深圳光伏~观念 | 槽式光热发电我国计划之挑选

槽式太阳能热发电能够凭借传热介质的热惰性有用应对多云气候的改动，在热循环体系中可坚持温度相对安稳，其输出的优质电力和规划储能为电网所欢迎。此外，槽式光热循环体系还可经过多能互补充沛展示储热优势，经过延伸发电时数下降发电本钱，经过精心规划削减初始出资。只需依据我国国情不断立异并提出可行性的计划，即可有用进步槽式太阳能热发电技能在我国可再生动力发电中的市场竞赛力。本文作者共享了几种槽式太阳能的计划，以供参阅。

前语

太阳能光热发电技能现在首要有槽式、塔式、碟式、线性菲涅耳四种，其间槽式光热发电约占有装机总量的70%以上，技能成熟度得到公认，已被证明是一种具有开展前景的可再生动力技能。槽式光热发电的底子优势是能够凭借传热介质的热惰性以及储能有用应对多云气候的改动，在热循环体系中可坚持温度相对安稳，其输出的优质电力和规划储能为电网所欢迎。

槽式聚光设备经长期的实践磨合，技能参数挨近极限；充沛运用光谱挑选性吸收原理致使其光热转化功率最高；虽然我国天然环境约束条件多，太阳能直射辐射值（DNI）大多低于中东北非等国外的资源条件，但槽式光热循环体系可经过多能互补充沛展示储热优势；经过延伸发电时数下降发电本钱；经过精心规划削减初始出资；只需依据国情有针对性地不断立异，即可有用进步槽式光热发电技能在我国可再生动力发电中的市场竞赛力。

图2  无储热的槽式光热发电技能原理图

图3 初次在欧洲运用的带熔盐储热设备的槽式光热发电技能

图4  美国Solana和 Mojave两电站年度季节性运转曲线

一、鼓舞槽式太阳能热发电与风电、光伏互补储热

推行在光热发电站内装备风电、光伏等可再生动力设备，推行燃气布雷顿发电与光热发电互补储热发电技能，其意图是下降初始出资，添加发电时数，进步市场竞赛力。

电规总院和水规总院从前发布的《2016—2017年投产电力工程项目造价状况》显现，我国5个百万千瓦级二代改进型核电项目均匀造价为12038元/千瓦，11个惯例水电项目造价为9352元/千瓦，41个火电项目为3593元/千瓦，而风电和光伏发电分别为7587元/千瓦和7406元/千瓦。显着，光热发电在初始出资上现已“输在了起跑线上”。现在，风电和光伏设备市场竞赛比较充沛，价格降幅很大，近期GE中标内蒙古兴安盟100MW风电项目，风机报价仅3491元/千瓦！由此可见，把风电或光伏作为光热电站的重要组成可有用平抑光热发电初始出资，一起树立以光热发电为中心的归纳动力发电基地。

传统槽式光热发电站的发电时数底子与当地的DNI适当，假如引进风电和光伏电力可凭借电储热进步年发电时数和发电量；尤其是将两个不安稳电力经过储能加以均衡，可进一步增强光热电站作为电网基荷电源的才干，激起危险本钱对光热发电的出资热心。如图5所示。

图5 风电、光伏与光热发电互补示意图

图6  风电、光伏运转负荷曲线

挑选风电互补储热，首要运用风电反调峰特性为储热设备供给辅佐热源；如图6风电、光伏运转负荷曲线所示，我国风电机组夜间运转多，与负荷需求恰好相反，成反调峰状况，因而将反调峰电力用于光热发电储热，可与光热发电构成有用互补，比较光伏发电与光热发电同周期运转更有利。图7是国内风电职业借用光热发电熔盐储热方式提出的电转热储能发电体系。

图7 国内风电职业电转热储能发电体系

图8是将风力直接转换成热能，经高温熔盐存储后以输出安稳电力的一种技能方式。显着，引进风电加大电储热份额，或将风转热直接嫁接到光热发电体系中，可有用进步储热和发电设备的运用率，削减外用电运用量，削减寄生损耗，有利下降运转本钱。

