光熱發(fā)電:中國下一張“國家名片”?
項目位于希臘最大的島嶼——克里特島,在地中海中,愛琴海之南。項目利用光熱技術的儲能功能,降低島內對柴油發(fā)電依賴的同時,保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。
該項目是葛洲壩國際公司與浙江中控太陽能技術有限公司(簡稱中控太陽能)組成的聯(lián)營體與英國投資商在希臘國別的成功合作,是中國光熱發(fā)電產業(yè)首次以完整的“技術+設備+工程”模式走出國門。
看到這個消息,筆者深感欣慰。中國在光熱發(fā)電領的多年深耕,終于有了回報。
提起太陽能發(fā)電,人們就會想起光伏。其實,除了光伏,還有一種太陽能的利用方式,這就是光熱。顧名思義,光熱是利用太陽光照的熱效應,將陽光的熱能轉化為電能,這是它與光伏的最大區(qū)別。用比較通俗的話說,就是利用太陽光的熱量來發(fā)電。
與光伏相比,光熱發(fā)電的最大優(yōu)點在于,作為一種熱電站,它可以直接產生與火電站完全相同的滿足電網品質要求的交流電,保證電網的電壓和頻率穩(wěn)定,對現(xiàn)有火電站及電網系統(tǒng)有更好的兼容性。
一般來說,太陽能光熱發(fā)電有槽式、塔式、碟式(盤式)、菲涅爾式四種形式。
在這四種光熱發(fā)電方式中,槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽型拋物面聚光反射鏡加熱其上方集熱管中的導熱油,再利用導熱油加熱鍋爐產生蒸汽,驅動汽輪機帶動發(fā)電機組發(fā)電;
菲涅爾式與之類似,只不過用來反射太陽光的不是拋物面聚光反射鏡,而是鏡面陣列,同時其集熱管是固定式的;
盤式(又稱碟式)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是用圓形的拋物面聚光反射鏡聚焦陽光作為斯特林發(fā)動機的外部熱源,用斯特林發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電;
塔式太陽能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面反射太陽光到集熱塔頂端的集熱器,集熱器中的熱量通過換熱裝置加熱鍋爐產生蒸汽,驅動汽輪機帶動發(fā)電機組發(fā)電。
蘭州大成200kW光熱發(fā)電示范項目。圖中左側為槽式光熱發(fā)電系統(tǒng),右側為菲涅爾式光熱發(fā)電系統(tǒng)。圖片由作者收集,下同
中船重工711所研制的1kw碟式太陽能光熱斯特林發(fā)電系統(tǒng)??梢钥闯觯鼘嶋H上就是在太陽灶上安裝了一個用斯特林發(fā)動機驅動的發(fā)電機。
塔式太陽能光熱發(fā)電原理示意圖。太陽光經定日鏡反射后聚焦在集熱塔頂端的集熱器,產生大量熱量。這種集熱方式的集熱效率比槽式系統(tǒng)高15%。
北京延慶八達嶺1MW塔式試驗電站。該電站是中國第一座MW級塔式太陽能光熱電站。
與其它三種光熱發(fā)電方式相比,塔式光熱發(fā)電的最大優(yōu)點在于,它的聚光比高達1000倍,遠高于槽式(100倍)和菲涅爾式(50倍),接近碟式的圓形拋物面的水平,這使得其熱電效率高于槽式光熱發(fā)電系統(tǒng);同時,因為可以通過擴大鏡場和增加反射鏡數(shù)量來擴大規(guī)模,這使得單個的塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)不像碟式那樣有規(guī)模限制,便于大規(guī)模開發(fā),從而降低建設成本。因此,自從1981年第一座太陽能光熱發(fā)電站在美國建成以來,塔式電站一直是太陽能光熱發(fā)電站的主要發(fā)展方向。
