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華強兆陽張家口一號15MW光熱電站實現24小時連續發電

發布者：zlj | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 17657查看 | 2018-06-01 13:24:00

中國原創的完整太陽能光熱發電技術體系獲得全面驗證

大規模儲(chu)能輸出穩定可靠的平(ping)價清潔能源時(shi)代(dai)已經到來(lai)

CSPPLAZA光熱發電網報道：距北京約三百公里的張北草原，在經歷了寒冷漫長的壩上冬季之后，已呈現出勃勃生機。

在張北的荒原之上，中國第一座全部利用太陽能實現24小時連續發電運行的光熱電站，帶給了光熱行業向上生長的獨特力量。

這是由北京兆陽光熱技術有限公司（以下簡稱兆陽光熱）承建的華強兆陽張家口一號太陽能熱發電站（以下簡稱一號電站），該電站于近日圓滿完成了嚴酷條件下的大規模集熱、儲熱和連續發電各環節的全體系測試驗證內容，如期一次性順利通過24小時連續發電測試。

圖：一號電站

測試結果及連續八個月的運行監控情況表明，各項技術經濟數據均達到或優于設計指標，其簡單、安全、高可靠性的技術特點表現尤為突出。

至此，兆陽光熱完整的光熱發電技術體系已獲得全面商業化驗證，證明了以東西軸南向斜面布局、高倍率聚光、水工質傳熱和固態儲熱為基本特征的兆陽光熱技術體系具有強大的可靠性和經濟性優勢。

其意義在于，由中國人原創、具有全部自主知識產權的完整兆陽光熱技術體系，能夠迅速實現可靠性和經濟性的大幅提升和持續優化，進而使該技術體系具有根本性的競爭優勢。

世界最大規模的光熱發電固態儲熱系統

作為兆陽光熱技術體系的重要組成部分，一號電站的固態混凝土儲熱系統備受關注。對儲熱系統耐熱混凝土本體及換熱管束的預熱、蒸干、清洗、升溫以及貫穿全過程的綜合詳細測試分析工作耗時4個多月，目前已基本完成。

各項測試數據和實際運行狀況表明，系統全面達到設計目標，可完全滿足電站緩沖儲熱、可控放熱及長時間維穩運行的各種工況需求，清潔安全、簡單方便。

圖：儲熱系統

上述全部工作均只利用鏡場聚光集熱完成，未消耗任何其它外部熱源，過程跨越整個冬季嚴寒時段，并且歷經了幾個月內晴好天氣不足20%的非正常光照條件考驗，同時為配合換熱管束化學清洗工藝要求進行了多次大幅度快速降溫操作，全面監測的各項熱力學性能表現均與設計仿真結果高度一致，充分表現了兆陽技術團隊的專業素質和嚴謹態度，以及兆陽光熱固態儲熱系統簡單可靠、清潔安全的基本特性。

該系統占地約2500㎡，使用兆陽專有配方耐熱混凝土約27000m3，標準有效儲熱容量約為700MWh，具備150MW功率水平的儲熱接收能力和超過45MW的放熱輸出能力，能夠接收一號電站全部鏡場的峰值輸出功率以及最好光照條件下的全天集熱量，全年棄熱量小于總集熱量的3%，能夠滿足汽輪機滿額調峰輸出時的最大蒸汽需求，還可以有效平緩聚光鏡場過熱蒸汽輸出參數穩定性，降低復雜光照情況下的運行管控難度，有力保障電站的安全高效經濟運行。

同時，兆陽光熱固態儲熱系統常年保有巨大的基礎熱量儲備，能夠在特殊情況下加以超長時間利用。根據一號電站的汽輪機技術條件測算，該固態儲熱系統的最大可利用熱量超過2500MWh，這意味著在熱量正常儲滿后，即使遭遇長達一周的連續陰雨雪天氣，在完全不依靠外部熱源補充的情況下，電站不但沒有任何凍堵風險，而且還可以實現連續7日以上低功率（20%左右）發電輸出，展現出無與倫比的持續穩定性。