图8 风力热储能发电体系，借用光热发电熔盐储热方式

图9 摩洛哥Noor Midelt的800MW太阳能光伏和光热混合发电项目原理图

该项目技能人员拟选用白日光伏和太阳能光热的堆叠发电来优化光热混合存储的容量和功率，即充沛运用光伏白日的电力加热太阳能热发电的熔盐存储介质，以确保夜间发电。他们计划在Noor Midelt的首个混合互补存储项目中完成以每千瓦时7美分的价格供给可调度的太阳能电力。

如图10所示，该项目计划挑选塔式熔盐热发电为榜首级换热，将熔盐温度由170℃（最低）进步至560℃；光伏电力加热为第二级换热，可依据熔盐气化点持续进步熔盐工况温度。该电加热器选用串联方式，相同可用于槽式互补储热发电体系。为防止光照接连缺乏还需求装备电网辅佐电加热体系，或装备燃气补热设备。好像Abengoa在美国树立的280MW索拉纳项目相同，起先装备的光伏电站并未确保12个熔盐罐安全，终究添加燃气锅炉以躲避熔盐罐及管道可能发生的熔盐凝结事端。

图10 光伏电加热辅佐熔盐互补热发电体系

其实，美国新月沙丘塔式熔盐热发电项目就选用了光热+光伏的混合规划，其光热发电的净容量为100MWe，光伏发电容量为60MW，但未挑选运用光伏的电力进行热存储。

Abengoa近期计划将光伏或风电电加热存储技能“嫁接”到西班牙前期没有存储设备的槽式光热电站中，拟挑选一个50MW槽式电站，开始规划用4年完结改造。

图11 风电和光伏选用电池短时存储、电转热长时存储，对光热发电构成应战

作者很早就提出将不安稳的光伏或风电经过电加热设备与光热发电储热体系嫁接，以充沛发挥光热发电特有的储热技能优势。可是，假如风电和光伏电站如图11所示移植电储热和太阳能热发电技能，即可凭借初始出资低的先发优势对光热发电技能构成应战。

二、储热规划与太阳能倍数脱钩

选用太阳能倍数与储热脱钩的规划方式，聚光镜场规划只遵守（规划点挑选800瓦/㎡）发电设备铭牌功率，可有用下降镜场出资规划。从美国上世纪八十年代开发槽式热发电技能初始，在电站添加储能设备其初衷是为应对夏日超越规划点的溢出。德国千年太阳能公司规划的两罐熔盐储热技能于2008年初次在西班牙Andasol-1号电站运用，从实践运用作用看，尚无法到达规划方针，但由于储能体系的添加以及对应的聚光场面积的添加，导致初始出资较无储热电站显着增多。

表1 美国Solana 、Mojave和Genesis同规划电站比较

以美国Solana和Mojave两个槽式光热电站作比较，电站规划均出自西班牙Abengoa Solar公司之手，相同规划、相同规划，差异在于Solana带储热设备，而后者无储热设备，两者相差4亿美金，如和Genesis比较出资添加7.5亿美金。如表1所示。

表2 西班牙三个电站比较

西班牙安达索区域DNI略高于我国，安达索三个电站初次运用熔盐储热技能，年规划发电时数3589h（实践运转时数相差近千小时），储热7.5h，聚光镜面积达51万㎡，优惠电价0.32欧元/kWh，燃气占15%，寄生损耗27.2GWh，约占发电总量的15%左右；艾波索以及索拉维的三个电站均不带储热设备，聚光镜面积分别为29万和29.43万㎡，与安达索电站相差一半，运转工况温度且高于前者。如表2所示。

图12  推行“小镜场”大储罐技能

改动传统太阳能镜场有必要和储热规划匹配规划和树立多能互补储热的理念极有必要。主张依据我国国情实施非匹配规划，为下降初始出资（镜场出资占总投约60%），推行“小镜场”大储罐技能，镜场规划最多控制在1.5倍之内，也即按储热2小时确认镜场规划；储热设备或罐体容量按预设的储热量和发电时数挑选，为风电或燃气互补储热留置容量空间。如图12所示。

