近日，浙江可勝技術(shù)股份有限公司發(fā)布消息，其建設的青海中控德令哈50MW光熱電站最近11個月發(fā)電量達到1.46億千瓦時，超過年度設計發(fā)電量（1.46億千瓦時），成為全國首個年發(fā)電量完全達到設計水平的光熱電站。對于光熱行業(yè)而言，這無疑是一個令人振奮的好消息。
這樣的運行表現(xiàn)到底意味著什么？有哪些值得分享的經(jīng)驗？對我國光熱行業(yè)的發(fā)展又意味著什么呢？帶著這些問題，記者采訪了浙江可勝技術(shù)股份有限公司董事長兼總工程師金建祥教授。
著力改變光熱電站學習期長、產(chǎn)能爬坡慢的痛點
記者：國內(nèi)外同類型電站相比，青海中控德令哈50兆瓦光熱電站的運行表現(xiàn)處于什么樣的水平？
金建祥：國際上已投運的塔式光熱電站，自并網(wǎng)發(fā)電以后往往有3-5年的性能提升期。國內(nèi)光熱發(fā)電技術(shù)較國外起步較晚，通過國家示范項目的建設，目前已有5座大型塔式光熱電站并網(wǎng)發(fā)電，絕大多數(shù)處于消缺階段或性能快速提升期。
德令哈光熱電站于2018年12月30日并網(wǎng)發(fā)電，2019年4月17日首次實現(xiàn)滿負荷運行，通過半年的快速消缺及試運行，于2019年7月下旬正式進入常規(guī)運行階段。在隨后的三年運行中，電站逐一解決了新冒出來的設備故障問題，并通過不斷優(yōu)化運行策略，連續(xù)突破單日、單月、年度運行紀錄。自2021年8月5日汽輪機及管道再次整改完成后，一直穩(wěn)定發(fā)電至今，僅僅用了11個月的時間，就完成了年度設計發(fā)電量（1.46億千瓦時），成為全國首個年發(fā)電量完全達到設計水平的光熱電站。根據(jù)我們的預測，到下個月5號，整個運行年度的發(fā)電量有望達到近1.6億千瓦時，將超出年度設計發(fā)電量10%，這也將是全球范圍內(nèi)第一個達到如此優(yōu)異表現(xiàn)的塔式熔鹽儲能光熱電站?；谝陨系铝罟鉄犭娬緝?yōu)秀的運行表現(xiàn)，以及我們從中積累的豐富運行經(jīng)驗，對于后續(xù)的塔式光熱發(fā)電項目，我們有充分的信心在18個月內(nèi)即實現(xiàn)連續(xù)12個月累計發(fā)電量達到設計值的目標，從而改變光熱電站學習期長、產(chǎn)能爬坡慢的痛點，為業(yè)主創(chuàng)造更多價值。
聚光精度直接影響光熱電站的效率及發(fā)電量
記者：請問光熱電站運行表現(xiàn)與哪些因素有關(guān)，青海中控德令哈光熱電站又是如何做到快速達產(chǎn)的，這其中有哪些關(guān)鍵點，我們在設計、運行方面又有哪些考慮？
金建祥：光熱電站的運行表現(xiàn)首先與光資源情況直接相關(guān)，當然光資源是非技術(shù)因素，我們這里不做討論。技術(shù)因素主要包括聚光集熱系統(tǒng)、儲換熱系統(tǒng)、汽輪發(fā)電系統(tǒng)等各個系統(tǒng)的設計匹配度，設備性能，設備可靠性，運行優(yōu)化水平等。為提高青海中控德令哈50兆瓦光熱電站的運行表現(xiàn)，我們各方做了大量的工作。
首先說說系統(tǒng)設計方面，光熱電站的聚光集熱系統(tǒng)、儲換熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)之間的集成是一項挑戰(zhàn)，關(guān)鍵是要做好各系統(tǒng)之間參數(shù)的匹配，以及設備之間接口的合理設計，確保設計方案符合光熱發(fā)電的特點及運行模式?？蓜偌夹g(shù)通過自主研發(fā)的塔式熔鹽光熱電站設計軟件，并結(jié)合已建成運行的德令哈10兆瓦電站的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了電站聚光集熱、儲換熱和發(fā)電等多個系統(tǒng)的優(yōu)化設計，以及各系統(tǒng)相互間的優(yōu)化配置，有效提高了整個系統(tǒng)的運行效率。
對塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)而言，聚光集熱系統(tǒng)的性能是決定電站運行表現(xiàn)的最關(guān)鍵因素，而這里面，聚光精度直接決定著聚光集熱系統(tǒng)的效率，進而影響光熱電站的效率及發(fā)電量。我們主要從兩個方面入手來提高聚光精度，首先從定日鏡的機械結(jié)構(gòu)設計與加工制造入手，保證定日鏡的機械精度；同時，鏡場的定期校正對保證聚光精度也非常重要，我們采用的基于機器視覺的自動校正方案，校正效率比傳統(tǒng)的白板校正方案提高25倍，這不僅可以大幅度降低鏡場投運前的校正時間，從而縮短調(diào)試工期，更重要的是利用高效的校正系統(tǒng)可以對正在運行的鏡場進行高頻率的校正，保證定日鏡的精度在全生命周期內(nèi)始終維持在最佳水平。鏡場控制系統(tǒng)的性能對發(fā)電量的影響也至關(guān)重要。依托我們在控制系統(tǒng)領域近30年的積累，自主研發(fā)的鏡場控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)大規(guī)模定日鏡場的集群控制，并與吸熱器控制系統(tǒng)深度耦合，在保證電站聚光集熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，大幅提升光資源利用率，進而提升電站發(fā)電量水平。
我們在這方面的工作成果也是非常顯著的。早在2019年，我們就委托業(yè)內(nèi)權(quán)威的德國航空航天中心（DLR）與CSP Services共同對我們的定日鏡產(chǎn)品進行了第三方檢測認證，并獲得了“Excellent”的最高等級評價，我們的定日鏡也可能是到目前為止唯一通過國際權(quán)威第三方機構(gòu)檢測認證的塔式光熱電站核心設備。我們在聚光集熱系統(tǒng)方面的能力與水平也得到了行業(yè)的廣泛認可，我們牽頭了IEC國際標準《太陽能光熱發(fā)電站鏡場控制系統(tǒng)》，以及《塔式太陽能光熱發(fā)電站集熱系統(tǒng)技術(shù)要求》、《塔式太陽能光熱發(fā)電站定日鏡技術(shù)要求》兩項國家標準的編制。
設備可靠性也是非常關(guān)鍵的，塔式光熱電站主要設備包括鏡場、熔鹽吸熱器、熔鹽儲罐、熔鹽泵、熔鹽閥、汽輪發(fā)電機組等。電站設備的可靠性是直接影響電站性能及發(fā)電量的首要因素。可勝技術(shù)設計開發(fā)了可以在高原極端環(huán)境下穩(wěn)定運行的塔式光熱電站核心設備，如定日鏡、吸熱器等，解決了高海拔電控設計、低溫高傳動效率設計、低氣壓密封設計等一系列難題，并已經(jīng)過德令哈10MW光熱項目（2013年7月并網(wǎng)發(fā)電，運行9年）、德令哈50MW光熱項目（2018年12月并網(wǎng)發(fā)電）、共和50MW光熱項目（2019年9月并網(wǎng)發(fā)電）三個項目長時間的運行驗證。同時，可勝技術(shù)與國內(nèi)外領先的供應商和設計單位合作，攻克了熔鹽吸熱器的材料選型、柔性結(jié)構(gòu)設計、運行工藝設計；儲罐結(jié)構(gòu)設計和焊接質(zhì)量控制；熔鹽泵高溫環(huán)境下耐磨損設計、熔鹽泵與管道及平臺聯(lián)合設計；熔鹽閥門密封設計等大量技術(shù)難題，掌握了設備關(guān)鍵性能及控制要點，形成了完整的熔鹽系統(tǒng)工藝及設備質(zhì)量控制流程，保證了這些關(guān)鍵設備的運行可靠性。
運行優(yōu)化方面，最核心的是如何在有云天氣情況下，兼顧吸熱器的安全穩(wěn)定運行與提高光資源利用率。據(jù)統(tǒng)計，德令哈電站場址一年的有云天氣高達200天以上，不時飄來的云對光熱電站的運行影響非常大。我們知道云的遮擋會導致部分鏡場不能聚光，造成吸熱器因表面溫度巨變而影響其安全運行，對運行人員而言，選擇關(guān)場、疏鹽是最“安全”的操作，但這會造成光資源的極大浪費，同時鏡場重新投運時還需要花費時間進行吸熱系統(tǒng)及管道的預熱，進一步影響電站的發(fā)電量。而可勝技術(shù)的高精度鏡場控制系統(tǒng)，可迅速對全鏡場能量進行調(diào)度，以實現(xiàn)來云情況下吸熱器表面能量均勻分布，不發(fā)生表面溫度巨變，盡量避免關(guān)場、疏鹽，從而實現(xiàn)對光資源的最大限度利用。同時，云遮擋的持續(xù)時間長短，也可能對電站如何選擇運行策略造成影響，進而影響發(fā)電量。