從電力系統方面來說,主要考慮電力平衡、電力的送出。共同結合工藝路線來分析建廠可行性,最后來確定電廠的規劃容量和建設規模。
建設規模確定以后就要確定建廠的廠址,廠址選擇首先要考慮太陽能資源優劣條件,建議優先考慮年DNI大于1700的地點,考慮到二期申報可能電價還有下降,年DNI就應該在1800以上。
從建設用地方面來說,要根據當地土地總體利用規劃、土地應選擇未利用地、避免林地和草場。國內林場有林地置換的問題,如果置換不了再重新選擇場地會耽誤很多工期。50MW槽式一個項目需要2~2.5平方公里的面積,塔式大概3~4.5平方公里,地點最好是緯度低一些,形狀要規整。槽式和線性菲涅耳坡度要小于3%,塔式坡度可以放寬一些。水資源的話,三北地區相對缺水,空冷建的比較多,空冷機組每度電大約是0.3到0.6每千度電;接入系統要按照當地電力規劃,選擇有送出容量和間隔的電站,接入距離比較近的地點。
如果是線性系統,比如熔鹽槽式,由于對防凝的燃料需要較多,要考慮到燃料供給條件,氣象上要選擇一些氣溫適宜、風速低、污染小、無洪澇的地點,尤其是大風和沙塵等氣候因素更要注意。
政策上來說,要優選有政府支持、有土地稅收優惠或補貼的地區,現在無論是租地還是征地,都要花費很大一筆資金,動輒幾千萬。稅收來說每年可能在1~6元/平米之間,這些費用每年都會產生,對未來的收益影響也比較大。收取方式來說有些是全場收取有些是點征,各地政府政策差別比較大,政策上要有所關注。風險上,要選當地民眾比較支持的地點。
從太陽資源的角度來說,首先要收集分析現場觀測站數據,一期有很多廠子已經設了測光站也有很多數據,如果可以共享或者有償共享,對后續的電站是比較好的支撐。另外一種方式就是搜集分析衛星數據庫中的太陽能資源數據,當然現在商業衛星數據也有很多,共同分析形成典型年數據并進行太陽能資源評估,光熱發電一般要到100~200W/平米才開始啟動,所以要關注過渡比較均勻無陡升陡降的優良日的比例,有的場地雖然說全年光資源比較好,但是陡升陡降日子比較多,過渡比較差,總的來說發電量也比較差,好的和壞的差10%以上。
工藝路線上,目前主要是槽式、塔式、菲涅爾式。槽式相對來說工程經驗更多、技術更成熟一些;塔式效益更高一些;菲涅爾式價格略便宜一些。熱損來說,菲涅爾和槽式熱損相對大,塔式小一些,從轉化效率上講,塔式更高些。負荷影響上槽式和菲涅爾冬季夏季的負荷率變動比較大,塔式變動率比較小。
根據這些工藝路線的技術特點再結合電網對負荷的要求,是連續還是固定的,還是間斷的,季節負荷率的要求怎樣,是否帶供熱,如果帶供熱,要考慮冬季全天運行的影響。是不是有多能互補,在運行模式影響上,如果儲能容量要求很高,考慮到熔鹽利用率,高溫系統更有一些優勢,從輔助燃料供應情況來說,供應困難時要選擇一些耐低溫的介質。
土地價格影響是比較大的,除此之外,還有云量因素,如果有流云的話塔式電站經常會停機,所以云的影響也要考慮。地形坡度對槽式有影響,槽式一般是1%左右的坡度,用一些專利技術可以放大到3%,往往坡度在3%左右到4%的時候,場坪工程量會相當大,平常達到幾千萬,甚至會上億,所以要做多臺階的布置。如果是在西藏,就要考慮導熱油對當地有沒有影響。分析設備產品工藝情況,可以考慮當地有沒有大型制造廠對某些工藝有一些特殊的優勢。經過分析確定選擇穩健可靠的技術路線還是求新創新的技術路線,比如有些國企考慮一次性成功,需要一些有經驗的,可能槽式更好一些,有些新興企業要考慮到以后企業發展,就要做一些創新的項目。
從槽式路線來說,目前集熱器有ET槽、UT槽、ST槽等等。ET槽相對工程經驗更多,其他類型工程經驗略少一些,但是其他的技術更先進一些,效益更好一些,但有些是存在技術壁壘的。從工質來說有導熱油、熔融鹽,也有水工質,如果是導熱油和熔融鹽,要考慮防凝與熱損的問題。尤其是熔融鹽,熱損更大一些。
對于集熱管來說,比較主流的有70管和90管,采用熔鹽管的時候,要考慮集熱管的可靠性,比如說它的膜耐高溫的壽命,封接在高溫情況下的可靠性。
從反射鏡來說,規格有RP3、RP4、RP5等,反射材料有玻璃的和反射膜的,如果是采用反射膜或RP5,要考慮當地供給和招標情況,生產商以及價格的情況。
