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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
      時間:2018-06-29 11:28:03

      華強兆陽張家口一號15MW光熱電站實現24小時連續發電

       

         中國原創的完整太陽能光熱發電技術體系獲得全面驗證

       

        大規模儲能輸出穩定可靠的平價清潔能源時代已經到來

       

        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。

       

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      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。

       

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        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。

       

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      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。

       

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        圖:張北地區2015-20181-4DNI

       

        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比圖

       

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        清掃及反射率測試數據統計充分反映出,中國氣候環境中鏡面清掃對光熱電站的極度重要性,可靠而經濟的高頻次清掃質量事關電站的投資成敗,值得業內高度關注。

       

        可靠性和經濟性指標在全面驗證后將大幅提升

       

        總體而言,兆陽光熱電站系統的總體設計以可靠實用為前提,追求最佳投資回報目標,不盲目追求單一指標的高大上,未選用任何易燃易爆、可造成污染的工質材料,全面借鑒吸收火電體系的成熟標準規范和供應鏈體系,質量穩定,采購建設成本低,適合傳統電建業務轉型,無大規模快速發展的建設能力制約。

       

        同時,水工質傳熱技術成熟穩定,無任何燃爆或環境污染隱患,運行維護工作簡單安全,熟練操作人員來源廣泛。八個月來出現的各類閥門、管路、熱控等故障均可很快得到高效處置,未造成任何污染或大面積停運現象,充分保證了電站整體運行可靠性,有效降低了運維成本。

       

        一號電站作為首個試驗示范項目遵循穩健保守原則進行方案選擇,各方面預留充足余量,隨著全面驗證工作告一段落,不但證實了該套技術體系的可行性,更從系統層面徹底打通了全部關鍵節點,形成更加清晰和完整的理論體系,必將迅速迎來可靠性和經濟性的大幅度提升。

       

        目前,新一代改進型HLIACS聚光集熱系統和新型固態儲熱系統已經完成定型設計,可根據不同地域特點、土地屬性和不同客戶需求進行靈活組合調整,保證客戶投資收益最大化。(兆陽光熱聚光系統能夠與高效農業設施有機結合,在優先充分保障農作物生長的最佳光照環境前提下,再實施高效聚光集熱,實現保障農業優先、能源充分利用的雙贏目標)。

       

        根據測算,在政策及光照資源較好地區,兆陽光熱技術體系已經可以實現光熱發電優于燃氣發電的可靠性和經濟性指標,在工業熱利用領域已經可以實現大幅低于燃氣鍋爐接近燃煤鍋爐的經濟性指標。

       

        特別是,采用光熱/光伏組合發電方案,充分利用固態儲熱可靠經濟的巨大儲能能力,建設與火力發電可調度特性相似的全太陽能綜合電站,其發電成本測算已經能夠基本達到燃煤火電的水平,有望成為零碳清潔、穩定可靠、無補貼依賴的新一代基荷能源,顯現出巨大的發展前景。

       

        自主開發的完整光熱發電技術體系前景廣闊

       

        一直以來,兆陽光熱始終高度重視基礎研究和核心團隊建設,其自主開發的完整原創技術體系與引進消化再創新的技術體系相比,明顯具備更加強大的生命力和顯著的持續發展優勢。

       

        經過十多年的歷程,兆陽光熱團隊從無到有從小到大,目前已經發展成為一支全面具備基礎研究、專業設計、高效制造、工程建設及現代化管理能力的光熱行業生力軍,核心團隊始終堅持以奮斗者為本的理念,嚴謹求實踏實樸素,成為推動兆陽光熱不斷發展壯大的動力源泉。

       

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        此外,兆陽光熱高度重視專有技術開發和知識產權保護工作。早在2010年,兆陽光熱就在技術創新和專利申請方面進行了廣泛布局。據統計,兆陽體系目前在國內外擁有近200項專利,涉及原理控制、產品制造、工程安裝、系統集成和運維等多個領域。

       

        基于未來市場競爭態勢和未來市場熱點,兆陽除進行國內專利申請之外,還進行全球化專利布局,在近三十個國家及地區提交了PCT(國際專利合作條約)專利申請,獲得近二十個國家的專利授權。這些研發成果大多屬于國際首創,已經交叉組合形成了完整的光熱發電自主知識產權保護體系,對于中國創造走向世界,形成中國光熱產業核心競爭力具有重要意義。

       

        兆陽光熱首個商業化電站項目的成功驗證,是中國光熱產業自力更生發展壯大的典型例證。今天,兆陽光熱成功邁出的關鍵一步,是兆陽光熱在過去十幾年來攻堅克難的一小步,卻是光熱發電產業在大規模儲能、可靠穩定輸出平價清潔能源新時代實現騰飛的一大步。


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