舉個例子，鏡場被來云遮擋時，電站需要根據(jù)云的持續(xù)時間選擇最優(yōu)的運行策略，若判斷云的持續(xù)時間很短，應通過調(diào)整鏡場能量和熔鹽流量、避免鏡場關(guān)場，保證在云遮擋結(jié)束后迅速恢復正常工作狀態(tài)；若判斷云的持續(xù)時間很長，則應選擇鏡場撤場、吸熱系統(tǒng)疏鹽。如何選擇最佳運行策略的核心是對云的運行趨勢進行精準的預測，可勝技術(shù)自主研發(fā)的云預測系統(tǒng)，具備云識別和云運動跟蹤功能，實現(xiàn)了30分鐘以內(nèi)的DNI預測功能，通過與鏡場控制系統(tǒng)的深度耦合，幫助操作人員選擇最佳運行策略，減少吸熱器的啟停次數(shù)，大幅提高光資源利用率。
同時，為提高電站運行的穩(wěn)定性和發(fā)電量水平，降低人為因素導致的系統(tǒng)效率下降和設備運行風險，我們還開發(fā)了聚光集熱系統(tǒng)自動化運行軟件，實現(xiàn)了聚光集熱系統(tǒng)在不同工況下的自動化運行。不僅如此，基于德令哈50MW項目的運行經(jīng)驗，設計開發(fā)了設備專家診斷系統(tǒng)軟件和運營分析系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了電站關(guān)鍵設備提前故障預警，能夠指導電站運行人員持續(xù)改進運行策略，同時大幅降低故障處理時間。
此外，針對西北地區(qū)常年風沙對鏡場清潔度的影響，可勝技術(shù)設計開發(fā)了國際首創(chuàng)的全自動清洗車，具備自動導航、水洗/干洗功能，可大幅提高鏡場清洗效率，保證定日鏡的清潔度與發(fā)電效率，降低運營成本。該設備榮獲SolarPACES 2020技術(shù)創(chuàng)新大獎。
對于塔式光熱電站整體而言，主要設備已經(jīng)不存在“卡脖子”難題
記者：我們知道，青海中控德令哈光熱電站是唯一定期公開披露運行情況的光熱電站，您此前也多次分享過電站的運行經(jīng)驗和教訓，這次能否介紹下電站運行至今遇到的主要問題有哪些？有哪些經(jīng)驗教訓是值得同行借鑒吸取的？
金建祥：青海中控德令哈50MW光熱電站投運以來，主要解決了冷鹽泵震動、吸熱屏堵管、汽輪機動靜摩擦等問題。其中冷鹽泵震動與吸熱屏堵管的問題對發(fā)電量的影響雖然不是太大，但也花了一年左右的時間才逐一解決，今后新建電站的設計中，只要吸取教訓完全可以避免再次發(fā)生。而汽輪機的問題相對還是比較嚴重的，電站移交生產(chǎn)后，2020年7月到2021年7月，一年時間內(nèi)三次因汽輪機故障進行整改。前兩次整改就是汽輪機返廠檢修，同時加固汽輪機以提高蒸汽管道推力的承受能力，而最后一次整改，也就是去年7月份到8月份期間，除了汽輪機再一次返廠檢修外，還在設計單位西北電力設計院的大力支持下，對主蒸汽管道進行了全面整改，以明顯降低蒸汽管道對汽輪機的推力，從效果來看也是不錯的，也為這11個月來優(yōu)異的運行表現(xiàn)打下了基礎。
事后回顧起來，這些問題出現(xiàn)的原因主要還是相關(guān)各方經(jīng)驗不足，只要在設計、制造和運行階段得到充分重視，這個問題也是完全可以避免的。比如熔鹽泵的震動，在設計階段需優(yōu)化設計好泵的基礎，并針對泵平臺和管道進行聯(lián)合計算和動態(tài)分析，也是完全可以避免的；吸熱器的堵管問題只需要在吸熱器設計時簡單調(diào)整一下吸熱器內(nèi)部連接管道的結(jié)構(gòu)就可以解決；而汽輪機的問題，在設計階段需針對光熱電站頻繁啟停以及經(jīng)常變負荷運行的特點，在汽輪機設計選型、管道優(yōu)化設計方面加以重視，就可有效避免。
通過分析本項目的運行情況，我們可以得出結(jié)論：聚光集熱系統(tǒng)及熔鹽儲換熱系統(tǒng)一直穩(wěn)定運行，這說明這些核心技術(shù)及設備是成熟可行的，而常規(guī)島并不常規(guī)，出現(xiàn)問題相對較多，缺乏針對性的優(yōu)化設計，后續(xù)項目需重點關(guān)注。對于塔式光熱電站整體而言，主要設備已經(jīng)不存在“卡脖子”難題。下一步的目標是推動熔鹽泵、吸熱器材料等進口設備材料的國產(chǎn)化，同時不斷開展系統(tǒng)和設備優(yōu)化，以提高系統(tǒng)效率，降低成本，提升光熱發(fā)電的經(jīng)濟性。
