中國儲能網(wǎng)訊:高海拔往往意味著高寒和較大的晝夜溫差,高海拔地區(qū)的光熱電站的項目開發(fā)和運營也因之面臨更為嚴(yán)峻的考驗。而在中國,在太陽能輻照條件較好,適合開發(fā)光熱電站的廣袤的西北區(qū)域,高海拔又是這些地區(qū)的共性。
中國西北地區(qū)當(dāng)然也有低海拔地區(qū),但其整體環(huán)境遠不如高海拔地區(qū)。本網(wǎng)記者此前曾一路驅(qū)車從甘肅阿克塞縣城趕往金釩阿克塞項目地,兩地距離150公里左右,從海拔1600米左右到海拔3000米左右,明顯可以感覺到空氣逐漸清潔,天空逐漸高遠,可視范圍逐漸增加,太陽輻照逐漸增強。這主要是由于當(dāng)?shù)氐秃0蔚貐^(qū)受西北沙塵天氣影響導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降,大大削弱了太陽輻照。
對中國的光熱電站開發(fā)商來說,在高海拔地區(qū)建設(shè)光熱電站成為不可選而不得不選之選擇。你無法找到一個類似于西班牙那樣擁有優(yōu)越自然環(huán)境的選址,甚至于無法與中東北非等較為惡劣的沙漠地區(qū)的電站開發(fā)環(huán)境相比。
大唐鄂爾多斯項目、中廣核德令哈項目、華能西藏山南項目、金釩阿克塞項目等諸多項目的選址都在海拔3000米左右,這也成為項目設(shè)計時讓各設(shè)計方分外頭疼的問題。一方面要做好保溫,另一方面又不能因之增加過多成本。
高寒環(huán)境使得電站的保溫等維護成本陡增,中國首個光熱特許權(quán)招標(biāo)項目在混亂的競爭下以超低價中標(biāo)收場,待事后認(rèn)真核算成本后才發(fā)現(xiàn)電價太低而難具收益保障。對在高海拔地區(qū)開發(fā)光熱項目的困難認(rèn)識不足也是其中一大原因。
保溫主要指的是對電站工作介質(zhì)的保溫。傳熱介質(zhì)流通的管路越長,在高寒環(huán)境下對傳熱介質(zhì)投入的保溫代價就越大。由此看來,塔式電站似乎比槽式電站更適宜在高海拔地區(qū)開發(fā),因為同等裝機規(guī)模的光熱電站,塔式電站的管道長度要遠遠低于槽式電站。
美國可再生能源私募股權(quán)基金(SolarReserve的投資方之一)高級顧問傅可夫曾表示,“到目前為止,全球范圍都尚無一座槽式光熱電站在海拔超過2000米的地區(qū)建成。”這主要是由于槽式電站無論以導(dǎo)熱油還是熔鹽作為傳熱介質(zhì),在寒冷的夜晚,系統(tǒng)都很難做好保溫,即便可以做到,也需要通過輔助燃料如天然氣或電伴熱等方式實現(xiàn),而這將耗費大量資本支出,大大削減光熱電站的投資收益。
傅可夫認(rèn)為,在高寒環(huán)境下開發(fā)光熱電站,熔鹽塔式技術(shù)優(yōu)勢明顯。一個100MW的槽式電站約需要長度超過上百公里的集熱管和管道,對這些管道的保溫難度很大,集熱管中的導(dǎo)熱油在夜間無法被抽出,整個光場就成為一個巨大的散熱場,雖然可以采用天然氣輔助,但耗能占比過高而難以保障經(jīng)濟性;而一個100MW的熔鹽塔式電站僅需要600米長的管道,所有的管道都位于集熱塔等建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部,在夜間,管道里的熔鹽還可流回保溫能力極強的儲熱罐中,甚至于無需使用天然氣或其它輔助燃料來保溫。
目前常用的二元熔鹽的結(jié)晶點在230攝氏度左右。在高寒環(huán)境下如何維持這一溫度?SolarReserve公司首席技術(shù)官Bill Gould稱,對于塔式熔鹽電站,這一問題可以輕松應(yīng)對。一個100MW的熔鹽塔式電站,從集熱塔底部到熱量接收器的熔鹽管道的長度在200碼(1碼=0.9144米)左右,從集熱塔底部到熔鹽罐的管道長度又在200碼左右,從熔鹽罐到蒸汽發(fā)生器的距離也約200碼,總長度約600碼,而且這600碼的管道都處于集熱塔內(nèi)部或其它建筑體內(nèi),同時還進行了管道保溫處理,完全可以保證熔鹽處于高溫液化狀態(tài)。