該固態儲熱系統全部采用兆陽系列專有技術，配方混凝土主要成分取材于當地天然材料，清潔環保且有效促進當地的經濟發展，全國產化換熱管束組件使用傳統火電行業的成熟產品，可靠經濟，儲熱系統建設成本遠遠低于其它儲熱形式，且無過熱、燃爆、污染等安全隱患，運行成本更低，初步測算，配備相同儲熱容量的情況下，兆陽光熱固態儲熱系統的建造及運行成本僅有光熱行業常見方案的50%左右，具有顯著的可靠性和經濟性優勢。同時，該固態儲熱系統不僅適用于太陽能光熱發電領域，還在谷電蓄熱、火電廠靈活性改造、工業及民用熱力系統等諸多領域得到廣泛關注。

兆陽HLIACS聚光集熱系統圓滿通過長期運行考驗

通過八個多月的持續運行測試，兆陽HLIACS聚光集熱系統經受了冬季惡劣氣候條件的充分考驗，在復雜的光照情況及初期尚未熟練（偶爾存在重大操作疏漏）的運行條件下，未發生任何重大損失，充分驗證了兆陽HLIACS聚光集熱系統的高度可靠性和實用性優勢。

1、低光照高波動光照條件下保持正常運行：

在剛剛過去的寒冬里，一號電站經歷了十多年未見的低DNI時段，無直射光天氣超過50%，晴好天氣數量不足20%，其它多云薄云DNI水平較低的天氣時段，光照強度波動性也很大，給聚光集熱系統運行帶來巨大挑戰。

　　圖：張北地區2015-2018年1-4月DNI

HLIACS聚光集熱系統充分表現出優異的堅強實用性，憑借200倍左右的超高線性聚光倍率，在DNI超過200kWh/m2的條件下就能展開有效聚光集熱運行工作，啟動運行快速，參數輸出穩定，停機運維操作簡單方便，光資源捕捉利用率高，有力保障了系統整體聯調工作的順利開展。

兆陽聚光集熱系統在冬季復雜光照時段的綜合運行數據及效果明顯好于公開發布的傳統聚光集熱系統的水平，證明了其高度適合中國資源環境條件的光熱發電產業。

2、集熱接收裝置及關鍵器件可靠性遠好于預期：

通過長時間的大規模運行測試，充分消除了疑慮，證明了兆陽HLIACS系統高倍率聚光條件下的集熱接收系統的運行可靠性。

此外，機械結構穩定，二次反射鏡面型及反射率指標合格，溫控設計效果良好，專利設計的滑動牽引機構作用顯著，真空集熱管結構防護有效，充分保證了最佳的二次高倍聚光效率和高度運行可靠性。經統計，在電站正常運行的八個月期間，二次聚光CPC鏡片和真空集熱管運行損壞率低于1%，遠低于文獻披露的成熟光熱電站初期破損數據。

值得一提的是，遵照國家示范項目帶動國內光熱全產業發展的指示精神，華強兆陽一號電站包括集熱接收系統在內的全部組件均選擇了國產化產品，在供需雙方緊密配合下，經過幾個回合的改進完善，多家國產組件產品均表現出優異的性能及可靠性水平，用事實證明了國產核心零部件完全可以滿足中國環境資源條件下的光熱電站使用需求，為中國光熱產業大規模發展奠定了堅實基礎。

3、鏡面清掃至關重要：

通過對一號電站鏡面反射率的逐日檢測分析可以看出，在項目地正常的自然環境條件下，平均每日灰塵污染造成的鏡面直射光反射率下降遠超2%，常規的沙塵天氣一次就會造成近50%的反射率下降，因此每日一次的鏡面清掃成為保持光熱電站經濟有效運行的必要條件。

對此，兆陽光熱對張北地區鏡面反射率進行了長達二年的跟蹤實驗，實驗結果表明，當清掃間隔為四至五天時，經兆陽全自動干式清掃車清掃后的鏡面反射率平均可提高20%左右。

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圖：反射鏡清洗前后反射率對(dui)比圖

由于(yu)客(ke)觀進度(du)條件等限制，一(yi)號電站目(mu)前只有八分之一(yi)數量的(de)清(qing)掃車投入運行(xing)，上述圖(tu)表的(de)反射率(lv)數據是在平均每四(si)五天一(yi)次清(qing)掃條件下(xia)的(de)實測(ce)結(jie)果。為保護(hu)鏡面(mian)在三十年的(de)干式清(qing)掃過(guo)程中(zhong)免受損(sun)(sun)傷(shang)，經過(guo)充(chong)分測(ce)試(shi)后最終(zhong)確定了清(qing)掃力度(du)，能夠在間隔一(yi)至兩天的(de)情況下(xia)實現97%以(yi)上的(de)鏡面(mian)清(qing)潔率(lv)（達到初(chu)始反射率(lv)的(de)97%）。而較長時(shi)間（或較厚(hou)較頑固）的(de)灰塵積累(lei)不(bu)但會導致清(qing)掃困(kun)難(nan)，還有可能在深度(du)清(qing)洗時(shi)造成不(bu)可恢復(fu)的(de)鏡面(mian)損(sun)(sun)傷(shang)，嚴重影(ying)響聚光集熱效率(lv)。

