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陳煜達:二次反射塔式熔鹽示范系統的經驗與成果
來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 11497查看 | 2015-07-06 16:38:00    
CSPPLAZA光熱發電網報道:中國國際(ji)光熱(re)電站大(da)會暨CSPPLAZA年會2015于6月25~26日在京(jing)盛大(da)召開(kai),江蘇鑫晨光熱(re)技術(shu)有限公司(si)董事長陳煜達(da)出席(xi)本屆大(da)會并發(fa)(fa)表演講,重點分享了二次(ci)反射塔(ta)式熔(rong)鹽光熱(re)發(fa)(fa)電示范(fan)系統的經驗與成(cheng)果。

下面刊出(chu)的是陳煜(yu)達(da)演(yan)(yan)講(jiang)的主要(yao)內(nei)容:(注:本(ben)文根據速記(ji)和錄音資料整理,文章內(nei)容未經演(yan)(yan)講(jiang)者本(ben)人審閱。)

陳煜達:我也是光熱行業的老面孔了,在過去幾年我也發了幾次言,每次都是用別人的或者是國外的圖片,這回終于我用自己的圖片了(笑)!

圖:陳煜達(da)發表演(yan)講(jiang)


今(jin)天我想講的是在(zai)江蘇建設的一(yi)個(ge)(ge)二次反射塔(ta)式(shi)光熱發電系統的示范,包(bao)括我們的數據的分享,包(bao)括一(yi)些下(xia)一(yi)步的計劃和推論(lun)。項目在(zai)江蘇鹽城,這(zhe)是Google圖片(pian),這(zhe)是航(hang)拍的照片(pian),如圖,有點像(xiang)一(yi)個(ge)(ge)外星建筑(zhu)。



二次反射系統其實沒有什么稀奇的,它的原理很簡單,如大家在左上角的圖上看到大的, 相對于傳統的塔式,把所有的光匯聚到這個里面的上焦點的情況下,增加了一塊太陽鏡子,這塊鏡子是旋轉雙曲線,這樣的情況下,這塊鏡子會把所有的光反射并且匯聚到下焦點,這是基本光學原理。20世紀初以色列首先做了示范性的45千瓦系統,09年阿聯酋和日本人在Masdar做了個一百多千瓦的系統,但是聚光性不好,熱系統也沒有做。

這是我們現在做的,我們的規模相當于阿聯酋項目的5倍,通過一個二次反射塔,把光匯聚到地面,加熱熔鹽到500℃,最后換熱產生440度過熱蒸氣推動一個小的汽輪機的發電,這個系統項目的配置基本是這樣。160面9.6平方米的塔式定日鏡,一個20米高15米口徑的二次反射塔,一臺300千瓦的腔式熔鹽吸熱器、兩個熔鹽儲罐,兩臺熔鹽泵,一套蒸汽發生器,包括預熱蒸發,一臺10千瓦的小的汽輪機,主要是為了消耗過熱蒸汽,因為工業園區這么高的壓力這么高蒸汽的排放會造成很大的影響,園區也要求一臺汽輪機來代負荷。

    
圖--300KWt示范(fan)項目鏡場光效率

這是這個系統進場光學方面的光學效率,最后綜合效率現場測算下來54%, 完全不同于塔式的進場方式,完全是圓形環狀往外擴張,中間上面是對光斑的仿真,這次采用的是熔鹽直接加熱,熔鹽是沒有管道的,不走在管道,光直接加熱熔鹽,這就涉及到光在熔鹽里的投射,一層層加熱,到底能加熱多少升,這些實驗都是需要做的,這些都是理論方面的東西,包括熔鹽罐的設計,二次反射塔盤的抗風,這個不光是為了以后西部,現在在鹽城經常來一次臺風,所以說要做一些風抗設計。

