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陳煜達:二次反射塔式熔鹽示范系統的經驗與成果
來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 11458查看 | 2015-07-06 16:38:00    
CSPPLAZA光熱發電網報道:中國(guo)國(guo)際光(guang)熱(re)電(dian)(dian)站(zhan)大(da)(da)(da)會暨CSPPLAZA年會2015于6月25~26日在(zai)京盛大(da)(da)(da)召開,江蘇(su)鑫晨光(guang)熱(re)技術有限公司董事長陳煜(yu)達(da)出(chu)席本屆大(da)(da)(da)會并(bing)發(fa)(fa)表演講,重(zhong)點分(fen)享了二次反射(she)塔式熔(rong)鹽光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)示范系統的經驗與成果。

下面刊(kan)出的是陳(chen)煜達演(yan)講(jiang)的主要內容(rong):(注:本文根據速(su)記和(he)錄音資料整(zheng)理,文章內容(rong)未(wei)經演(yan)講(jiang)者本人審閱。)

陳煜達:我也是光熱行業的老面孔了,在過去幾年我也發了幾次言,每次都是用別人的或者是國外的圖片,這回終于我用自己的圖片了(笑)!

圖:陳煜達發表演講(jiang)


今天(tian)我想講的是在江蘇建設的一(yi)個(ge)二次反(fan)射塔式光熱發(fa)電系統的示范,包括我們的數據的分享,包括一(yi)些下一(yi)步的計劃(hua)和(he)推論。項目在江蘇鹽(yan)城,這(zhe)是Google圖片,這(zhe)是航(hang)拍的照片,如圖,有(you)點像一(yi)個(ge)外星(xing)建筑。



二次反射系統其實沒有什么稀奇的,它的原理很簡單,如大家在左上角的圖上看到大的, 相對于傳統的塔式,把所有的光匯聚到這個里面的上焦點的情況下,增加了一塊太陽鏡子,這塊鏡子是旋轉雙曲線,這樣的情況下,這塊鏡子會把所有的光反射并且匯聚到下焦點,這是基本光學原理。20世紀初以色列首先做了示范性的45千瓦系統,09年阿聯酋和日本人在Masdar做了個一百多千瓦的系統,但是聚光性不好,熱系統也沒有做。

這是我們現在做的,我們的規模相當于阿聯酋項目的5倍,通過一個二次反射塔,把光匯聚到地面,加熱熔鹽到500℃,最后換熱產生440度過熱蒸氣推動一個小的汽輪機的發電,這個系統項目的配置基本是這樣。160面9.6平方米的塔式定日鏡,一個20米高15米口徑的二次反射塔,一臺300千瓦的腔式熔鹽吸熱器、兩個熔鹽儲罐,兩臺熔鹽泵,一套蒸汽發生器,包括預熱蒸發,一臺10千瓦的小的汽輪機,主要是為了消耗過熱蒸汽,因為工業園區這么高的壓力這么高蒸汽的排放會造成很大的影響,園區也要求一臺汽輪機來代負荷。

    
圖--300KWt示(shi)范項目鏡場光效率

這是這個系統進場光學方面的光學效率,最后綜合效率現場測算下來54%, 完全不同于塔式的進場方式,完全是圓形環狀往外擴張,中間上面是對光斑的仿真,這次采用的是熔鹽直接加熱,熔鹽是沒有管道的,不走在管道,光直接加熱熔鹽,這就涉及到光在熔鹽里的投射,一層層加熱,到底能加熱多少升,這些實驗都是需要做的,這些都是理論方面的東西,包括熔鹽罐的設計,二次反射塔盤的抗風,這個不光是為了以后西部,現在在鹽城經常來一次臺風,所以說要做一些風抗設計。

圖--包括場平圖和二(er)次塔(ta)盤(pan)的(de)(de)設計,塔(ta)架的(de)(de)設計、換熱器的(de)(de)設計、汽輪機的(de)(de)布置圖。
    