從集熱器布置來說,主要有南北軸和東西軸布置方案,南北軸的發電量更多,對冬季負荷比較高的時候可采用東西軸布置。
從工質溫度選擇來說,工質溫度當然越高越好,由于工質耐溫影響,導熱油工質一般不會超過400度、熔融鹽的會到560多度。
從塔式線路來說,吸收器目前大部分是采用了圓柱式,因為規模越來越大,鏡場也由于工程規模越來越大,大都采用圓形,扇形已經布置不開了。有些因為場地限制,也有用扇形的。工質上目前也都采用了熔融鹽式。從定日鏡來說,要分析各廠的工藝特點跟工藝專利,還有定日鏡的供給價格,定日鏡的抗風能力等等,通過技術經濟比選來確定定日鏡的形狀和尺寸。
集熱塔目前大都采用了單塔,如果不是實驗塔或者是特殊供給塔要用多塔,一般都采用單塔,考慮到熔融鹽的供給和回收,多塔有一定困難。
從菲涅耳來說,工質有水,熔融鹽、導熱油,如果是熔融鹽,導熱油,需要考慮防凝和熱損,由于菲涅耳集熱器的寬度越來越寬,吸收的熱流密度越來越大,從集熱管來說,大部分是采用90管;介質采用熔鹽時需提前關注介質運行的可靠性,因為系統比較大,全廠都是熔融鹽管路,熱損和防凝就是很重要的議題,而且考慮到熱損往往會考慮低熔點熔鹽,它的品質就要控制好,以避免腐蝕的發生。
反射鏡有平面和微弧,相對來說微弧聚焦更好效率更高,價格也更貴一些,需要進行綜合比較;回路來說,有I型、U型的,如果沒有場地限制U型要更居多一些;二次反射鏡的高度,開口寬度還有驅動配置也是綜合優化的問題。布置上有水平布置和傾斜布置,目前國內來說有南北軸水平的、也有東西軸傾斜的,各有特點,需要具體分析。
工質溫度決定了發電效率,所以熔融鹽的效率更高,水工質如果溫度比較高效率也會高一些,這也是目前主流工藝方案。
規劃容量及本期建設規模來說,進行總體規劃,在廠區發電島部分進行總平面布置優化。
進行廠區總平面規劃方案技術比較,主要考慮防洪排澇,廠址不能有低洼地,因為以后場坪費用會非常高,場坪坡度在允許情況下肯定是采用自然坡度,南北向一般是1%、東西向坡度大一些影響也并不大,坡度較大的時候,比如2%到4%會要采用階梯布置在南北向,東西向自然坡度,這樣要考慮土方的費用、電量的影響,做了臺階拉大間距后的尾部和端部的影響,還有管道的散熱影響,還有基礎的造價、道路的造價、護坡的造價,增加材料的影響,最后進行總體階梯數量的優化。
從集熱系統來說,按照選定的技術路線、太陽能資源、各系統效率,各部分單價和運行方式,按LCOE最低原則優化確定太陽倍數,設計點DNI,集熱場規模和儲能容量,最后是集熱系統的配置和集熱場的布置,槽式要進行集熱器、集熱管、反射鏡的優化比選等等。對集熱場回路的間距,考慮到土地價格、遮擋的影響和各種材料的影響,進行技術經濟比選優化,對導熱油的最大流量進行優化,選取最佳的設計點流量。對運行方式也要進行優化,來考慮熔鹽量的減少。
對于塔式要對吸熱器的參數,比如說吸熱器的直徑、吸熱器的高度以及對吸熱塔的高度綜合進行優化,對吸熱塔的型式進行優選,對定日鏡尺寸進行優化。
對集熱場布置進行優化,是仿生學還是徑向錯列布置要綜合進行考慮。
對蒸發系統單雙列選擇優化,對于單列是單設備還是雙設備串聯進行優化,對于加熱再熱后的介質返回到蒸發器前面還是后面進行優化。
對于儲熱系統要優化冷罐溫度,比較低的冷罐溫度相對熔鹽量就可以節省,優化罐尺寸,罐是越大越好,但是大了以后罐的施工安裝熱處理相對問題要更大一些,安全性更嚴峻一些。
換熱器的形式和容量也要進行優化,板式的或者管式進行比選,同時多組串聯方案也要進行比選。
儲能時間優化方面,要考慮到負荷率,尤其是夜間負荷率,來減少熔鹽的放入量,綜合考慮運行時長,減少啟動次數提高運行效率。
防凝配置,要對防凝方式與容量進行優化,目前天然氣的價格漲的越來越高,在這時候要考慮是否需要用輔助燃料來維持低負荷的負荷穩定。
輔助系統,配置熔鹽的裝鹽系統、防凝、伴熱,防漏等等檢測的系統要共同考慮。
機組來說,目前都采用了效率更高的再熱機組,采用了雙速或者高速,都是為了提高機組的效率。
供熱,要采用抽凝機組,有可調整抽汽和不可調整抽汽,如果要求不高,由于可調整抽汽有效率降低的問題就不如采用不可調整抽汽,如果供熱要求較高的時候需要采用低真空供熱的技術或者多機輪流啟動或者采用背壓小機,這樣來平衡冬季不能滿發的問題。
