? 作為中國(guó)首個(gè)投運(yùn)的10MW級(jí)別的商業(yè)化光熱電站,中控德令哈10MW塔式熔鹽儲(chǔ)能光熱電站對(duì)后續(xù)的20個(gè)首批示范項(xiàng)目具有很大的借鑒意義,自2016年8月21日投運(yùn)以來,已運(yùn)行4月有余,它的運(yùn)行狀況如何?在實(shí)際運(yùn)行過程中有什么值得大家借鑒和學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)?在2016年12月28日～30日在甘肅省敦煌市盛大召開的中國(guó)光熱示范電站開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)者峰會(huì)上,浙江中控太陽能技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)金建祥教授與與會(huì)代表進(jìn)行了分享。
金建祥首先對(duì)光熱對(duì)比其他可再生能源的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析,指出了未來光熱的方向?qū)⑹谴笠?guī)?；烷L(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能。他根據(jù)中國(guó)特殊的光資源條件,并結(jié)合中控10MW電站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況得出:目前要想達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量目標(biāo)亟待解決的問題是如何應(yīng)對(duì)有云天氣(包括多云和少云天氣)的高效運(yùn)行,而關(guān)鍵是提高短時(shí)間內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)能力。
在會(huì)上,金建祥向大家介紹了中控太陽能公司的發(fā)展歷程,展示了中控10MW電站的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),并詳細(xì)闡述了其發(fā)電量是否達(dá)標(biāo)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),及影響發(fā)電量的因素。
在發(fā)言中,金建祥從金融、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模及產(chǎn)業(yè)鏈四個(gè)方面分析了光熱發(fā)電到“十三五”末達(dá)到0.8元的度電成本能否實(shí)現(xiàn)、如何實(shí)現(xiàn),并在最后指出了未來光熱發(fā)展中,誰掌握了精準(zhǔn)的短期天氣預(yù)報(bào)技術(shù)以及應(yīng)對(duì)有云天氣的運(yùn)行策略,誰將在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中拔得頭籌。
更多精彩內(nèi)容,請(qǐng)閱讀下面刊出的金建祥的演講全文(注:本文根據(jù)速記和錄音資料整理,文章內(nèi)容未經(jīng)演講者本人審閱,僅供參考):
非常感謝會(huì)議主辦方為我提供這么一個(gè)機(jī)會(huì)。在正式報(bào)告之前首先要恭喜首航節(jié)能公司敦煌10兆瓦熔鹽塔式電站在前天晚上取得并網(wǎng)成功,這也是行業(yè)內(nèi)一件大喜事,讓各級(jí)政府和投資人對(duì)中國(guó)光熱的未來更加有信心,也讓在座的各位光熱界同行對(duì)未來更加有信心。
中控太陽能在德令哈建設(shè)光熱電站已經(jīng)有了七個(gè)年頭了,在類似活動(dòng)上我也講的比較多,今天受時(shí)間的限制還是挑幾個(gè)重點(diǎn)匯報(bào)一下,PPT是按照一般的會(huì)議要求來準(zhǔn)備的。