圖--包(bao)括(kuo)場(chang)平圖和(he)二次塔盤的設計,塔架的設計、換熱(re)器的設計、汽輪機的布置圖。
    
1月份到3月份10個人160面鏡子,吊裝二次反射塔、常規島,儲熱罐、換熱器等等,這是定日鏡的光斑,定日鏡能不能追上,這是核心的問題。按照電工所定日鏡的精度規范做了精度的測試,做下來是全部都在1.5個毫弧度以下。
    
今天有很多嘉賓都展示了光照的數據,很不好意思鹽城的數據實在拿不出手,數據很差,最好的一天是可以,最高也就是900,我們的系統是按照500 DNI進行設計的,吸熱器上來的光斑,整整一天每十分鐘取樣一次來進行的,塔式和二次反射系統主要是能不能追得上光,左邊的照片是可見光照片,也是帶了濾光片的,右邊是經過計算機處理的灰度值照片,最后所有的截斷率,整個光能夠照到中間下面的圓圈,這個圓圈的半徑1.5米的吸熱器,照到這個吸熱器的截斷率,總共面積上計算是93%左右可以追到吸熱器里去。
    
這是做的散熱器的實驗,選取了100分鐘,沒有任何加熱,讓熔鹽在里面看怎么散,來獲得吸熱器的散熱,最后得到的散熱數據是每平方米9.85千瓦,與理論估算值也差不多,反演到大的12兆瓦左右的吸熱器,這個吸熱器的效率差不多接近91%,這證明了我們的猜想,如果吸熱器放在地面采用槍式熔鹽直接加熱,吸熱器的效率要遠高于塔式排管式的吸熱器,那樣的吸熱器只有80%左右。

吸熱(re)器(qi)加熱(re)實驗,選取了10分鐘,現(xian)在的(de)(de)系統光(guang)照(zhao)密度是(shi)(shi)比較小(xiao),因為我們規模比較小(xiao),已經接近于500度的(de)(de)頂值了,10分鐘里從(cong)400多(duo)度升到(dao)了500度,瞬(shun)時(shi)有效功率(lv)接近于295 千瓦(wa),熔鹽達到(dao)最(zui)高溫度是(shi)(shi)500度,Y軸線(xian)同時(shi)也是(shi)(shi)溫度也是(shi)(shi)當時(shi)的(de)(de)輻(fu)照(zhao),當時(shi)的(de)(de)輻(fu)照(zhao)是(shi)(shi)500多(duo)。


圖--熔鹽溫度分布測試
 
這是熔鹽的溫度測試,紫顏色主要是因為下面有低于3米以下的臺階,真正看紅顏色細圈里白顏色的部分,那塊是熔鹽,被加熱的熔鹽,做這個實驗是證明在吸熱器里熔鹽在同一表面沒有溫度分布。

  
圖--熔(rong)鹽安(an)全性問題 

熔鹽(yan)儲(chu)罐(guan)的保溫測試,首先從根源(yuan)上(shang)解決熔鹽(yan)安全性問題,上(shang)圖(tu)(tu)是(shi)(shi)吸熱器的(de)(de)(de)截(jie)面(mian)圖(tu)(tu),基本上(shang)是(shi)(shi)開口的(de)(de)(de),上(shang)面(mian)是(shi)(shi)一(yi)個自動開關的(de)(de)(de)蓋子防塵(chen)防雨,晚上(shang)蓋起來,平時的(de)(de)(de)時候太陽(yang)光(guang)直接照在(zai)吸熱器里(li)面(mian),左下角三張圖(tu)(tu),物理性(xing)質的(de)(de)(de)實驗(yan),第(di)一(yi)個不同(tong)波長的(de)(de)(de)輻射(she)在(zai)二元溶液中透射(she)系數,第(di)二個照度一(yi)定深度熔(rong)鹽中的(de)(de)(de)衰減,第(di)三個光(guang)在(zai)熔(rong)鹽中的(de)(de)(de)投(tou)射(she),通過直接吸收的(de)(de)(de)腔式熔(rong)鹽吸熱器,所有(you)的(de)(de)(de)吸熱面(mian)沒(mei)有(you)任(ren)何管路(lu)(lu)設計,熔(rong)鹽不走管路(lu)(lu)凝固就沒(mei)有(you)后(hou)果,每(mei)天(tian)不需要徹底的(de)(de)(de)排(pai)(pai)空,這是(shi)(shi)塔(ta)式里(li)最大的(de)(de)(de)問(wen)題,每(mei)天(tian)早(zao)上(shang)要沖(chong)注,每(mei)天(tian)下午要排(pai)(pai)空,排(pai)(pai)不干凈不用承擔后(hou)果,是(shi)(shi)不是(shi)(shi)少(shao)了很多的(de)(de)(de)問(wen)題。

