中國儲能網(wǎng)訊：目前由山東電建三公司建設(shè)的摩洛哥努奧二期200MW槽式與三期150MW塔式光熱電站已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的滿負(fù)荷運(yùn)行，累計(jì)向摩洛哥電網(wǎng)輸送了數(shù)億度電；由上海電氣總承包的迪拜950MW光熱光伏混合電站中，包括3個(gè)200MW槽式電站和1個(gè)100MW塔式電站。項(xiàng)目方將槽式和塔式兩種太陽能熱發(fā)電技術(shù)路線充分結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢。內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（簡稱內(nèi)蒙院）是迪拜太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的技術(shù)咨詢服務(wù)方，首次在國際太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目中展示了其扎實(shí)的技術(shù)能力與優(yōu)質(zhì)的服務(wù)水平。內(nèi)蒙院發(fā)電事業(yè)部工程師喬木森近期對槽式和塔式兩種太陽能熱發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比分析，特整理如下，以供參考。
一、光熱電站的技術(shù)路線
從現(xiàn)有光熱電站現(xiàn)有裝機(jī)容量來看，目前槽式光熱項(xiàng)目占比較大，同時(shí)槽式光熱項(xiàng)目起步較早，最為成熟，約占CSP總裝機(jī)的80%以上，且美國加州SEGS電站已有全生命周期運(yùn)行的機(jī)組，成為槽式安全可靠運(yùn)行的一個(gè)最佳案例。
雖然現(xiàn)在世界在運(yùn)行光熱電站中槽式占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他技術(shù)，但從現(xiàn)有光熱電站的商業(yè)化發(fā)展規(guī)模綜合判斷，未來塔式光熱發(fā)電技術(shù)可能是光熱發(fā)電的主要技術(shù)方向。根據(jù)太陽能采集方式分類，太陽能熱發(fā)電主要分為拋物槽式熱發(fā)電、塔式熱發(fā)電、碟式熱發(fā)電和線性菲涅爾熱發(fā)電技術(shù)。本文就槽式與塔式光熱發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行論證分析。
二、各種技術(shù)方案對比基礎(chǔ)
結(jié)合本工程地理廠址條件、廠址處典型年光資源情況等，分析對比了導(dǎo)熱油槽式、熔鹽槽式以及熔鹽塔式電站等不同方案下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
假定新建100MW太陽能光熱發(fā)電機(jī)組，廠址位于甘肅省某地。屬于光資源一類地區(qū)。
光熱電站成本構(gòu)成主要由集熱系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、土地成本等組成，另外還有EPC等項(xiàng)目管理成本。在機(jī)組容量確定前提下，各組成部分在總靜態(tài)投資的占比主要通過太陽倍數(shù)（主要反映集熱系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)規(guī)模以及土地成本等），儲能小時(shí)數(shù)（主要反應(yīng)儲能系統(tǒng)規(guī)模）等反映，各分系統(tǒng)配置不同會導(dǎo)致不同的平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）。
通過收集分析國內(nèi)外光熱產(chǎn)業(yè)成本信息，形成了下表所示各種技術(shù)路線參考成本模型系數(shù)表。其中熔鹽塔式電站塔高成本與高度為指數(shù)函數(shù)關(guān)系，吸熱器成本也與吸熱器表面積為指數(shù)函數(shù)關(guān)系，表中未列出，兩者成本模型在計(jì)算過程中均已考慮。
表1 各種技術(shù)路線參考成本模型系數(shù)
表2 各技術(shù)路線在參考成本模型下計(jì)算結(jié)果表
注：以上分析只是不考慮靜態(tài)投資規(guī)模前提下理論追逐低LCOE結(jié)果，實(shí)際工程方案還應(yīng)考慮靜態(tài)投資規(guī)模以及各技術(shù)路線優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行情況等其他因素。一味追求低LCOE風(fēng)險(xiǎn)很高，應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)能夠順利實(shí)現(xiàn)前提下以較小投資增幅實(shí)現(xiàn)較大LCOE降幅為目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化各路線技術(shù)方案，相關(guān)分析見后續(xù)分析。