1月份到3月份10個人160面鏡子,吊裝二次反射塔、常規島,儲熱罐、換熱器等等,這是定日鏡的光斑,定日鏡能不能追上,這是核心的問題。按照電工所定日鏡的精度規范做了精度的測試,做下來是全部都在1.5個毫弧度以下。
    
今天有很多嘉賓都展示了光照的數據,很不好意思鹽城的數據實在拿不出手,數據很差,最好的一天是可以,最高也就是900,我們的系統是按照500 DNI進行設計的,吸熱器上來的光斑,整整一天每十分鐘取樣一次來進行的,塔式和二次反射系統主要是能不能追得上光,左邊的照片是可見光照片,也是帶了濾光片的,右邊是經過計算機處理的灰度值照片,最后所有的截斷率,整個光能夠照到中間下面的圓圈,這個圓圈的半徑1.5米的吸熱器,照到這個吸熱器的截斷率,總共面積上計算是93%左右可以追到吸熱器里去。
    
這是做的散熱器的實驗,選取了100分鐘,沒有任何加熱,讓熔鹽在里面看怎么散,來獲得吸熱器的散熱,最后得到的散熱數據是每平方米9.85千瓦,與理論估算值也差不多,反演到大的12兆瓦左右的吸熱器,這個吸熱器的效率差不多接近91%,這證明了我們的猜想,如果吸熱器放在地面采用槍式熔鹽直接加熱,吸熱器的效率要遠高于塔式排管式的吸熱器,那樣的吸熱器只有80%左右。

吸熱(re)器加(jia)熱(re)實驗,選取(qu)了10分鐘(zhong),現在的(de)系(xi)統光照密度(du)(du)是(shi)比較(jiao)小,因(yin)為我們規模(mo)比較(jiao)小,已經接近(jin)于500度(du)(du)的(de)頂值了,10分鐘(zhong)里從400多(duo)度(du)(du)升到了500度(du)(du),瞬時(shi)有效功率接近(jin)于295 千瓦,熔(rong)鹽達到最高(gao)溫度(du)(du)是(shi)500度(du)(du),Y軸(zhou)線同(tong)時(shi)也是(shi)溫度(du)(du)也是(shi)當(dang)時(shi)的(de)輻照,當(dang)時(shi)的(de)輻照是(shi)500多(duo)。


圖--熔鹽溫度分布測試
 
這是熔鹽的溫度測試,紫顏色主要是因為下面有低于3米以下的臺階,真正看紅顏色細圈里白顏色的部分,那塊是熔鹽,被加熱的熔鹽,做這個實驗是證明在吸熱器里熔鹽在同一表面沒有溫度分布。

  
圖--熔鹽安全性(xing)問(wen)題 

熔鹽儲罐的保溫測試,首先從根源上解(jie)決熔鹽安全性問題,上(shang)(shang)圖是(shi)(shi)(shi)吸(xi)熱(re)器的(de)(de)(de)(de)截面(mian)圖,基本(ben)上(shang)(shang)是(shi)(shi)(shi)開(kai)口的(de)(de)(de)(de),上(shang)(shang)面(mian)是(shi)(shi)(shi)一個自動開(kai)關的(de)(de)(de)(de)蓋(gai)子防(fang)塵防(fang)雨,晚上(shang)(shang)蓋(gai)起來,平時的(de)(de)(de)(de)時候(hou)太陽(yang)光直接照(zhao)(zhao)在(zai)吸(xi)熱(re)器里面(mian),左下角三張圖,物理性質(zhi)的(de)(de)(de)(de)實驗,第(di)一個不(bu)同波(bo)長的(de)(de)(de)(de)輻射在(zai)二元溶液(ye)中(zhong)透射系(xi)數,第(di)二個照(zhao)(zhao)度(du)一定深(shen)度(du)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)衰減(jian),第(di)三個光在(zai)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)投射,通過直接吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)(de)腔(qiang)式熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)吸(xi)熱(re)器,所(suo)有的(de)(de)(de)(de)吸(xi)熱(re)面(mian)沒有任何管路設計(ji),熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)不(bu)走管路凝(ning)固就沒有后果,每(mei)天(tian)(tian)不(bu)需要(yao)徹(che)底的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)空,這是(shi)(shi)(shi)塔式里最大的(de)(de)(de)(de)問(wen)題,每(mei)天(tian)(tian)早上(shang)(shang)要(yao)沖注,每(mei)天(tian)(tian)下午(wu)要(yao)排(pai)(pai)空,排(pai)(pai)不(bu)干凈不(bu)用承(cheng)擔(dan)后果,是(shi)(shi)(shi)不(bu)是(shi)(shi)(shi)少了很多的(de)(de)(de)(de)問(wen)題。

