日前，蘭州大成敦煌50兆瓦熔鹽線性菲涅爾式光熱發(fā)電示范項目（以下簡稱“敦煌菲涅爾式光熱項目”）有序實現復工復產，開始進行主要尾工及消缺工作，向著今年6月三島性能測試及效率提升的目標沖刺。該項目是世界首個熔鹽線性菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電商用項目，由中國能建西北院勘察設計。
新技術有新優(yōu)勢
敦煌菲涅爾式光熱項目是我國首批光熱發(fā)電示范項目之一，2018年9月開工，采用我國具有自主知識產權的線性菲涅爾式聚光集熱技術，以熔鹽為集熱、儲熱、換熱介質，配置15小時儲熱，可實現24小時全天候發(fā)電，年利用小時數達4283小時，年發(fā)電量約2.14億千瓦時。
“根據聚光方式不同，目前商用光熱發(fā)電技術分為槽式、塔式、碟式和線性菲涅爾式。”西北院項目設計總工程師黎建鋒說，“現在世界已建成的光熱發(fā)電項目以槽式、塔式為主，兩者技術相對成熟，但建設成本居高難下。線性菲涅爾式技術較新，結構簡單，建設、運行成本低，優(yōu)勢明顯。”
因為采用線性菲涅爾式技術，該項目的集熱管位置固定，避免了高溫高壓熔鹽管路的密封和連接問題，集熱場運行更加穩(wěn)定?！爸档靡惶岬氖?，線性菲涅爾式技術的集熱器結構緊湊、簡單，所需構件形式不多，項目相關設備容易實現標準化，適合本土化批量生產，既降低了成本，又可帶動國內相關產業(yè)的發(fā)展。”黎建鋒強調。
該項目的一次反射鏡采用平面反射鏡，生產工藝成熟、成本較低，安裝距離地面僅1米高，可保持較好的結構穩(wěn)定性，也會大大降低風阻，減少設備被破壞的機率，更能進行大面積、高效率的自動化清洗，耗水少，維護成本低。同時，因為支撐結構簡單，整個光場系統(tǒng)建設所需的鋼材和混凝土消耗量也大大下降。
此外，由于一次反射鏡距離地面較低，遮擋較少，采用緊湊型布置方式，安裝密度更大，這也使該項目擁有了極高的單位土地發(fā)電效率。
優(yōu)化設計克難關
儲熱系統(tǒng)是太陽能熱發(fā)電的核心。目前，世界已建成的線性菲涅爾式光熱發(fā)電項目都采用水或導熱油為工質，很難實現儲熱，成為制約該技術發(fā)展的一大瓶頸。
儲熱系統(tǒng)的關鍵是儲熱材料。熔鹽即無機鹽的熔融體，是一種熱密度大、成本低、壽命長、易調節(jié)、傳熱儲熱性能好的儲熱介質。如今，在世界所有配備儲熱設施的電力系統(tǒng)中，熔鹽儲熱技術占比75%，并且主要用于光熱發(fā)電項目.在我國首批20個光熱發(fā)電示范項目中，更有18個采用熔鹽儲熱?！熬€性菲涅爾式技術想要簡化系統(tǒng)、獲得更高的熱電效率和發(fā)電效率，提升系統(tǒng)運行的可靠性和經濟性，增加項目的年運行小時數，降低平準化電力成本，與熔鹽‘結合’是極佳的選擇?！崩杞ㄤh說。
敦煌菲涅爾式光熱項目以二元熔鹽為工質，熔點約220攝氏度，運行溫度在290—550攝氏度。但是，高溫熔鹽易凝固、腐蝕性強，一旦在集熱管內凝結，將很難在較短時間內熔化。因此，如何防止高溫熔鹽在集熱管內凝結，成為世界性難題。
西北院集中攻關，通過對該項目系統(tǒng)優(yōu)化設計，最大限度降低了長距離熔鹽管道熱損失，對多云天氣、夜間和寒冷季節(jié)防凝模式的運行參數進行了多工況數值模擬、比選，以安全運行為前提，以追求發(fā)電量最大化為目標，形成了一套較為完整的防凝運行模式體系。由此，中國也成為世界少數幾個掌握高溫熔鹽儲熱技術的國家之一。
破浪前行勢如虹
早在2007年，西北院便開始了光熱發(fā)電項目的研發(fā)設計，是國內最早開展研究的設計單位之一。多年來，該院完成多項科研課題，獲得國家專利20余項，參加或承接多個國家級、地方級光熱產業(yè)規(guī)劃、前期咨詢工程，成為目前國內唯一擁有光熱發(fā)電科研示范項目、商業(yè)運行項目的設計單位，具備光熱發(fā)電項目投融資建設運營一體化全產業(yè)鏈服務的實力。
2014年，西北院承擔了蘭州大成敦煌光熱發(fā)電項目一期10兆瓦工程的勘察設計工作，這是國內首個線性菲涅爾式技術商業(yè)化光熱發(fā)電項目。2015年，在國家光熱示范項目申報、50兆瓦光熱示范項目可行性研究、初步設計階段，西北院與蘭州大成公司再續(xù)前緣，在聚光集熱系統(tǒng)參數定型、儲換熱時長優(yōu)化及熔鹽線性菲涅爾式技術發(fā)電量計算等關鍵核心技術領域進行了攻關研究，于2019年形成了完整的熔鹽線性菲涅爾式聚光集熱系統(tǒng)技術體系，并成功用于項目實踐。
在該項目勘察設計期間，面對國內光熱相關設計規(guī)范及線性菲涅爾式光熱發(fā)電項目技術標準空白、項目建設進度快、設計周期緊的情況，西北院投入骨干力量，克服諸多不利因素，為國內線性菲涅爾式光熱發(fā)電項目的設計、調試、運行等積累了先導經驗。
“截至2019年底，全國共有7座光熱發(fā)電項目并網發(fā)電，西北院參與設計或總承包建設了其中5座，技術路線全覆蓋塔式、槽式及線性菲涅爾式?！崩杞ㄤh自豪地說，雖然我國光熱發(fā)電研究起步較晚，但部分技術已走在世界前列。
