2013年9月12日,中國首個商業化的熔鹽槽式光熱電站在甘肅阿克塞舉辦開工儀式。
但直到十年之后的今天,該項目依然未能建成投運。
刨除諸多的客觀環境原因,究其技術本身,在槽式集熱器已做到8.6米大尺寸開口的今天,熔鹽槽式技術的商業化是否能夠獲得成功?
為何要上熔鹽槽?
十年之前,深圳市金釩能源科技有限公司投資開發的這個50MW槽式光熱發電項目,頭頂中國首個商業化高溫熔鹽槽式光熱發電項目的光環,吸引了頗多關注。
但同時,也有不少質疑的論調:“導熱油槽還沒玩明白,上什么熔鹽槽?”
彼時,我國還沒有建成一座商業化光熱電站,最成熟的導熱油槽式技術亦沒有商業化的成功實踐。
圖:熔鹽槽式光熱發電系統原理
時任金釩能源董事長官景棟對CSPPLAZA解釋稱,熔鹽是一種低成本、長壽命、傳熱性能好的高溫、高熱通量和低運行壓力的傳熱介質,同時也是不易燃、無毒、環境友好的優良儲熱介質,導熱油則存在一定的安全和環境隱患,雖然其存在保溫難度較大等一些難點,但在工程上并非不能解決。
同時,全面采用熔鹽傳儲熱可使槽式電站的運行溫度提高至550攝氏度,顯著提升發電效率。傳統的槽式技術以導熱油為傳熱介質、熔鹽為儲熱介質,導熱油的油溫上限限制了熔鹽的儲熱溫度,導致熔鹽的儲熱性能難以充分發揮,對熔鹽造成了極大浪費。同樣的儲熱量,傳統槽式電站的儲熱耗鹽量是熔鹽槽式電站耗鹽量的大約三倍。另外,傳統的槽式技術,導熱油在吸熱后還要與熔鹽換熱來儲熱,需要增加一系列的換熱設備,同時帶來了更多熱損,增加了光熱發電站的總體投資。
首個項目的10年
理論上來看,熔鹽槽確實是槽式技術的發展方向。但在實踐層面,阿克塞50MW熔鹽槽式項目的建設,卻遠沒有想象中那么順利。
彼時的國內光熱發電產業鏈基礎還比較薄弱,金釩能源認為難以支撐阿克塞項目的建設,為完善供應鏈,打通成本降低甬道,金釩能源的母公司深圳市核電工程建設有限公司選擇了引進消化國外技術實現國產化的路子。
2014年8月,深圳市核電工程建設有限公司與天津濱海高新區簽訂投資協議,圈地580畝,總規劃投資高達45億元,決定在天津建設具有國際領先水準的光熱發電技術研發及產業化基地。天津濱海光熱發電投資有限公司(簡稱濱海光熱)于次月正式成立。
2017年5月,上述50MW項目的主體工程正式開工建設。
至2017年底,在資金緊缺的情況下,天津生產基地逐步形成了一定的生產能力。其從意大利Reflex引進的超薄反射鏡生產技術在這里實現了本土化,從瑞士SREA引進技術的跟蹤系統生產車間也投入運行。
在此期間,2016年10月12日,一條長800米的熔鹽槽式集熱回路,配套8小時的儲熱系統,完整的換熱、蒸汽發生和發電系統一個裝機200KW的高溫熔鹽槽式驗證項目成功投運。這是上述50MW電站的首期驗證項目,這一驗證項目的建設,也讓上述50MW電站成功入選了國家首批光熱示范項目。
但天津生產基地的建設,讓原本就資金緊張的阿克塞50MW電站更加捉襟見肘,濱海光熱的盤子越鋪越大,資金問題愈加凸顯。濱海光熱在此期間嘗試通過運作產業基金、PPP項目等方式化解財務危機,但最終都無功而返。
2018年5月,甘肅阿克塞50MW熔鹽槽式光熱示范項目終因資金鏈斷裂徹底停工。2020年9月30日,該項目又獲得了甘肅省綠色生態產業發展政府引導基金近6億元輸血,起死回生,但受制于疫情和資金缺口,未能全面推進;2023年,項目業主又與水發興業能源(甘肅)新能源有限公司達成合作協議,將之納入阿克塞四十里戈壁“風光熱儲”一體化多能互補項目,電站終得以全面復工。
來自阿克塞當地政府的最新消息稱,預計明年6月底前該項目實現并網發電。
大開口槽式集熱器的加持
阿克塞50MW熔鹽槽式項目自2013年開工至今,歷時10多年,未能建成投產。究其原因,資金問題、疫情、地震影響都是外在因素,技術和供應鏈問題是內在誘因。