可能有一些人會(huì)有疑問,在有關(guān)媒體上介紹首航節(jié)能剛剛投運(yùn)的電站是中國(guó)第一個(gè)24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行且規(guī)模最大的塔式熔鹽光熱電站,這種說法對(duì)嗎?到今天為止這個(gè)講法還是準(zhǔn)確的,它確實(shí)是目前為止中國(guó)最大的塔式熔鹽光熱電站,它的鏡場(chǎng)集熱面積有15萬平方米,熔鹽有5800噸,儲(chǔ)能時(shí)間是15個(gè)小時(shí),理論上可以24個(gè)小時(shí)連續(xù)發(fā)電;而我們中控德令哈電站雖然投運(yùn)時(shí)間更早,但鏡場(chǎng)集熱面積只有6.8萬平方米,500多噸熔鹽,蓄能時(shí)間為二個(gè)小時(shí)。雖然兩個(gè)電站都是10MW的,但從鏡場(chǎng)規(guī)模和蓄能時(shí)間來看,這個(gè)講法沒有問題,但是有個(gè)問題,它是全球第二個(gè)可以24小時(shí)連續(xù)發(fā)電的光熱電站,不是第三個(gè)。
中控在原來水工質(zhì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了熔鹽改造,歷時(shí)一年半時(shí)間,于2016年8月21日達(dá)到滿負(fù)荷的發(fā)電,其它各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)值。其實(shí)我們公司內(nèi)部考核時(shí)間是7月底熔鹽改造結(jié)束,就是因?yàn)楦鞣N各樣的原因拖延了三個(gè)禮拜時(shí)間,因此首航項(xiàng)目拖延半年之后完成并網(wǎng)發(fā)電也屬不易,估計(jì)未來還需要一段時(shí)間去不斷完善和優(yōu)化之后才能正常發(fā)電運(yùn)行。
如圖,基本的東西跳過了,講了太陽能光熱和光伏發(fā)電的特點(diǎn),光伏是太陽能直接轉(zhuǎn)變成直流電,然后直流電再逆變成交流電并網(wǎng),光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)很成熟,成本也很低,我今天特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn):光伏的間隙陽光資源利用率(即有云天氣的間隙性光照的利用程度)很高,光照無論強(qiáng)弱和時(shí)間長(zhǎng)短都可以發(fā)電,這相對(duì)于塔式光熱發(fā)電來說是一大優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然問題是光伏比較任性一些,有光就發(fā)電,沒光就不發(fā)電,對(duì)電網(wǎng)很不友好。光熱是由光變成熱、熱儲(chǔ)存變成交流電,優(yōu)勢(shì)是非常穩(wěn)定,快速可調(diào)。前面專家也提到目前火電調(diào)峰的負(fù)荷變化范圍是50%,如果調(diào)峰范圍要增加調(diào)到70%,還需要進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)改造,另外火電的調(diào)峰響應(yīng)比較慢,時(shí)間比較長(zhǎng)。光熱從負(fù)荷10%調(diào)到100%十幾分鐘時(shí)間就足夠了。但是光熱也有問題,之所以這幾年光熱發(fā)展沒有光伏快也是由這些問題導(dǎo)致的。系統(tǒng)太復(fù)雜,太陽島、熔鹽島、常規(guī)島系統(tǒng)很復(fù)雜,成本還很高。上午國(guó)務(wù)院參事石定寰老先生的講話既有高度還有深度,很受啟發(fā),獲益匪淺。上午石參事講話中對(duì)光熱地位做了很好的總結(jié)和肯定,最后講話中對(duì)于目前光熱形勢(shì)越來越好的背景下,特別提醒我們要保持頭腦清醒,還有很多問題要進(jìn)一步解決,其中最后一個(gè)問題就是多云天氣等復(fù)雜工況對(duì)發(fā)電量的影響,也就是光熱發(fā)電對(duì)于間隙性陽光的資源利用率比較低,這對(duì)發(fā)電量影響比較大。
光熱也分帶有儲(chǔ)能和不帶儲(chǔ)能的,儲(chǔ)能使得光熱轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換進(jìn)行了解耦,發(fā)電可以不受陽光的影響,容易成為基荷電源。不帶儲(chǔ)能系統(tǒng)比較的簡(jiǎn)單,初期投資比較低,但是度電成本會(huì)比較高。儲(chǔ)能是光熱發(fā)電區(qū)別于其他清潔能源最大的優(yōu)勢(shì),對(duì)于光熱來說,規(guī)模一定情況下儲(chǔ)能時(shí)間越長(zhǎng)度電成本越低,度電成本最多可以降低三毛錢左右。儲(chǔ)能時(shí)間一般大于15個(gè)小時(shí)就可以成為基荷電源了,可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)發(fā)電。