清掃(sao)及反射率測試(shi)數(shu)據統計充分反映(ying)出，中國氣候環境(jing)中鏡面(mian)清掃(sao)對(dui)光熱電站的(de)極度重要性(xing)，可靠而經濟的(de)高(gao)頻次清掃(sao)質量事關電站的(de)投資成敗，值得業內(nei)高(gao)度關注(zhu)。

可靠性和經濟性指標在全面驗證后將大幅提升

總體(ti)(ti)而言，兆(zhao)陽光(guang)熱電站系統的(de)總體(ti)(ti)設計以可靠實用為前提，追求最佳投資回報目標，不盲目追求單一指(zhi)標的(de)高大(da)上，未(wei)選用任何(he)易燃(ran)易爆、可造成污染的(de)工質材料，全面借(jie)鑒(jian)吸收火(huo)電體(ti)(ti)系的(de)成熟標準規(gui)范和供應鏈體(ti)(ti)系，質量穩定，采購建設成本(ben)低，適(shi)合傳統電建業務轉型，無大(da)規(gui)模快速發(fa)展(zhan)的(de)建設能力制(zhi)約。

同時，水(shui)工質(zhi)傳熱(re)(re)技術成熟(shu)穩定，無任(ren)(ren)何燃爆或環(huan)境污(wu)(wu)染隱(yin)患，運(yun)行維(wei)護工作簡單安全，熟(shu)練操(cao)作人員(yuan)來(lai)源廣泛。八個月來(lai)出現(xian)的各類閥門、管路、熱(re)(re)控等故障均(jun)可很快(kuai)得到高(gao)效處(chu)置(zhi)，未造成任(ren)(ren)何污(wu)(wu)染或大面積停運(yun)現(xian)象，充分(fen)保證了電站整體運(yun)行可靠性，有效降低了運(yun)維(wei)成本(ben)。

一號(hao)電站作(zuo)為(wei)首個試驗示(shi)范項目(mu)遵循穩健保(bao)守原則進行(xing)方案選擇(ze)，各方面預留(liu)充足余量，隨著全面驗證工作(zuo)告一段落(luo)，不(bu)但證實了(le)該(gai)套技術體(ti)系(xi)的(de)(de)可行(xing)性，更從(cong)系(xi)統層面徹(che)底打通了(le)全部關鍵節點，形(xing)成(cheng)更加清晰和完整的(de)(de)理論體(ti)系(xi)，必(bi)將迅速迎(ying)來(lai)可靠性和經濟性的(de)(de)大幅度提升。

目(mu)前，新一代改進(jin)型HLIACS聚光集熱(re)系統和新型固態儲熱(re)系統已經完成定(ding)型設計(ji)，可(ke)根(gen)據不同地域(yu)特點、土地屬性和不同客(ke)(ke)戶(hu)需(xu)求進(jin)行靈活組合(he)調整，保證(zheng)客(ke)(ke)戶(hu)投資收益最大化(hua)。（兆陽光熱(re)聚光系統能夠(gou)與高效農業(ye)設施有機(ji)結(jie)合(he)，在優先充分(fen)(fen)保障農作物生長(chang)的(de)最佳光照環境前提下，再實施高效聚光集熱(re)，實現“保障農業(ye)優先、能源(yuan)充分(fen)(fen)利用”的(de)雙(shuang)贏目(mu)標(biao)）。

根(gen)據測(ce)算，在(zai)政策及光(guang)照資源較好地區(qu)，兆(zhao)陽光(guang)熱技術體系已(yi)經(jing)可以(yi)實現光(guang)熱發(fa)電優于燃氣(qi)發(fa)電的可靠性和經(jing)濟性指標，在(zai)工業熱利用領域已(yi)經(jing)可以(yi)實現大幅低于燃氣(qi)鍋爐(lu)接近燃煤鍋爐(lu)的經(jing)濟性指標。