 
圖--集熱性(xing)能和光照適應性(xing)

這樣一種形式的吸熱器可以大幅度提升集熱性能和對光方面的要求,這樣一種吸熱器,它液面的反射率相當于塔式里面Pyromark 黑漆。 第二它的表層液面溫度比底層低,它的散熱系數不是按照565度峰值來算的,它可能更低, 第三液體內的理論換熱系數是無上限的,在吸熱器將近7平方米全部是同一個溫度,它沒有階層沒有分布,因為理論換熱系數是很高很高的,在同一個液體里面。它對光斑均勻性沒有要求,只要光是照在吸熱器里面就能達到加熱熔鹽的效果,不用擔心過于集中了產生過熱點了把鋼管燒掉了,因為沒有鋼管,不需要這么昂貴的材料,在傳統里流速調解非常重要,這里面沒有流速調解,或者說流速調解不再受管道的限制,照度無上限,中間的光斑,這是一個商用電站的規模,中間紅點的照度是1.2兆瓦,我相信現在的塔式系列沒有一個這樣的照度存在,這太高了,任何基礎材料

沒有辦法這樣走,但(dan)是(shi)因為是(shi)地面吸熱器,因為是(shi)熔鹽直(zhi)接加(jia)熱,所以對光(guang)斑的要(yao)求大大的降低。


江蘇(su)鑫(xin)晨定(ding)位為(wei)太陽能(neng)發電(dian)(dian)進場(chang)工(gong)程服務商和運維服務商,我(wo)們(men)做(zuo)這(zhe)個項目為(wei)了驗(yan)證(zheng)定(ding)日鏡(jing)的(de)批量化(hua)設備生產能(neng)力(li)(li)(li)(li),目前的(de)示范系(xi)統(tong)是按照商用化(hua)定(ding)日鏡(jing)要求(qiu)來生產的(de),驗(yan)證(zheng)中等(deng)規(gui)(gui)模工(gong)程實(shi)施能(neng)力(li)(li)(li)(li),還(huan)有中等(deng)尺寸的(de)二次反射塔的(de)工(gong)程實(shi)施能(neng)力(li)(li)(li)(li),以及熔鹽(yan)的(de)吸(xi)熱、儲(chu)熱、換(huan)熱集成的(de)能(neng)力(li)(li)(li)(li),同時(shi)(shi)也配(pei)套小(xiao)型(xing)的(de)工(gong)業汽機為(wei)大型(xing)電(dian)(dian)站(zhan)以后作(zuo)為(wei)培訓中心,也是為(wei)了準備一(yi)(yi)些(xie)團隊的(de)儲(chu)備。另外也為(wei)了獲得足夠的(de)實(shi)驗(yan)數據,能(neng)夠反演到商業電(dian)(dian)站(zhan)規(gui)(gui)模的(de)級別,保證(zheng)下一(yi)(yi)步開發商業電(dian)(dian)站(zhan)的(de)成功。去年年底的(de)時(shi)(shi)候面臨決策,今年直接開工(gong)上(shang)商用電(dian)(dian)站(zhan)還(huan)是先在鹽(yan)城建(jian)一(yi)(yi)個工(gong)程做(zuo)一(yi)(yi)個大家(jia)看得見規(gui)(gui)模的(de)系(xi)統(tong),把時(shi)(shi)間拖(tuo)晚一(yi)(yi)年,最后結果我(wo)比(bi)較慶幸,我(wo)們(men)愿意(yi)用多(duo)一(yi)(yi)年的(de)時(shi)(shi)間多(duo)花一(yi)(yi)些(xie)錢(qian)去做(zuo)這(zhe)樣(yang)的(de)中式(shi)規(gui)(gui)模的(de)準備工(gong)作(zuo)。