搞光熱的人也應(yīng)該看看光伏對(duì)我們光熱有怎樣的挑戰(zhàn),很多人不斷提醒我,這方面要做了一些研究。光伏+儲(chǔ)能跟目前的光熱+儲(chǔ)能,誰的未來更好一些?光伏儲(chǔ)能用常規(guī)的技術(shù)路線,使用鉛酸電池和鋰電池等等,規(guī)?；膬?chǔ)能成本相對(duì)來說比較高,譬如說儲(chǔ)能4到6小時(shí),目前的電池成本和逆變器成本下我們做了比較精確的計(jì)算,大概每千瓦時(shí)要增加六毛錢的成本,目前光伏直接發(fā)電(即不儲(chǔ)能)的成本是六毛錢左右,加在一起就是一塊二,比目前的光熱還要貴。
昨天晚上也做了前瞻性的預(yù)估,未來電池成本也許會(huì)明顯降低,如果五年或十年之后電池和逆變器只有目前成本的一半會(huì)怎么樣?我們也做了計(jì)算:度電成本會(huì)從1.2元降低到1.0元。光伏儲(chǔ)能時(shí)間越長(zhǎng),成本越高,最多增加六到七毛錢,電池的壽命比較短,一般壽命也就是三五年,電池要使用十五、二十年,現(xiàn)在技術(shù)上還不行。光伏+儲(chǔ)能更適合小規(guī)模分布式應(yīng)用,這是光熱儲(chǔ)能做不到的。光熱正好倒過來,適合長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能和大規(guī)模的集中開發(fā),這樣有利于電站經(jīng)濟(jì)性的提升,即較長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能可以使得度電成本降低三毛錢左右,單塔規(guī)模100兆瓦比50兆瓦規(guī)模度電成本便宜一毛到一毛五分錢。
這是不同的規(guī)模,塔式熔鹽電站的度電成本(如圖),儲(chǔ)能時(shí)間越長(zhǎng)度電成本越低、單塔規(guī)模越大成本越低,100兆瓦儲(chǔ)能8小時(shí)以上成本下降不明顯了,但是50兆瓦的時(shí)候到儲(chǔ)能12個(gè)小時(shí)還會(huì)繼續(xù)下降。這是我們計(jì)算的曲線,對(duì)于目前的電池成本和逆變器成本情況下,光伏儲(chǔ)能時(shí)間和度電成本的關(guān)系,6個(gè)小時(shí)基本上每度電成本上升到1.2元,如果電池成本降低一半,6個(gè)小時(shí)的儲(chǔ)能時(shí)候大概度電成本是一塊錢,因此光熱還是有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,現(xiàn)在光熱電價(jià)是1.15元,相信第二批光熱示范項(xiàng)目電價(jià)是一塊錢左右了。
中控太陽能2010年成立,是由杭鍋集團(tuán)、杭汽輪集團(tuán)、基金和公司員工等組成的股份制企業(yè),到目前為止塔式熔鹽光熱關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)全部掌握了,鏡場(chǎng)的聚光、集熱、熔鹽、儲(chǔ)能、換熱和整個(gè)電站的運(yùn)行,中控太陽能公司都已經(jīng)比較好的掌握了。我們中控很好地繼承了浙大的求是精神,一步一個(gè)腳印,踏踏實(shí)實(shí)做事情。我們花了七年時(shí)間,投入近五個(gè)億,先后解決了鏡場(chǎng)聚光、水工質(zhì)發(fā)電、熔鹽儲(chǔ)能以及全廠優(yōu)化運(yùn)行等核心技術(shù)和工業(yè)化驗(yàn)證。
2010年公司成立,2012年初鏡場(chǎng)開始施工,到2013年7月份并網(wǎng)發(fā)電,經(jīng)過一年半運(yùn)行的優(yōu)化和總結(jié),到2014年底啟動(dòng)熔鹽改造,到2016年8月份中旬熔鹽改造成功。期間也花大量的精力到50兆瓦示范項(xiàng)目中去。目前公司已經(jīng)擁有108項(xiàng)專利(其中大部分是發(fā)明專利),20項(xiàng)軟件著作權(quán),這些知識(shí)產(chǎn)權(quán)涵蓋了塔式熔鹽光熱發(fā)電相關(guān)的所有核心技術(shù),這里不贅述了。
