱(re)儲熱(re)，目(mu)前尚(shang)(shang)不具備建設(she)(she)200MW工(gong)程應(ying)用的條件(jian)（5MW、10MW等級系(xi)統不在此討論范圍），主(zhu)要(yao)在設(she)(she)備選型、裝備制造方面(mian)(mian)需要(yao)有(you)實(shi)力(li)的產(chan)業持續(xu)投入突(tu)破(po)。