 
圖--集熱性能和光照適應性

這樣一種形式的吸熱器可以大幅度提升集熱性能和對光方面的要求,這樣一種吸熱器,它液面的反射率相當于塔式里面Pyromark 黑漆。 第二它的表層液面溫度比底層低,它的散熱系數不是按照565度峰值來算的,它可能更低, 第三液體內的理論換熱系數是無上限的,在吸熱器將近7平方米全部是同一個溫度,它沒有階層沒有分布,因為理論換熱系數是很高很高的,在同一個液體里面。它對光斑均勻性沒有要求,只要光是照在吸熱器里面就能達到加熱熔鹽的效果,不用擔心過于集中了產生過熱點了把鋼管燒掉了,因為沒有鋼管,不需要這么昂貴的材料,在傳統里流速調解非常重要,這里面沒有流速調解,或者說流速調解不再受管道的限制,照度無上限,中間的光斑,這是一個商用電站的規模,中間紅點的照度是1.2兆瓦,我相信現在的塔式系列沒有一個這樣的照度存在,這太高了,任何基礎材料

沒有(you)辦法這樣走,但是(shi)(shi)因(yin)為是(shi)(shi)地(di)面吸(xi)熱器,因(yin)為是(shi)(shi)熔鹽(yan)直(zhi)接加熱,所以對光(guang)斑的要(yao)求(qiu)大大的降(jiang)低(di)。


江蘇鑫晨定位為太(tai)陽(yang)能(neng)發電進場工(gong)(gong)(gong)程(cheng)服務商(shang)(shang)和運維服務商(shang)(shang),我(wo)們(men)做這個項目為了(le)驗證定日(ri)鏡(jing)的(de)(de)(de)批量化設(she)備(bei)生產能(neng)力(li),目前(qian)的(de)(de)(de)示范系(xi)統是按(an)照商(shang)(shang)用化定日(ri)鏡(jing)要求來生產的(de)(de)(de),驗證中(zhong)(zhong)等規(gui)模(mo)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)實(shi)施能(neng)力(li),還(huan)有中(zhong)(zhong)等尺寸的(de)(de)(de)二次(ci)反(fan)(fan)射塔的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)實(shi)施能(neng)力(li),以及熔鹽的(de)(de)(de)吸(xi)熱、儲(chu)熱、換熱集成(cheng)的(de)(de)(de)能(neng)力(li),同(tong)時也配套小型的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)業汽機(ji)為大型電站(zhan)(zhan)(zhan)以后作(zuo)為培訓中(zhong)(zhong)心,也是為了(le)準(zhun)備(bei)一些(xie)(xie)團隊的(de)(de)(de)儲(chu)備(bei)。另外也為了(le)獲得足(zu)夠的(de)(de)(de)實(shi)驗數據,能(neng)夠反(fan)(fan)演到商(shang)(shang)業電站(zhan)(zhan)(zhan)規(gui)模(mo)的(de)(de)(de)級(ji)別,保證下(xia)一步(bu)開發商(shang)(shang)業電站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)成(cheng)功(gong)。去年年底(di)的(de)(de)(de)時候面(mian)臨決策(ce),今年直接(jie)開工(gong)(gong)(gong)上(shang)商(shang)(shang)用電站(zhan)(zhan)(zhan)還(huan)是先在鹽城建一個工(gong)(gong)(gong)程(cheng)做一個大家看得見規(gui)模(mo)的(de)(de)(de)系(xi)統,把時間拖晚(wan)一年,最(zui)后結(jie)果(guo)我(wo)比(bi)較慶幸,我(wo)們(men)愿意用多(duo)一年的(de)(de)(de)時間多(duo)花一些(xie)(xie)錢去做這樣(yang)的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)式規(gui)模(mo)的(de)(de)(de)準(zhun)備(bei)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)。