三、倡议单罐固体填充一体化储能技能

为下降储能设备出资（占总出资10-15%），发起单罐储能代替双罐储能，有用下降初始出资。如图13所示。

图13  单罐固体填充和蓄电一体化储能技能

槽式太阳能储热蓄电一体化体系简介：

1、本设备选用高温硅油做传热介质，工况温度400℃，无低温冷凝结晶疑虑；

2、选用单罐固体储热介质填充技能，代替价格昂贵的熔盐；固体填充物优先挑选本钱低的抛弃陶瓷或锻炼抛弃物钢渣、铁渣等，浇注成型置入储热罐内。

3、蓄电设备选用钠氯化物高温熔盐电池堆，中心工况温度300℃；

4、蓄电来历首要吸纳风电、光伏和电网超负荷过载电力；

5、本设备拟参加电网削峰填谷、调频调压使命，方针为电网基荷电源。

四、燃气发电与光热发电互补储热

图14 摘自：NREL-52424《Gas Turbine/Solar Parabolic Trough Hybrid Design Using Molten SaltHeat Transfer Fluid 》

运用燃气发电代替现有燃气一般锅炉，运用瞬时发动快的特色，增强参加电网调峰的才干，一起运用燃气发电发生的高温排气为储热罐补热，以战胜太阳能不安稳、不可控的缺点，有用添加发电时数，进步槽式光热电站的可控性和市场竞赛力。如图14所示。该技能不同于燃气联合发电即IGCC或ISCCS方式，燃气发电机组是为发挥光热电站特有的储热功用，以补偿光照资源不安稳和战胜光热发电的间歇性提出的技能计划。该技能既可用于槽式也可用于塔式。

2016年10月，欧盟针对欧洲南部区域DNI较低的现状，提出沼气与光热发电互补的HYSOL研制课题。该项目为欧盟赞助项目，由西班牙ACS-COBRA牵头，欧盟内8个单位参加，包含太阳能安排PSA-CIEMAT、西班牙马德里技能大学、意大利ENEA、IDIE(西班牙)、AITESA(西班牙)、Tekniske大学(丹麦)和SDLO-PRI(荷兰)。欧盟的燃气互补发电试验项目即HYSOL的规划和运转首要根据当地的电力需求、太阳能资源以及辅佐燃料的来历、本钱和特性，辅佐燃料可能是化石燃料或可再生燃料。HYSOL的概念是根据CSP电站以熔盐的方式贮存热能(TES)，能够在槽式或塔式太阳能体系运用。该电站拟选用Brayton循环，运用燃气轮机废气中的热能与传统的Rankine循环结合。该项目声称可高效出产清洁动力。如图13所示。我国光照资源比较欧洲南部相差无几，其开展观念能够学习，但应设法躲避二氧化碳和氮氧化物排放问题。

图15 欧盟HYSOL燃气发电与熔盐储热互补原理图

风电与燃气发电作为热源与光热发电互补，能够补偿太阳能热发电的缺点，经过储热设备作为介质，从底子改动可再生动力共有的不安稳、不接连、不可控的问题。

图16 光热发电与燃气互补平衡季节性出力

欧盟HYSOL项目对实施燃气互补后的发电状况进行比较，显现凭借燃气发电为光热发电体系补热储热，不只延伸发电时数，并且平抑了太阳能发电的季节性差异。如图16所示。

五、纯氧燃气发电与槽式光热发电互补，追梦“终极动力”

