光熱發(fā)電:中國(guó)下一張“國(guó)家名片”?
項(xiàng)目位于希臘最大的島嶼——克里特島,在地中海中,愛(ài)琴海之南。項(xiàng)目利用光熱技術(shù)的儲(chǔ)能功能,降低島內(nèi)對(duì)柴油發(fā)電依賴的同時(shí),保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。
該項(xiàng)目是葛洲壩國(guó)際公司與浙江中控太陽(yáng)能技術(shù)有限公司(簡(jiǎn)稱中控太陽(yáng)能)組成的聯(lián)營(yíng)體與英國(guó)投資商在希臘國(guó)別的成功合作,是中國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)首次以完整的“技術(shù)+設(shè)備+工程”模式走出國(guó)門。
看到這個(gè)消息,筆者深感欣慰。中國(guó)在光熱發(fā)電領(lǐng)的多年深耕,終于有了回報(bào)。
提起太陽(yáng)能發(fā)電,人們就會(huì)想起光伏。其實(shí),除了光伏,還有一種太陽(yáng)能的利用方式,這就是光熱。顧名思義,光熱是利用太陽(yáng)光照的熱效應(yīng),將陽(yáng)光的熱能轉(zhuǎn)化為電能,這是它與光伏的最大區(qū)別。用比較通俗的話說(shuō),就是利用太陽(yáng)光的熱量來(lái)發(fā)電。
與光伏相比,光熱發(fā)電的最大優(yōu)點(diǎn)在于,作為一種熱電站,它可以直接產(chǎn)生與火電站完全相同的滿足電網(wǎng)品質(zhì)要求的交流電,保證電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定,對(duì)現(xiàn)有火電站及電網(wǎng)系統(tǒng)有更好的兼容性。
一般來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能光熱發(fā)電有槽式、塔式、碟式(盤式)、菲涅爾式四種形式。
在這四種光熱發(fā)電方式中,槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽型拋物面聚光反射鏡加熱其上方集熱管中的導(dǎo)熱油,再利用導(dǎo)熱油加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電;
菲涅爾式與之類似,只不過(guò)用來(lái)反射太陽(yáng)光的不是拋物面聚光反射鏡,而是鏡面陣列,同時(shí)其集熱管是固定式的;
盤式(又稱碟式)太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是用圓形的拋物面聚光反射鏡聚焦陽(yáng)光作為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的外部熱源,用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電;
塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面反射太陽(yáng)光到集熱塔頂端的集熱器,集熱器中的熱量通過(guò)換熱裝置加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
蘭州大成200kW光熱發(fā)電示范項(xiàng)目。圖中左側(cè)為槽式光熱發(fā)電系統(tǒng),右側(cè)為菲涅爾式光熱發(fā)電系統(tǒng)。圖片由作者收集,下同
中船重工711所研制的1kw碟式太陽(yáng)能光熱斯特林發(fā)電系統(tǒng)??梢钥闯觯鼘?shí)際上就是在太陽(yáng)灶上安裝了一個(gè)用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。
塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電原理示意圖。太陽(yáng)光經(jīng)定日鏡反射后聚焦在集熱塔頂端的集熱器,產(chǎn)生大量熱量。這種集熱方式的集熱效率比槽式系統(tǒng)高15%。
北京延慶八達(dá)嶺1MW塔式試驗(yàn)電站。該電站是中國(guó)第一座MW級(jí)塔式太陽(yáng)能光熱電站。
與其它三種光熱發(fā)電方式相比,塔式光熱發(fā)電的最大優(yōu)點(diǎn)在于,它的聚光比高達(dá)1000倍,遠(yuǎn)高于槽式(100倍)和菲涅爾式(50倍),接近碟式的圓形拋物面的水平,這使得其熱電效率高于槽式光熱發(fā)電系統(tǒng);同時(shí),因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)擴(kuò)大鏡場(chǎng)和增加反射鏡數(shù)量來(lái)擴(kuò)大規(guī)模,這使得單個(gè)的塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)不像碟式那樣有規(guī)模限制,便于大規(guī)模開(kāi)發(fā),從而降低建設(shè)成本。因此,自從1981年第一座太陽(yáng)能光熱發(fā)電站在美國(guó)建成以來(lái),塔式電站一直是太陽(yáng)能光熱發(fā)電站的主要發(fā)展方向。
中國(guó)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展起步于21世紀(jì)初。2006年12月,國(guó)家“863”計(jì)劃“太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范”重點(diǎn)項(xiàng)目正式立項(xiàng),其目標(biāo)是研究塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù),建立太陽(yáng)能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),探索高效能、大規(guī)模、低成本的商業(yè)化電站的技術(shù)路徑,為我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。