最(zui)后得出來的(de)結論(lun),如(ru)果要進行商業化(hua)規模的(de)建(jian)設,第一(yi)(yi)定日鏡標準的(de)各種(zhong)材料處理方面(mian)的(de)專(zhuan)(zhuan)機(ji)這是必須要有的(de),第二裝(zhuang)配生產線,還有在現場(chang)安裝(zhuang)的(de)專(zhuan)(zhuan)機(ji)也必須要有,安裝(zhuang)的(de)精(jing)度要求很高,還有一(yi)(yi)些工程(cheng)方面(mian)的(de)內容。


下一(yi)步(bu)來說,我(wo)(wo)們(men)整個推進的(de)是(shi)(shi)(shi)標(biao)準模塊(kuai)化的(de)進場,標(biao)準模塊(kuai)是(shi)(shi)(shi)5兆(zhao)瓦(wa)發電功率加(jia)6小時蓄熱(re)的(de)標(biao)準電場,包括4300面定日鏡,吸(xi)熱(re)塔高(gao)60米,口徑60米,吸(xi)熱(re)器的(de)熱(re)當量(liang)是(shi)(shi)(shi)13.8兆(zhao)瓦(wa),配備了熔(rong)鹽罐(guan)100兆(zhao)瓦(wa)時,這是(shi)(shi)(shi)冷熔(rong)鹽罐(guan),還(huan)有(you)一(yi)個低(di)揚程(cheng)的(de)高(gao)流(liu)量(liang)的(de)熔(rong)鹽循環泵,我(wo)(wo)們(men)的(de)正好(hao)和傳統的(de)塔式熔(rong)鹽泵相反,不需(xu)(xu)要高(gao)揚程(cheng)低(di)流(liu)量(liang),我(wo)(wo)們(men)需(xu)(xu)要低(di)揚程(cheng)高(gao)流(liu)量(liang),更多的(de)采用渦流(liu)板。


我們也遇到這樣的(de)(de)問(wen)題,做(zuo)小模塊只做(zuo)一(yi)個(ge)模塊5兆(zhao)(zhao)瓦(wa)(wa)好不(bu)好,現在(zai)(zai)的(de)(de)趨勢是大(da)塔(ta),我們并不(bu)是不(bu)能做(zuo)大(da)塔(ta),現在(zai)(zai)如果(guo)把(ba)鋼塔(ta)升到120米,單塔(ta)也能做(zuo)到50兆(zhao)(zhao)瓦(wa)(wa)左右(you)的(de)(de)規模。怎樣步進到100兆(zhao)(zhao)瓦(wa)(wa)規模的(de)(de)商業電(dian)站,它大(da)概(gai)就(jiu)是20個(ge)鏡場模塊,共用同一(yi)個(ge)高熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)罐,也就(jiu)是每個(ge)塔(ta)底(di)下(xia)只存冷熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan),所有加熱后的(de)(de)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)匯(hui)聚到常規島上。100兆(zhao)(zhao)瓦(wa)(wa)的(de)(de)電(dian)站按照數(shu)據推算,光學(xue)效率接(jie)近(jin)52%,地面(mian)吸熱機效率91%,最后得到的(de)(de)光熱發電(dian)系統的(de)(de)總效率是19%,上網總效率17.45%。