特別是(shi)，采用(yong)(yong)光熱/光伏組合發電方(fang)案，充分利用(yong)(yong)固態儲熱可(ke)(ke)靠經濟的(de)巨大儲能能力，建設與火力發電可(ke)(ke)調(diao)度(du)特性相似的(de)全太陽能綜合電站，其發電成(cheng)本測算已經能夠基本達到(dao)燃煤火電的(de)水平，有望(wang)成(cheng)為零碳(tan)清潔(jie)、穩定(ding)可(ke)(ke)靠、無(wu)補貼依賴的(de)新一(yi)代基荷能源，顯(xian)現出巨大的(de)發展前(qian)景。

自主開發的完整光熱發電技術體系前景廣闊

一(yi)直以來，兆陽光熱始終高度(du)重(zhong)視基礎研究和核心團隊(dui)建設，其自主開發(fa)的(de)完整原創技術體系(xi)與引進消化再創新的(de)技術體系(xi)相比，明顯具備更加強大的(de)生命(ming)力和顯著的(de)持續發(fa)展優勢。

經(jing)過十多年的歷程，兆(zhao)(zhao)陽光(guang)(guang)熱(re)團(tuan)隊從無(wu)到(dao)有從小到(dao)大，目前已經(jing)發展成為(wei)一支全面(mian)具(ju)備基礎研究、專業設計、高(gao)效制造、工(gong)程建設及現(xian)代(dai)化管(guan)理(li)能(neng)力(li)的光(guang)(guang)熱(re)行業生力(li)軍，核(he)心(xin)團(tuan)隊始終堅持以奮斗者為(wei)本的理(li)念，嚴謹求實踏實樸素，成為(wei)推動(dong)(dong)兆(zhao)(zhao)陽光(guang)(guang)熱(re)不斷(duan)發展壯大的動(dong)(dong)力(li)源(yuan)泉。

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此外，兆(zhao)陽(yang)光熱高度(du)重視專有技術開(kai)發和(he)(he)知識產權保(bao)護(hu)工作。早在2010年，兆(zhao)陽(yang)光熱就在技術創新(xin)和(he)(he)專利申請方面進行了(le)廣泛布局。據統計，兆(zhao)陽(yang)體系目前在國內外擁有近200項專利，涉及原(yuan)理控制、產品制造、工程安(an)裝、系統集成和(he)(he)運維等多個領域。

基于(yu)未(wei)來(lai)市場競爭態勢和未(wei)來(lai)市場熱(re)(re)點，兆陽(yang)除(chu)進(jin)行國(guo)(guo)內專(zhuan)利(li)申請(qing)之外，還進(jin)行全(quan)球化專(zhuan)利(li)布局(ju)，在近三(san)十(shi)個(ge)國(guo)(guo)家(jia)及地區(qu)提交了(le)PCT（國(guo)(guo)際(ji)(ji)專(zhuan)利(li)合作(zuo)條(tiao)約）專(zhuan)利(li)申請(qing)，獲得(de)近二(er)十(shi)個(ge)國(guo)(guo)家(jia)的(de)專(zhuan)利(li)授權。這些研發成果大(da)多屬于(yu)國(guo)(guo)際(ji)(ji)首(shou)創，已經交叉組合形成了(le)完整的(de)光(guang)熱(re)(re)發電(dian)自主知識產權保護體系，對于(yu)中國(guo)(guo)創造走向世界，形成中國(guo)(guo)光(guang)熱(re)(re)產業核心競爭力具有重要(yao)意義。

兆(zhao)(zhao)陽(yang)光(guang)(guang)熱(re)(re)首個商(shang)業(ye)(ye)化電站項目的成功驗(yan)證，是中國光(guang)(guang)熱(re)(re)產業(ye)(ye)自力(li)更(geng)生(sheng)發展壯大的典型例證。今天，兆(zhao)(zhao)陽(yang)光(guang)(guang)熱(re)(re)成功邁出的關(guan)鍵一步(bu)(bu)，是兆(zhao)(zhao)陽(yang)光(guang)(guang)熱(re)(re)在(zai)過去十(shi)幾年來攻(gong)堅克難的一小步(bu)(bu)，卻是光(guang)(guang)熱(re)(re)發電產業(ye)(ye)在(zai)大規模儲能、可靠穩定輸出平價清(qing)潔能源新(xin)時代實現騰飛(fei)的一大步(bu)(bu)。

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