開發(fā)了全球首個24小時運行的Gemasolar熔鹽塔式電站的Torresol能源公司的運維技術(shù)總監(jiān)Santiago Arias表示,熔鹽塔式電站的集熱場無任何傳熱介質(zhì)流動,熔鹽被限制于一個相對封閉的空間,有很強的熱慣性,更易控制,幾乎不可能出現(xiàn)結(jié)晶事故??偟膩砜矗埯}塔式技術(shù)的一大優(yōu)勢就是工質(zhì)的散熱面積很小,外部環(huán)境的低溫基本不會對其造成太大影響。
Gould還稱,對于槽式電站,要克服這一問題要難的多,比如阿本戈正在開發(fā)的280MW的Solana光熱電站,其整體的管路長度約達250英里,這么長的管路暴露于外部環(huán)境下,在冬天的寒冷夜晚下,將造成大量的熱量損失。
但一些獨立性的行業(yè)專家也指出,槽式電站采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì),在寒冷的環(huán)境下完全可以穩(wěn)定運行,不會出現(xiàn)導(dǎo)熱油結(jié)晶的問題。
德國CSP Services(DLR的衍生公司)的Eckhart Lupfert博士曾擔(dān)任過多個槽式電站和塔式電站的設(shè)計顧問,他對槽式技術(shù)有20余年的研究歷史。他認(rèn)為,目前來看,寒冷環(huán)境對槽式電站已經(jīng)不是一個多大的問題。
他表示,防凍保溫是上述兩種光熱電站都必須考慮的問題。槽式電站的導(dǎo)熱油結(jié)晶點遠低于熔鹽的結(jié)晶點,雖然塔式電站的管道更集中,保溫做起來更為簡單,但其采用的熔鹽的結(jié)晶點過高。導(dǎo)熱油12攝氏度和熔鹽230攝氏度的結(jié)晶點相比,一個在戶外做保溫,一個在室內(nèi)做保溫,其實際操作難度大體相當(dāng)。在高海拔地區(qū),晝夜溫差很大,臨近晚上,溫度下降很快,每個電站都需要一個具體的保溫方案,區(qū)別主要是耗能多少和成本多少的問題。
NREL高溫太陽能熱利用研究團隊的帶頭人Mark Mehos也認(rèn)為,采用導(dǎo)熱油作傳熱介質(zhì)應(yīng)對寒冷的環(huán)境并不是一個太大的問題。目前的槽式集熱管的熱損很小,在夜間也可以輕松維持管內(nèi)的油溫在結(jié)晶點以上。
國內(nèi)也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)同此觀點,從夜間保溫的角度出發(fā),利用現(xiàn)有的集熱管和配置防凝泵和輔助鍋爐等保溫方案完全可以保障管內(nèi)的導(dǎo)熱油不會凝固,即便在中國西部的高海拔高寒環(huán)境下,整個電站也可維持正常運行,主要問題是如果夜間導(dǎo)熱油的保持溫度過低,即保溫措施做得不夠好,會造成第二天的電站啟動時間增加,造成運營成本增加。
但必須看到的是,銀行等金融機構(gòu)考量一個項目是否可以給予融資的主要指標(biāo)是項目的投資風(fēng)險系數(shù),沒有融資,項目就難以啟動,在此前提下討論的一切都將歸于空談。當(dāng)前,槽式技術(shù)在全球范圍內(nèi)有多項實踐證明案例,對中國光熱發(fā)電項目開發(fā)來說,在項目融資方面可能更易說服銀行。因此,即便在中國西部的高寒環(huán)境下開發(fā)槽式電站將面臨更多的保溫成本投入,槽式技術(shù)依然最可能成為國內(nèi)光熱發(fā)電項目開發(fā)的突破口。塔式熔鹽技術(shù)雖然在理論上擁有更適宜高寒環(huán)境的開發(fā)優(yōu)勢,但整體的塔式技術(shù)成熟度難以與槽式相比,即便某一開發(fā)商堅信自身的能力,但想要說服銀行,邁出第一步還是要面臨更大的困難。
整體來看,不論增加多少保溫成本,業(yè)主衡量一個光熱電站的投資收益最終都要折算到度電成本上來。目前在中國的特殊自然環(huán)境下,還沒有實際數(shù)據(jù)可以核算建設(shè)一個同樣發(fā)電能力的槽式和塔式熔鹽電站的度電成本。最終的整體度電成本將決定哪種技術(shù)更適合在中國開發(fā),而不能單從保溫成本這一點來考量。