為什么要做小的(de)(de)(de)(de)單模塊疊(die)加形成一(yi)個(ge)電場(chang),首先從占(zhan)(zhan)地(di)進行(xing)考(kao)慮,標準大塔(ta)型的(de)(de)(de)(de)電場(chang),最(zui)密靠近塔(ta)的(de)(de)(de)(de)一(yi)圈把鏡子(zi)抽出(chu)來最(zui)后形成,單位裝機8.9英(ying)畝,現在這么做單位裝機只(zhi)(zhi)有5.3英(ying)畝,單位Gwh發(fa)電量只(zhi)(zhi)有1.89英(ying)畝,按(an)照NIREL統(tong)計是2.8,也就(jiu)是說占(zhan)(zhan)地(di)率比國際同樣的(de)(de)(de)(de)塔(ta)式水(shui)平(ping)(ping)占(zhan)(zhan)地(di)水(shui)平(ping)(ping)高(gao)48%,地(di)不(bu)是免費的(de)(de)(de)(de),能省(sheng)就(jiu)要省(sheng),不(bu)光是地(di)價的(de)(de)(de)(de)問題也是后期(qi)土(tu)建處理的(de)(de)(de)(de)費用。


從塔(ta)(ta)式(shi)設計的角度或(huo)者從光學角度來說是(shi)一個(ge)的規律,離(li)塔(ta)(ta)越(yue)(yue)近(jin)鏡(jing)子越(yue)(yue)密(mi),占地率越(yue)(yue)高,離(li)塔(ta)(ta)越(yue)(yue)遠,鏡(jing)子占地率越(yue)(yue)低(di)。離(li)塔(ta)(ta)越(yue)(yue)近(jin),光學效率越(yue)(yue)高,離(li)塔(ta)(ta)越(yue)(yue)遠,光學效率越(yue)(yue)低(di)。這是(shi)數學定律。為什么大家要往大大塔(ta)(ta)來做,可能是(shi)因此熱(re)功太(tai)貴了,我們核算過,單50兆瓦的塔(ta)(ta)定日鏡(jing)和10個(ge)5兆瓦模塊,同樣的配置、同樣的發電量(liang),占地多(duo)(duo)30%多(duo)(duo),造價(jia)也差不(bu)多(duo)(duo)貴30%,至少在我們這個(ge)案(an)子里小塔(ta)(ta)更有(you)優勢(shi)。


555.png

圖(tu)--熔(rong)鹽管道壓降與(yu)溫降


塔式電站的(de)熔鹽管很長(chang),100兆瓦電場熔鹽總管道6.48公里。左邊是(shi)這6.48公里沿程(cheng)阻力(li),570度是(shi)熱(re)(re)(re)熔鹽輸送(song)過程(cheng)熱(re)(re)(re)損,第二行(xing)是(shi)冷熔鹽輸送(song)回去過程(cheng)熱(re)(re)(re)損表,整個(ge)(ge)(ge)(ge)全部把(ba)熱(re)(re)(re)損用電補上大(da)概只(zhi)有(you)1.75%,相對(dui)(dui)于(yu)地(di)面吸熱(re)(re)(re)器,泵(beng)功很小,揚程(cheng)只(zhi)有(you)3-4米(mi),相對(dui)(dui)于(yu)100米(mi)揚程(cheng)的(de)大(da)塔至少(shao)7%到8%自(zi)用電率(lv),這樣(yang)1.7%自(zi)用電率(lv)是(shi)賺了的(de),還(huan)有(you)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)好處是(shi),中(zhong)國業(ye)主(zhu)比較(jiao)喜歡的(de),多模塊可(ke)(ke)以分布建(jian)(jian)(jian)設(she),比如說100兆瓦需要20個(ge)(ge)(ge)(ge)模塊,先建(jian)(jian)(jian)十個(ge)(ge)(ge)(ge)模塊,建(jian)(jian)(jian)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)常規島,可(ke)(ke)以滿功率(lv)發電,發電效率(lv)不(bu)會變(bian)化,但是(shi)發電時長(chang)變(bian)化了,這樣(yang)周期(qi)(qi)是(shi)在(zai)一(yi)年(nian)的(de)時間(jian)就可(ke)(ke)以電站建(jian)(jian)(jian)成發電,甚至更進一(yi)步可(ke)(ke)以把(ba)建(jian)(jian)(jian)成發電的(de)電站先抵(di)押了,雖然是(shi)半個(ge)(ge)(ge)(ge)電站,剩下的(de)一(yi)年(nian)時間(jian)過了冬天以后再建(jian)(jian)(jian)剩下的(de)十個(ge)(ge)(ge)(ge)鏡場模塊,這樣(yang)把(ba)兩年(nian)半的(de)建(jian)(jian)(jian)設(she)周期(qi)(qi)分成兩個(ge)(ge)(ge)(ge)階段,可(ke)(ke)以大(da)大(da)改(gai)善業(ye)主(zhu)前五(wu)年(nian)的(de)項(xiang)目建(jian)(jian)(jian)設(she)期(qi)(qi)和項(xiang)目前期(qi)(qi)的(de)財務(wu)環境(jing),對(dui)(dui)財務(wu)模型有(you)很大(da)的(de)改(gai)善。