选用半闭式超临界二氧化碳纯氧燃气发电与槽式光热发电互补，其意图是创立可再生动力“终极动力”发电体系，以逐步代替化石动力发电，终究完成零碳绿色电力。如图17所示。

其原理是：将槽式太阳能热发电技能有机嫁接在半闭式超临界二氧化碳燃气布雷顿热发电体系中，经过互补储热、循环发电以躲避太阳能热发电不安稳、不接连的先天缺点；一起运用纯氧燃气发电发生的水进行电解制氢制氧，汽水别离出的二氧化碳除用作动力工质外，其余部分进行加氢甲烷化制备，并将制备的甲烷气进行存储，而运用可再生动力电解水制氢取得的氧气用于体系本身的纯氧燃气布雷顿高效发电；体系冷凝发生的水和加氢甲烷化发生的水将直接供给给槽式太阳能热发电体系作蒸汽朗肯循环发电补水运用，剩余的水作清洗聚光镜用水。据国外测算，不含甲烷制备发生的水，仅550兆瓦电站即可发生1.8亿加仑水。

其实，当人们把目光聚集在氢能的开发和运用时，氢能简直成了“终极动力”的代名词，可是氢能究竟归于二次动力，只需将可再生动力与氢能有机结合，直接将其转化为电能，削减氢的储运和运用中的繁琐进程才干终究展示其“终极动力”的魅力。

图17 槽式太阳能热发电与风电和燃气发电制氢制甲烷循环热发电

六、可再生动力与氢结合，副产绿色化肥

我国是国际上氨产值和运用量最多的国家，占国际总产值的三分之一左右，可是氨的获取首要依靠天然气和煤炭。现在全国际5%的天然气用于出产氨，大多选用哈伯法工艺，每出产一吨氨则排放三吨二氧化碳，可谓二氧化碳排放和电力高耗能大户。

假如凭借太阳能或风能等可再生动力电力经过空分设备制取氧气，运用副产的氮气与电解水制取的氢气混合制备“绿色氨”，再与燃气发电体系收回的二氧化碳混合出产碳酸氢氨、尿素等化工产品，不只可大幅削减我国的二氧化碳排放，并且经农业施放“绿色化肥”还可完成真实含义的二氧化碳天然循环。

槽式光热发电结合风能与纯氧燃气发电互补一起进行氨制备即可完成“绿色化肥”出产，该技能的运用对我国西部风能和太阳能禀赋较高，但吸纳才干较弱的区域无疑是一件功德。关于方针制定者而言，也可据此鼓舞农用石化项目逐步由我国东部西移至可再生动力丰厚的西部区域，即有利于疆土产业布局优化，也有利于二氧化碳减排，一起改进影响我国东部雾霾气候的气凝胶堆集效应，将是一举多得。如图18所示。

图18 太阳能、风能与燃气互补热发电副产绿色化肥示意图

总归，光热发电技能在我国动力转型中的位置需求靠自己的技能实力来确保，其底子出路在于发挥本身特有的储热技能优势——能够与光伏、风电或燃气发电与光热发电互补储热，力求平衡季节性和间歇性发电，在进步发电设备运用率的根底上，将年发电时数的规划值添加到5000小时以上，这一挑选已被证明是彻底可行的。

别的，咱们对光热发电运用天然气应持容纳的情绪；业内人士也要少点理想主义颜色，只需光热发电技能做到少排放或不排放二氧化碳就应予以必定。因而，挑选风电制热或燃气发电与光热发电完成互补不失为一种更实际、更经济、更具竞赛力的技能道路。

结语

槽式太阳能热发电技能和运用在全球光热发电技能领域占主导位置，究其底子原因在于技能成熟度高，立异空间大。可是面临我国不太充足的太阳能资源和现状，有必要对槽式太阳能热发电技能进行再立异。立异的方针无非是下降初始出资，进步发电功率、延伸发电时数，增强盈余才干，树立与光伏和风力发电竞赛的技能根底。

上世纪末，欧盟牵头安排欧洲一些国家联合开发槽式太阳能热发电技能，其间为我们所熟知的“欧洲槽”聚光阵列和槽式熔盐储热技能便是这次联合规划的产品，正由于有了联合规划，才加快了槽式太阳能热发电技能在全球的推行。

可喜的是，我国自2016年以来相继树立了两座规划化的槽式光热发电站，这为我国堆集建造和运转的经历奠定了根底，加之为槽式光热发电配套的产业链底子完备，创立槽式光热发电我国计划指日可下，信任在不久的将来，我国企业能携我国计划走向国际市场。