今天,10多年過去了,我國光熱發電的技術能力和供應鏈已經比較成熟,項目開發經驗日漸豐富,這將可以支撐熔鹽槽式技術真正進入商業化的新階段。
從集熱系統的角度考慮,熔鹽槽式電站要獲得高達550℃的集熱溫度,需要更大開口的槽式集熱器和與之配套的熔鹽集熱管。
圖:各類槽式集熱器的開發年份及尺寸
在迪拜已建成的950 MW光伏+光熱電站中的Noor Energy一號200MW槽式電站,采用了8.2米開口的大槽集熱器,這是目前已經商業化應用的最大開口槽式集熱器。
在國內,常州龍騰光熱科技股份有限公司等多家單位統一瞄準了8.6米開口的大槽集熱器。
龍騰光熱歷時4年研發新一代高效低成本的龍騰RT86大槽集熱器,開口寬度8.6m,采用國際最先進的空間框架結構,擁有完全自主的專利技術,實現了國產化槽式集熱裝備的繼續迭代。
目前,龍騰光熱位于內蒙古巴彥淖爾龍騰光熱儲能科技創新園的新一代高效低成本槽式聚光集熱示范項目正在建設中,其搭配了對應的熔鹽系統。
圖:龍騰RT86大槽集熱器
中電工程西北院于2018年5月啟動大開口槽式集熱器開發項目,通過聚光光學設計、熱力學工藝設計、輕鋼結構設計、液壓驅動及控制設計等集成設計,開發出開口寬度為8.6米的槽式集熱器。2020年10月,其大開口槽式集熱器示范回路在海西州多能互補示范工程基地內建成并完成調試,性能達到設計目標。
圖:中電工程西北院大開口槽式集熱器示范回路
2024年1月,中廣核大開口熔鹽介質槽式集熱器系統完成試制,于4月15日在槽式集熱器太陽法向輻射跟蹤平臺完成組裝,并開展聯合調試。其集熱器開口為8.6米,集熱溫度550℃,是目前國內最大的使用熔鹽介質的槽式集熱器。目前,中廣核新能源大開口熔鹽槽式集熱器研發熔鹽槽式試驗回路正在建設中。
圖:中廣核槽式集熱器太陽法向輻射跟蹤平臺
在熔鹽集熱管方面,2024年11月,龍騰光熱與德國宇航中心(DLR)簽約,為其與葡萄牙埃武拉大學合作的évora先進槽式熔鹽示范項目提供熔鹽集熱管,這是對國產熔鹽集熱管制造能力的高度肯定。
在國產化核心裝備制造技術和能力逐步得到驗證的今天,熔鹽槽式技術的商業化面臨的技術壁壘正在逐個消逝。
熔鹽槽式項目的開發現狀
據CSPPLAZA最新統計,截至目前,我國光熱發電并網項目規模已達760MW,其中包含槽式光熱發電項目150MW,均采用導熱油槽式技術路線。
除了在建中的阿克塞50MW熔鹽槽式電站,目前最新一批在建、推進中的光熱項目中,已明確槽式項目5個,其中已經明確采用熔鹽槽式技術路線的有2個。
圖:新一批槽式光熱發電項目
青海海西州德令哈2000MW光儲熱一體化暨海西州調峰中心基地項目由中廣核太陽能德令哈有限公司負責開發,規劃面積約5.3萬畝,總裝機容量200萬千瓦,其中光伏160萬千瓦、光熱40萬千瓦,儲能配比率25%、儲能時長6小時。按照規劃,一期新建800MW光伏+200MW熔鹽塔式光熱發電項目,二期新建800MW光伏+200MW熔鹽槽式光熱發電項目。目前一期項目尚在建設中。
2023年5月,中廣核新能源(阿里)有限公司就其中廣核新能源西藏阿里150MW雪域高原“零碳”光儲熱電示范項目(50MW光熱部分)聚光集熱系統設備(重新招標)發布公告。據公告,該項目集熱島采用二元熔鹽槽式聚光發電技術路線,聚光器應優先采用UT槽,但不只限定于UT槽技術。本期先行建設投產108個集熱回路,設計安裝324個集熱器組合,集熱面積為557280平米。若投標方采用其他槽技術,由投標方根據產品的規格參數進行方案設計,但至少應滿足本項目用地和聚光集熱性能的基本要求。
在上述相關項目的推動下,熔鹽槽式技術的商業化征程已重新出發,在更大開口槽式集熱器、國產熔鹽集熱管、更成熟的技術能力和運維經驗等的加持下,熔鹽槽式光熱項目的建成投產已經可以真實地預見。