最(zui)后得出來(lai)的(de)結論,如果要(yao)(yao)進行商業(ye)化規模的(de)建設(she),第(di)一定日鏡(jing)標準的(de)各種(zhong)材(cai)料處理方(fang)面(mian)的(de)專(zhuan)機(ji)這是必(bi)須要(yao)(yao)有(you)的(de),第(di)二裝配(pei)生產線(xian),還(huan)有(you)在現場安裝的(de)專(zhuan)機(ji)也(ye)必(bi)須要(yao)(yao)有(you),安裝的(de)精度要(yao)(yao)求很高,還(huan)有(you)一些工程方(fang)面(mian)的(de)內容。


下一(yi)步來說,我們整個(ge)(ge)推進的(de)是標(biao)準模塊(kuai)化的(de)進場,標(biao)準模塊(kuai)是5兆(zhao)瓦發電(dian)功(gong)率加(jia)6小時蓄熱(re)的(de)標(biao)準電(dian)場,包括4300面定日(ri)鏡,吸熱(re)塔(ta)高(gao)60米(mi),口徑60米(mi),吸熱(re)器的(de)熱(re)當量(liang)是13.8兆(zhao)瓦,配(pei)備了熔鹽罐100兆(zhao)瓦時,這是冷熔鹽罐,還有一(yi)個(ge)(ge)低揚(yang)(yang)程的(de)高(gao)流(liu)(liu)量(liang)的(de)熔鹽循環泵(beng),我們的(de)正(zheng)好和傳統的(de)塔(ta)式(shi)熔鹽泵(beng)相反,不(bu)需(xu)要高(gao)揚(yang)(yang)程低流(liu)(liu)量(liang),我們需(xu)要低揚(yang)(yang)程高(gao)流(liu)(liu)量(liang),更多的(de)采用渦流(liu)(liu)板(ban)。


我們也(ye)遇到(dao)這樣的(de)(de)問題,做(zuo)小模(mo)塊只做(zuo)一個模(mo)塊5兆瓦好不(bu)(bu)好,現(xian)在(zai)的(de)(de)趨勢是大塔,我們并不(bu)(bu)是不(bu)(bu)能做(zuo)大塔,現(xian)在(zai)如(ru)果(guo)把鋼塔升到(dao)120米(mi),單塔也(ye)能做(zuo)到(dao)50兆瓦左右的(de)(de)規模(mo)。怎樣步進到(dao)100兆瓦規模(mo)的(de)(de)商業電(dian)站,它大概就(jiu)是20個鏡場模(mo)塊,共(gong)用同一個高熔(rong)鹽(yan)罐(guan),也(ye)就(jiu)是每個塔底下(xia)只存(cun)冷熔(rong)鹽(yan),所有(you)加熱(re)后的(de)(de)熔(rong)鹽(yan)匯聚(ju)到(dao)常規島上。100兆瓦的(de)(de)電(dian)站按(an)照數據推算(suan),光學效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)接近52%,地面(mian)吸熱(re)機效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)91%,最后得到(dao)的(de)(de)光熱(re)發電(dian)系統的(de)(de)總(zong)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)是19%,上網總(zong)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)17.45%。