中國的太陽能光熱發(fā)電產業(yè)及相關技術的發(fā)展起步于21世紀初。2006年12月,國家“863”計劃“太陽能熱發(fā)電技術及系統(tǒng)示范”重點項目正式立項,其目標是研究塔式太陽能熱發(fā)電關鍵技術,建立太陽能熱發(fā)電實驗系統(tǒng)和實驗平臺,探索高效能、大規(guī)模、低成本的商業(yè)化電站的技術路徑,為我國太陽能熱發(fā)電技術的研發(fā)奠定基礎。
在此計劃支持下,位于北京延慶八達嶺的中科院電工所1MW塔式試驗電站(又名大漢電站)正式啟動,該項目由中科院、皇明太陽能股份有限公司和華電集團聯(lián)合開發(fā)建設,總投資1.2億元。經過六年的建設和努力,2012年7月1日,電站汽輪發(fā)電機平穩(wěn)通過臨界轉速;2012年7月17日,電站汽輪發(fā)電機達到額定轉速;2012年7月22日,電站汽輪發(fā)電機首次發(fā)電試驗成功;2012年8月4日下午,首次帶負載運行發(fā)電實驗成功;2012年8月9日下午13:18分,電站首次全面運行發(fā)電實驗成功。
該項目是我國自行研發(fā)、設計和建設的首座MW級塔式太陽能電站,也是亞洲首座MW級電站,項目的成功發(fā)電意味著我國建立起了一個完整的塔式太陽能光熱發(fā)電產業(yè)實驗平臺,對我國光熱發(fā)電產業(yè)化意義重大。
同樣是在2012年8月,中控太陽能德令哈50MW塔式太陽能熱發(fā)電站一期工程(10MW)成功產出蒸汽,蒸汽參數(shù)達到設計指標,并實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行。2016年8月20日14時18分,該電站一次性打通全流程并成功并網發(fā)電,至21日15時45分,該電站實現(xiàn)滿負荷發(fā)電。這是中國第一座正式投入商業(yè)運營的塔式太陽能光熱電站(上網電價1.2元/千瓦)。
值得一提的是,該電站完全采用中控太陽能公司自主研發(fā)的技術和裝備,鍋爐系統(tǒng)由杭州鍋爐集團研制,汽輪機則由杭州汽輪機股份有限公司研制。它的成功投運表明我國的塔式光熱發(fā)電技術和裝備完全實現(xiàn)了國產化,充分展示了我國具有自主知識產權的塔式光熱系統(tǒng)核心裝備研制能力和集成技術水平,意義極為巨大。
中控德令哈10MW塔式光熱電站。該電站是中國第一座投入商業(yè)運營的塔式太陽能光熱電站。
這兩次成功經驗,為中國企業(yè)增加了“走出去”的信心。2018年4月13日,上海電氣與ACWAPower公司在上海簽訂迪拜水電局光熱四期700兆瓦電站項目總承包合同。該項目由三個裝機為200兆瓦的槽式電站和一個裝機為100兆瓦的塔式電站組成,總計700兆瓦,是目前世界上投資規(guī)模最大、裝機容量最大、熔巖罐儲熱量最大的光熱項目;同時,該項目100兆瓦熔鹽塔式電站塔高設計為260米,為目前世界最高。能夠拿下這一項目,充分說明了中國企業(yè)在這一領域的技術實力。
2018年7月,習近平主席在對阿聯(lián)酋訪問前夕,在阿聯(lián)酋《聯(lián)邦報》、《國民報》發(fā)表題為《攜手前行,共創(chuàng)未來》的署名文章,文中特別提到迪拜700兆瓦光熱發(fā)電項目,盛贊它“是世界上規(guī)模最大、技術最先進的光熱發(fā)電站”。習近平主席的這一評價,是對中國在光熱發(fā)電領域實力的最好肯定。
不過,略有遺憾的是,這次上海電氣還只是一個EPC(工程總承包),鏡場技術和汽輪發(fā)電機系統(tǒng)都由西方國家的公司提供。
迪拜700mw光熱發(fā)電項目效果圖。該集熱塔高達260米,為世界第一。
這個遺憾在這次希臘的MINOS 50MW塔式光熱發(fā)電項目中終于得以彌補。如前所述,中控太陽能擁有完全獨立自主的塔式太陽能光熱發(fā)電技術和裝備,這次葛洲壩國際公司與中控太陽能組成的聯(lián)營體承建希臘MINOS 50MW塔式光熱發(fā)電項目,第一次實現(xiàn)了中國光熱發(fā)電產業(yè)以完整的“技術+設備+工程”模式走出國門。筆者相信,假以時日,光熱發(fā)電相關產業(yè)必能成為繼高鐵、核電之后,中國的又一張“國家名片”。