塔式光熱發(fā)電技術(shù)路線在我國高緯度地區(qū)應用具有優(yōu)勢
記者：德令哈光熱電站的成功運行，對整個光熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展有哪些積極意義呢？
金建祥：首先，青海中控德令哈50兆瓦塔式光熱電站率先超過年度設計發(fā)電量，充分驗證了塔式光熱發(fā)電項目完全可以在我國西北高海拔、低溫、多風沙的惡劣環(huán)境下建成并成功運行。
其次，該電站的運行數(shù)據(jù)也說明了我們自主研發(fā)的塔式光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，所采用的國產(chǎn)化聚光集熱系統(tǒng)和儲換熱系統(tǒng)等核心設備也是可靠的。通過項目的建設運行為整個光熱行業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗，培養(yǎng)了一批具備較強競爭力的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，為光熱發(fā)電下階段更大規(guī)模的推廣應用打下了扎實的基礎。
同時，塔式熔鹽光熱電站的冬季運行表現(xiàn)說明在我國西北建設塔式光熱電站是十分必要的。目前，在光熱發(fā)電的幾種技術(shù)路線中，已實現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)路線以塔式和槽式為主。我國已建成的大型光熱電站中，塔式技術(shù)路線約占60%，槽式技術(shù)約占28%，線性菲涅爾技術(shù)約占12%。我國DNI較高的地區(qū)大多位于中高緯度地區(qū)，這些地區(qū)冬季太陽高度角較小，槽式采用單軸跟蹤形式，其鏡場的余弦效率會顯著下降，冬至的鏡場效率僅約為夏至的30%左右。而塔式的定日鏡采用雙軸跟蹤形式，可以很好的減少太陽高度角變小帶來的余弦效率損失，其冬季與夏季的電站效率差異不大，并且得益于冬季降雨量較少，其冬季發(fā)電量往往會超過夏季。由于冬季水電普遍進入枯水期，電網(wǎng)調(diào)峰資源嚴重不足，塔式光熱電站可保持冬季較高的可利用小時數(shù)，能夠為電力供應提供更大的保障。
由德令哈50MW項目近11個月發(fā)電量數(shù)據(jù)可以看出，電站逐月發(fā)電量平穩(wěn)，受季節(jié)影響不大。特別是在2021年10月份至今年1月份四個月冬季期間，冬季運行表現(xiàn)更為突出，月平均發(fā)電量高達1551.5萬千瓦時，高于設計月平均值（1216.67萬千瓦時），充分體現(xiàn)出塔式光熱發(fā)電技術(shù)路線在我國高緯度地區(qū)應用的優(yōu)勢。
電站最近11個月發(fā)電量數(shù)據(jù)
截至目前我國有8個光熱示范項目并網(wǎng)發(fā)電，雖然通過不斷地消缺，這些光熱發(fā)電示范項目的性能和發(fā)電量都在逐步提升，但距離達到年度設計發(fā)電量尚有距離，這導致了部分人士對光熱發(fā)電技術(shù)心存疑慮。在此情況下，青海中控德令哈光熱電站首先達到設計值，可以說是為我國光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了一劑“強心針”。
日前，可勝技術(shù)已確定作為首席支持單位鼎力支持即將于2022年7月在古城西安召開的2022中國風光熱互補新能源基地開發(fā)大會，并將攜其國際領先且完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的塔式光熱發(fā)電整體解決方案進行現(xiàn)場展示。同時，可勝技術(shù)相關(guān)代表還將就該公司已建成及在建項目的相關(guān)情況做進一步分享。
原標題：金建祥：我國光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展大有可為！
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