三、槽式光熱電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證
槽式光熱發(fā)電現(xiàn)今提出的技術(shù)路線主要有導(dǎo)熱油槽式光熱電站和熔鹽槽式光熱電站，上述所指導(dǎo)熱油為世界現(xiàn)有商業(yè)電站應(yīng)用最廣的聯(lián)苯-聯(lián)苯醚低共熔混合物，主要產(chǎn)品有首諾的VP-1和陶氏的DowthermA，下面簡稱：導(dǎo)熱油。
在國內(nèi)也有把傳統(tǒng)傳熱介質(zhì)更換為有機(jī)硅（下面簡稱：硅油）導(dǎo)熱油的案例，本章節(jié)也針對此進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性論證。
1、1×100MW槽式導(dǎo)熱油光熱發(fā)電技術(shù)方案
在本項(xiàng)目站址地規(guī)劃場地及參考光資源情況下，利用SAM軟件對該地建設(shè)一臺100MW導(dǎo)熱油槽式光熱發(fā)電站進(jìn)行模擬。
可以從圖紙中找到相應(yīng)的LCOE最低點(diǎn)，此時(shí)太陽倍數(shù)為3.6（對應(yīng)集熱場UT槽回路數(shù)為240，反射面積為164.4萬m2），儲能小時(shí)數(shù)為11.5h。此時(shí)靜態(tài)投資約為38.1（參考數(shù)據(jù)）億元。
因此須在投資增幅和LCOE降幅之間找到一個(gè)合理的平衡點(diǎn)，爭取用增加較小的靜態(tài)投資換取LCOE的較大降幅。
模擬結(jié)果三維圖示如下圖所示。
圖：100MW導(dǎo)熱油槽式電站LCOE在不同儲能小時(shí)下隨太陽倍數(shù)變化曲線
可以看出太陽倍數(shù)在2.5-3之間LCOE降低速率較大，并且此時(shí)的參考成本模型較穩(wěn)定，有利于分析結(jié)果，因此選取太陽倍數(shù)2.7（集熱場UT槽式： 回路數(shù)為180，反射面積約為123.3萬m2）較為合理。
且根據(jù)前述分析，在太陽倍數(shù)為3.6時(shí)，LCOE出現(xiàn)最小值，因此繪制太陽倍數(shù)為3.6時(shí)，LCOE隨儲能小時(shí)數(shù)的變化曲線，如下圖所示。
圖：100MW導(dǎo)熱油槽式電站SM=3.6 時(shí)LCOE隨儲能小時(shí)數(shù)的變化曲線
由圖可知，當(dāng)儲能小時(shí)為8-10h時(shí)LCOE下降速率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，是曲線導(dǎo)數(shù)的拐點(diǎn)位置。因此，將儲能小時(shí)設(shè)置為8-10h是合理的。
儲能小時(shí)數(shù)定為9h后，從圖中可以看出將太陽倍數(shù)定為2.7較為合理， 其接近LCOE下降速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以較小靜態(tài)投資能實(shí)現(xiàn)較大LCOE降幅。
因此1×100MW導(dǎo)熱油槽式方案方案確定鏡場太陽倍數(shù)為2.7，對應(yīng)的集熱場UT槽回路數(shù)為180個(gè)，反射面積為123.3萬m2，儲能小時(shí)為9h，對應(yīng)的儲能容量為2289MWht。
2、2×50MW槽式導(dǎo)熱油光熱發(fā)電技術(shù)方案
2個(gè)50MW槽式電站相鄰配置完全一致，以下方案描述主要敘述單臺50MW 機(jī)組配置，2個(gè)50MW槽式電站配置即為1個(gè)槽式電站數(shù)量的2倍。
2×50MW導(dǎo)熱油槽式方案確定鏡場太陽倍數(shù)為2.6，集熱場ET槽回路數(shù)為191個(gè)，反射面積為62.5萬m2，儲能小時(shí)為9h，對應(yīng)的儲能容量為1168MWht。
3、硅油槽式光熱電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證
硅油傳熱介質(zhì)高溫性能穩(wěn)定、運(yùn)行溫度區(qū)間寬（-40℃～425℃），因此硅油介質(zhì)的使用將會提高汽輪機(jī)效率、降低儲熱成本、降低導(dǎo)熱油防凝系統(tǒng)成本，簡化導(dǎo)熱油凈化系統(tǒng)。
SAM模型建立基礎(chǔ)：根據(jù)現(xiàn)有資料分析，硅油為傳熱介質(zhì)的槽式光熱系統(tǒng)中，系統(tǒng)省去了防凝裝置、簡化了傳熱介質(zhì)凈化系統(tǒng)、傳熱介質(zhì)伴熱電纜等，同時(shí)較大的溫差也可使的熔鹽儲熱介質(zhì)量變小，減少儲罐成本。硅油為傳熱介質(zhì)的槽式系統(tǒng)其他方面幾乎與傳統(tǒng)導(dǎo)熱油介質(zhì)槽式技術(shù)基本相同。