為什么要做(zuo)小(xiao)的(de)(de)單(dan)(dan)模塊(kuai)疊加形成一個電場,首先從占(zhan)地(di)進行考慮,標準大塔型的(de)(de)電場,最密靠(kao)近塔的(de)(de)一圈把鏡子抽出來(lai)最后形成,單(dan)(dan)位裝機8.9英畝(mu),現在這么做(zuo)單(dan)(dan)位裝機只(zhi)有5.3英畝(mu),單(dan)(dan)位Gwh發電量只(zhi)有1.89英畝(mu),按照NIREL統計是(shi)(shi)(shi)2.8,也就是(shi)(shi)(shi)說占(zhan)地(di)率比國際同樣的(de)(de)塔式水(shui)平占(zhan)地(di)水(shui)平高48%,地(di)不(bu)是(shi)(shi)(shi)免費(fei)的(de)(de),能省就要省,不(bu)光是(shi)(shi)(shi)地(di)價(jia)的(de)(de)問(wen)題也是(shi)(shi)(shi)后期土建處理的(de)(de)費(fei)用。


從(cong)塔(ta)(ta)式設計的(de)角度或者從(cong)光(guang)學角度來(lai)說是一(yi)個的(de)規律,離塔(ta)(ta)越近鏡子越密,占地(di)率越高,離塔(ta)(ta)越遠(yuan),鏡子占地(di)率越低。離塔(ta)(ta)越近,光(guang)學效(xiao)率越高,離塔(ta)(ta)越遠(yuan),光(guang)學效(xiao)率越低。這是數學定(ding)律。為什么大(da)(da)家要往大(da)(da)大(da)(da)塔(ta)(ta)來(lai)做(zuo),可能是因此熱功太貴(gui)(gui)了,我們核算過,單50兆瓦(wa)的(de)塔(ta)(ta)定(ding)日(ri)鏡和10個5兆瓦(wa)模塊,同樣(yang)的(de)配置、同樣(yang)的(de)發(fa)電量(liang),占地(di)多(duo)30%多(duo),造(zao)價也差(cha)不(bu)多(duo)貴(gui)(gui)30%,至少在我們這個案子里小塔(ta)(ta)更(geng)有優勢。


555.png

圖--熔鹽管(guan)道壓降與溫(wen)降


塔式電(dian)(dian)(dian)(dian)站的(de)(de)熔鹽管(guan)很(hen)(hen)長,100兆(zhao)瓦(wa)電(dian)(dian)(dian)(dian)場熔鹽總管(guan)道6.48公(gong)里。左邊是(shi)(shi)這(zhe)6.48公(gong)里沿程(cheng)阻力,570度是(shi)(shi)熱(re)(re)熔鹽輸送過程(cheng)熱(re)(re)損(sun),第二行(xing)是(shi)(shi)冷熔鹽輸送回去過程(cheng)熱(re)(re)損(sun)表,整個(ge)全部把熱(re)(re)損(sun)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)補上大(da)(da)概只有(you)1.75%,相對于地面吸熱(re)(re)器,泵功很(hen)(hen)小,揚(yang)程(cheng)只有(you)3-4米,相對于100米揚(yang)程(cheng)的(de)(de)大(da)(da)塔至(zhi)少7%到8%自(zi)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)率(lv)(lv)(lv),這(zhe)樣1.7%自(zi)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)率(lv)(lv)(lv)是(shi)(shi)賺(zhuan)了的(de)(de),還(huan)有(you)一個(ge)好(hao)處是(shi)(shi),中國業(ye)主(zhu)比較喜(xi)歡的(de)(de),多模(mo)塊(kuai)可(ke)(ke)以(yi)(yi)分(fen)布建(jian)設,比如說100兆(zhao)瓦(wa)需要20個(ge)模(mo)塊(kuai),先(xian)建(jian)十個(ge)模(mo)塊(kuai),建(jian)一個(ge)常規島,可(ke)(ke)以(yi)(yi)滿(man)功率(lv)(lv)(lv)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian),發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)效率(lv)(lv)(lv)不(bu)會(hui)變化,但(dan)是(shi)(shi)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)時長變化了,這(zhe)樣周期是(shi)(shi)在一年的(de)(de)時間就可(ke)(ke)以(yi)(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)站建(jian)成發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian),甚至(zhi)更(geng)進一步(bu)可(ke)(ke)以(yi)(yi)把建(jian)成發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)站先(xian)抵押了,雖(sui)然是(shi)(shi)半個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)站,剩下的(de)(de)一年時間過了冬天以(yi)(yi)后再(zai)建(jian)剩下的(de)(de)十個(ge)鏡場模(mo)塊(kuai),這(zhe)樣把兩年半的(de)(de)建(jian)設周期分(fen)成兩個(ge)階段,可(ke)(ke)以(yi)(yi)大(da)(da)大(da)(da)改善業(ye)主(zhu)前(qian)五年的(de)(de)項目(mu)建(jian)設期和項目(mu)前(qian)期的(de)(de)財務環境,對財務模(mo)型有(you)很(hen)(hen)大(da)(da)的(de)(de)改善。