蓄(xu)熱(re)和太(tai)(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu)的(de)問題,把所(suo)有的(de)數(shu)據帶進去計算,它不是單一(yi)的(de)值(zhi),可(ke)能是一(yi)個區間(jian),縱軸(zhou)是代表蓄(xu)熱(re)小時(shi)數(shu),橫軸(zhou)是太(tai)(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu),太(tai)(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu)進場輸出規模是汽輪機的(de)倍(bei)(bei)數(shu),顏色越深代表的(de)電(dian)(dian)價越低,其實(shi)是一(yi)個區間(jian),可(ke)以1.2個太(tai)(tai)陽(yang)倍(bei)(bei)數(shu),接近(jin)(jin)6小時(shi)蓄(xu)熱(re)和選1.4的(de)倍(bei)(bei)數(shu)接近(jin)(jin)8小時(shi)蓄(xu)熱(re),其實(shi)單位成本電(dian)(dian)價上是一(yi)樣(yang)的(de),這樣(yang)提供了另(ling)外一(yi)種可(ke)能性(xing),按照這樣(yang)的(de)模型(xing)有沒(mei)有可(ke)能建完一(yi)個100兆瓦電(dian)(dian)站,如果(guo)覺得再擴容(rong)幾個模塊、擴容(rong)一(yi)些熱(re)罐是不是可(ke)以保證原(yuan)來最(zui)低的(de)單位成本電(dian)(dian)價。


從幾個(ge)角度(du)去考慮怎么設計(ji)(ji)這個(ge)電站,最(zui)終獲得更(geng)低的(de)綜(zong)合成本(ben)(ben)(ben),一(yi)縮短工(gong)(gong)程設計(ji)(ji)周(zhou)(zhou)期,相對大塔需要很長的(de)設計(ji)(ji)周(zhou)(zhou)期,設計(ji)(ji)一(yi)個(ge)進場模(mo)(mo)塊其他的(de)拷(kao)貝就可以了(le),工(gong)(gong)程設計(ji)(ji)量大大的(de)減(jian)少了(le),第(di)二(er)加快(kuai)(kuai)工(gong)(gong)程安裝施工(gong)(gong),因為都(dou)是(shi)模(mo)(mo)塊化(hua)設計(ji)(ji)。每一(yi)個(ge)模(mo)(mo)塊化(hua)施工(gong)(gong)很快(kuai)(kuai),第(di)三熔鹽蓄熱(re)是(shi)安全穩(wen)定,減(jian)少了(le)運營成本(ben)(ben)(ben),第(di)四(si)鏡(jing)場模(mo)(mo)塊是(shi)最(zui)佳(jia)性價比,分(fen)布投資(zi)提高資(zi)本(ben)(ben)(ben)的(de)利用(yong)率,最(zui)后達到更(geng)低的(de)綜(zong)合成本(ben)(ben)(ben)。


謝謝大家!

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