在此計(jì)劃支持下,位于北京延慶八達(dá)嶺的中科院電工所1MW塔式試驗(yàn)電站(又名大漢電站)正式啟動(dòng),該項(xiàng)目由中科院、皇明太陽(yáng)能股份有限公司和華電集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)建設(shè),總投資1.2億元。經(jīng)過(guò)六年的建設(shè)和努力,2012年7月1日,電站汽輪發(fā)電機(jī)平穩(wěn)通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速;2012年7月17日,電站汽輪發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速;2012年7月22日,電站汽輪發(fā)電機(jī)首次發(fā)電試驗(yàn)成功;2012年8月4日下午,首次帶負(fù)載運(yùn)行發(fā)電實(shí)驗(yàn)成功;2012年8月9日下午13:18分,電站首次全面運(yùn)行發(fā)電實(shí)驗(yàn)成功。
該項(xiàng)目是我國(guó)自行研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的首座MW級(jí)塔式太陽(yáng)能電站,也是亞洲首座MW級(jí)電站,項(xiàng)目的成功發(fā)電意味著我國(guó)建立起了一個(gè)完整的塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化意義重大。
同樣是在2012年8月,中控太陽(yáng)能德令哈50MW塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站一期工程(10MW)成功產(chǎn)出蒸汽,蒸汽參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),并實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。2016年8月20日14時(shí)18分,該電站一次性打通全流程并成功并網(wǎng)發(fā)電,至21日15時(shí)45分,該電站實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷發(fā)電。這是中國(guó)第一座正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的塔式太陽(yáng)能光熱電站(上網(wǎng)電價(jià)1.2元/千瓦)。
值得一提的是,該電站完全采用中控太陽(yáng)能公司自主研發(fā)的技術(shù)和裝備,鍋爐系統(tǒng)由杭州鍋爐集團(tuán)研制,汽輪機(jī)則由杭州汽輪機(jī)股份有限公司研制。它的成功投運(yùn)表明我國(guó)的塔式光熱發(fā)電技術(shù)和裝備完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,充分展示了我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的塔式光熱系統(tǒng)核心裝備研制能力和集成技術(shù)水平,意義極為巨大。
中控德令哈10MW塔式光熱電站。該電站是中國(guó)第一座投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的塔式太陽(yáng)能光熱電站。
這兩次成功經(jīng)驗(yàn),為中國(guó)企業(yè)增加了“走出去”的信心。2018年4月13日,上海電氣與ACWAPower公司在上海簽訂迪拜水電局光熱四期700兆瓦電站項(xiàng)目總承包合同。該項(xiàng)目由三個(gè)裝機(jī)為200兆瓦的槽式電站和一個(gè)裝機(jī)為100兆瓦的塔式電站組成,總計(jì)700兆瓦,是目前世界上投資規(guī)模最大、裝機(jī)容量最大、熔巖罐儲(chǔ)熱量最大的光熱項(xiàng)目;同時(shí),該項(xiàng)目100兆瓦熔鹽塔式電站塔高設(shè)計(jì)為260米,為目前世界最高。能夠拿下這一項(xiàng)目,充分說(shuō)明了中國(guó)企業(yè)在這一領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。
2018年7月,習(xí)近平主席在對(duì)阿聯(lián)酋訪問(wèn)前夕,在阿聯(lián)酋《聯(lián)邦報(bào)》、《國(guó)民報(bào)》發(fā)表題為《攜手前行,共創(chuàng)未來(lái)》的署名文章,文中特別提到迪拜700兆瓦光熱發(fā)電項(xiàng)目,盛贊它“是世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的光熱發(fā)電站”。習(xí)近平主席的這一評(píng)價(jià),是對(duì)中國(guó)在光熱發(fā)電領(lǐng)域?qū)嵙Φ淖詈每隙ā?/p>
不過(guò),略有遺憾的是,這次上海電氣還只是一個(gè)EPC(工程總承包),鏡場(chǎng)技術(shù)和汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)都由西方國(guó)家的公司提供。
迪拜700mw光熱發(fā)電項(xiàng)目效果圖。該集熱塔高達(dá)260米,為世界第一。
這個(gè)遺憾在這次希臘的MINOS 50MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目中終于得以彌補(bǔ)。如前所述,中控太陽(yáng)能擁有完全獨(dú)立自主的塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)和裝備,這次葛洲壩國(guó)際公司與中控太陽(yáng)能組成的聯(lián)營(yíng)體承建希臘MINOS 50MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目,第一次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)以完整的“技術(shù)+設(shè)備+工程”模式走出國(guó)門。筆者相信,假以時(shí)日,光熱發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)必能成為繼高鐵、核電之后,中國(guó)的又一張“國(guó)家名片”。