蓄熱(re)(re)(re)和太(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu)的(de)(de)(de)(de)問(wen)題,把所有的(de)(de)(de)(de)數(shu)據帶進(jin)去計算,它不是(shi)(shi)(shi)(shi)單一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)值,可(ke)能是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)個區間,縱軸是(shi)(shi)(shi)(shi)代(dai)表蓄熱(re)(re)(re)小時(shi)數(shu),橫軸是(shi)(shi)(shi)(shi)太(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu),太(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu)進(jin)場輸出(chu)規模是(shi)(shi)(shi)(shi)汽(qi)輪機的(de)(de)(de)(de)倍(bei)(bei)數(shu),顏色越(yue)深代(dai)表的(de)(de)(de)(de)電(dian)價(jia)越(yue)低,其(qi)實是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)個區間,可(ke)以1.2個太(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu),接近(jin)6小時(shi)蓄熱(re)(re)(re)和選(xuan)1.4的(de)(de)(de)(de)倍(bei)(bei)數(shu)接近(jin)8小時(shi)蓄熱(re)(re)(re),其(qi)實單位成本(ben)電(dian)價(jia)上是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)樣的(de)(de)(de)(de),這(zhe)樣提(ti)供了另外一(yi)(yi)種可(ke)能性,按照這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)模型(xing)有沒有可(ke)能建完一(yi)(yi)個100兆瓦電(dian)站,如果覺得再擴(kuo)容幾個模塊、擴(kuo)容一(yi)(yi)些熱(re)(re)(re)罐是(shi)(shi)(shi)(shi)不是(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)以保證原來(lai)最(zui)低的(de)(de)(de)(de)單位成本(ben)電(dian)價(jia)。


從幾(ji)個(ge)角度去考慮怎么設計(ji)這(zhe)個(ge)電站,最終獲得(de)更低的綜(zong)合成本(ben),一縮短(duan)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)設計(ji)周期,相(xiang)對大(da)塔需要很(hen)長(chang)的設計(ji)周期,設計(ji)一個(ge)進(jin)場模(mo)塊(kuai)其他的拷貝就可以了(le),工(gong)(gong)(gong)程(cheng)設計(ji)量大(da)大(da)的減(jian)少了(le),第(di)二(er)加快(kuai)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)安裝施工(gong)(gong)(gong),因為(wei)都(dou)是(shi)(shi)模(mo)塊(kuai)化設計(ji)。每一個(ge)模(mo)塊(kuai)化施工(gong)(gong)(gong)很(hen)快(kuai),第(di)三熔鹽蓄熱是(shi)(shi)安全穩定,減(jian)少了(le)運營(ying)成本(ben),第(di)四鏡場模(mo)塊(kuai)是(shi)(shi)最佳性價比,分布投資(zi)提高資(zi)本(ben)的利用率,最后達到更低的綜(zong)合成本(ben)。


謝謝大家!

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