由以上分析建立硅油槽式電站模型，裝機(jī)規(guī)模定為100MW。采用與100MW傳統(tǒng)導(dǎo)熱油槽式技術(shù)相同的集熱系統(tǒng)。集熱器主要采用現(xiàn)今應(yīng)用于商業(yè)化電站的UT槽（也稱終極槽）方案，真空集熱管采用90管，模型運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。
1×100MW硅油槽式方案確定鏡場太陽倍數(shù)為2.7，對應(yīng)的集熱場UT槽回路數(shù)為180個(gè)，反射面積為123.3萬m2，儲能小時(shí)為9.5h，對應(yīng)的儲能容量為2374MWht。
4、熔鹽槽式光熱電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證
工業(yè)上廣泛應(yīng)用的熔鹽為硝酸熔鹽，其主要特點(diǎn)體現(xiàn)在：熱容量大、較低的粘度以及化學(xué)穩(wěn)定性。二元鹽是現(xiàn)今光熱電站唯一商業(yè)化的傳熱介質(zhì)。以下關(guān)于熔鹽槽式光熱電站的論述，傳熱儲熱介質(zhì)采用二元鹽進(jìn)行分析。
1）1×100MW熔鹽槽式光熱發(fā)電技術(shù)方案
1×100MW熔鹽槽式方案確定鏡場太陽倍數(shù)為3，對應(yīng)的集熱場UT槽回路數(shù)為182個(gè)，反射面積為124.7萬m2，儲能小時(shí)為13h，對應(yīng)的儲能容量為2962MWht。
根據(jù)以上5種方案優(yōu)化結(jié)果，列各個(gè)方案最優(yōu)化結(jié)果如下表所示，主要方案包括：1×100MW導(dǎo)熱油槽式，2×50MW導(dǎo)熱油槽式，1×100MW硅油槽式，1×100MW熔鹽槽式，2×50MW熔鹽槽式。
表3 槽式方案配置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比
四、塔式光熱電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證
對于塔式技術(shù)方案，前文已列舉了在現(xiàn)有市場塔式各設(shè)備成本的基礎(chǔ)上優(yōu)化到的最優(yōu)塔式配置，此時(shí)定日鏡場面積為133.9萬m2，儲能小時(shí)為13h，儲熱容量為2962MWht，此時(shí)根據(jù)參考DNI，塔式電站的上網(wǎng)電量為約為3.53億kWh/a，靜態(tài)投資約為32.24億元，其定日鏡場布置如下圖所示。
同時(shí)縱向?qū)Ρ?00MW光熱電站最優(yōu)化配置下的LCOE，熔鹽塔式電站由于其較好的系統(tǒng)效率，其LCOE是技術(shù)方案中最優(yōu)的方案。
塔式優(yōu)化過程不同于槽式，其鏡場布置受設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI選擇的影響較大，不同的設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI下布置鏡場具有不同定日鏡數(shù)量及定日鏡定位。本次槽式和塔式技術(shù)路線對比分析當(dāng)中為了簡化過程，暫按較為常見96.3m2定日鏡和常見535MW圓柱形吸熱器進(jìn)行對比，待下一步可單獨(dú)比選塔式定日鏡規(guī)格和吸熱器。
繪制不同設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI值下鏡場如下圖所示。
繪制了設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI從630～900W/m2，間隔為10W/m2的定日鏡場布置圖：
表4 不同設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI值下熔鹽塔式各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)
圖：100MW熔鹽塔式電站設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI=780W/m2時(shí)LCOE隨儲能變化曲線
表5 本項(xiàng)目槽式與塔式方案對比
結(jié)論：儲能小時(shí)為12h時(shí)，具有最優(yōu)的LCOE值，因此，確定參比100MW熔鹽塔式電站方案的設(shè)計(jì)點(diǎn)DNI為780W/m2，儲能小時(shí)為12h。
五、影響光熱電站正常運(yùn)行因素分析
表6 不同地區(qū)光資源法向直接輻射波動頻次出現(xiàn)大數(shù)統(tǒng)計(jì)
（1）氣溫影響分析
（2）沙塵影響分析
（3）風(fēng)速影響分析
（4）DNI波動影響分析
（5）地形坡度影響分析
（6）其他因素影響分析：①輔助燃料供應(yīng) ②安全性防火 ③進(jìn)口件
綜上所述，太陽能熱發(fā)電槽式塔式技術(shù)各有優(yōu)勢，選擇什么樣的技術(shù)路線，還需因地制宜，因地施策。但國際上成功案例已經(jīng)表明將槽式和塔式兩種太陽能熱發(fā)電技術(shù)路線充分結(jié)合的可行性。