主蒸汽壓力方面,結合機組的效率、儲能容量運行方式和廠電流優化共同考慮,壓力越高、機組效率也越高,相應熔鹽用量也更多一些。對于廠用電率相對來說占的也更高,這是個需要綜合考慮的問題。
機組冷卻方面,目前三北地區水資源比較缺乏,都是采用了空冷,從背壓優化來說,優化的結果是設計背壓都優化到了8~10kPa,這是空冷機組,如果是濕冷機組,4~5kPa,考慮節水,輔機大都采用變頻調速來降低廠用電率。
工程設想,結合升壓站開關站的配置,考慮到附近有沒有其他電站共同用送出線路、共同設置開關站來分攤造價。緊急停用設備的設置,比如備用電源和蓄能裝置和UPS,蓄能和UPS比較安全性更高,但是造價也更高一些,備用電源和柴油發電機相比造價低一些,備用電源有容量費,柴油發電機有可靠性的問題,就是啟動的時候可能不能在規定時間內啟動。
發電量與供電量要根據太陽的直接輻射量計算,考慮可靠性、檢修、達產時間、老化、熱損、廠用電的影響,尤其是達產時間,目前說的爬坡率相對影響更大,直接計算的話,如果要直接投入運行就達產,第一年80%、第二年85%、第三年90%,都有可能,這樣對發電量是有一定的影響,對項目也有影響。
從投資估算和財務評價來說,要慮資金來源和融資,第一批項目就在融資上碰到很大的挑戰,在資金投入時間,融資成本,發電量達產時間都要綜合考慮,這幾個問題都會影響到最終的收益,在設備、建安、材料保管,調試費用上也要綜合考慮,比如設備逐年在降價。
在環境保護、水土保持等方面要和當地政府協調,如土地征地費,草原恢復費、林地置換費等等相關費用,接入系統、太陽能資源、土地使用稅(目前是4元,一年就好幾千萬了)、備用容量費,有的考慮做大外接電源,廠用電由它接,如果以后廠用電接不了,驗收的時候,每年備用容量費是很大的一筆投資。
基礎設計來說,目前主要是考慮第二批項目,基礎設計合并了初步設計和司令圖,目前按第二批考慮,第二批如果項目開始的時候,電價已經出來了,施工工期也出來了,太陽能資源也搜集出來了,到了這個時候外部條件可能也有一定的變化,原先的可研的條件已經發生了很大變化,應該重新做可研或者可研收口,更好一些的方式是做基礎設計,相比可研,基礎設計提供更詳細的設計方案、更準確的年發電量計算模型,為后續招標的時候提供更強的依據。
基礎設計完成所有設備的選型工作,設備選型時更精確一些,提供更準確的工程量清單,完成主機、導熱油、熔鹽泵,吸收器等主要設備招標規范書,提供EPC詳細招標文件。很多業主經過第一批項目,積累了一定的建設經驗,很多業主也做了光熱的研究,從第二批開始很可能業主直接建設或者業主分島建設,如果有基礎設計相對來說業主對造價的把控或者對安裝的安排,相對更有把握一些,對按期投產更有保障一些。
關于基礎設計主要內容:剛才提到了,電價變了、投產工期也給定了、外部條件也變了,資源量經過可研以后也搜集了當地的實測資源進行了修正,然后就要優化可研的技術方案,進行各系統詳細計算、進行各系統的設計和布置。
設備參數重新優化選型,做更加詳細的設計說明,以使設計方、調試方、業主對項目更加深刻地了解。對初設階段關注問題進行比選,列出詳細的設備材料清冊,給招標工程量做依據,編制EPC規范書和設備規范書。進行各系統的詳細計算,比如罐的計算、儲能系統計算、鏡場布置、導熱油的主泵流量的計算、防凝泵流量的計算、主泵的阻力計算、不同流量工況的計算、氮氣用量的計算,導熱油管道工程量的統計和導熱油系統散熱損失計算、換熱設備的功率計算、熔鹽泵的計算之后進行各系統的設計和布置,系統設計圖就從工藝,電控,土建,化水系統接入總服務利用系統,包括PID、PFD的設計和布置,儲能系統PID,如圖,凈化系統的PID、蒸發系統PID、導熱油輸送系統PID、回路的布置。
基礎設計說明書,像工藝、電控、組建、化水,接入,安裝等等做一些詳細的說明,以指導后續工程的實施。
基礎設計專題也就是防凝專題,總的工藝路線可研已經做過了,一些具體的施工工藝,比如導熱油的防凝、熔鹽防凝,熔鹽換熱器,伴熱等等的優化。
材料也就是全廠材料的詳細計算。
謝謝!