這是熔鹽改造的系統(tǒng)圖,相對(duì)比較復(fù)雜,是因?yàn)樵谒べ|(zhì)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的。熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目的主要參數(shù),土地25萬平方米,鏡場(chǎng)集熱面積68000平米,有兩種鏡子,一個(gè)2平方米24400臺(tái),一種是20平方米1000臺(tái),我們是采用中小型定日鏡(首航節(jié)能是115平米的大型定日鏡),發(fā)電效率設(shè)計(jì)點(diǎn)達(dá)到17%。對(duì)于50MW或100MW來說,這個(gè)效率可能會(huì)達(dá)到24%,規(guī)模大一些,汽輪機(jī)效率提高至44%,鏡場(chǎng)達(dá)到55%效率,兩者相乘會(huì)達(dá)到24%。
熔鹽吸熱器出口最高溫度是568度,設(shè)計(jì)是565度,適當(dāng)?shù)牟▌?dòng)也沒問題,過熱器出口蒸汽參數(shù)是9MPa,510度,過熱器設(shè)計(jì)的熱交換面積比較小,所以熔鹽與過熱蒸汽的溫差稍微大一些,儲(chǔ)能時(shí)間是兩小時(shí)。我們認(rèn)為10兆瓦的儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)短沒有技術(shù)性的障礙,現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)足夠支撐。但是如果單塔規(guī)模100兆瓦的時(shí)候,15個(gè)小時(shí)儲(chǔ)能跟兩個(gè)小時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)難度是很不一樣的,因?yàn)?5小時(shí)儲(chǔ)能所需的鏡場(chǎng)規(guī)模差不多比2小時(shí)儲(chǔ)能大一倍,我們知道15小時(shí)儲(chǔ)能的100MW電站需要150萬平方米以上的集熱面積,如此龐大的鏡場(chǎng),對(duì)于定日鏡的跟蹤精度和吸熱器設(shè)計(jì)制造就會(huì)提出很高的要求。而15個(gè)小時(shí)儲(chǔ)能的10兆瓦電站也只有15萬平米的集熱面積,對(duì)于定日鏡的跟蹤精度和吸熱器設(shè)計(jì)制造的要求就會(huì)低得多,相對(duì)容易滿足要求。
這是熔鹽電站主要設(shè)備和主要工作的一些承擔(dān)單位,定日鏡是太陽能公司自己做的,鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)25000多臺(tái)鏡子的控制系統(tǒng)也是自己做的,吸熱器是第二大股東杭鍋集團(tuán)做的,包括水工質(zhì)的吸熱器、熔鹽吸熱器,儲(chǔ)罐是北京化工機(jī)械廠做的,汽輪機(jī)是第三大股東杭汽輪集團(tuán)做的反動(dòng)式汽輪機(jī),全廠DCS是中控最新的ECS700控制系統(tǒng),境場(chǎng)設(shè)計(jì)是太陽能公司自己做的,后面幾個(gè)工作都是太陽能公司自己做的。
有幾個(gè)新的信息通過這個(gè)機(jī)會(huì)向各位介紹一下,熔鹽儲(chǔ)能電站已經(jīng)從8月21日正式并網(wǎng)發(fā)電后,累計(jì)發(fā)電天數(shù)一百天,中間還有一些陰雨天不能發(fā)電,到目前為止還沒有因?yàn)樵O(shè)備故障而停運(yùn)的,總體上各設(shè)備運(yùn)行狀況是相當(dāng)良好的,這是今天需要特別向各位報(bào)告的。
我們以11月份為例,這個(gè)月實(shí)際發(fā)電量比中控發(fā)電量計(jì)算軟件算出來的理論發(fā)電量小了5%以內(nèi),比美國(guó)能源部的SAM軟件小了12%。SAM軟件我個(gè)人認(rèn)為不太適合中國(guó)的國(guó)情,計(jì)算發(fā)電量的時(shí)候往往會(huì)偏大8%到10%,原因是中國(guó)的光資源比美國(guó)的加州要差很多,至少差35%,換句話說大晴天的比例,美國(guó)的加州比中國(guó)要高得多。從今年5月算到10月共計(jì)160天時(shí)間里,德令哈有云天氣占了64%,差不多三分之二,對(duì)于塔式熔鹽光熱發(fā)電站來說,由于其間隙陽光資源利用率比較低,導(dǎo)致了SAM軟件計(jì)算結(jié)果是偏樂觀的。我們自己開發(fā)的發(fā)電量計(jì)算軟件考慮到了中國(guó)光資源實(shí)際情況,并做了一些修正,其計(jì)算結(jié)果會(huì)更準(zhǔn)確一些。有兩個(gè)數(shù)據(jù)要向各位報(bào)告,德令哈也有大晴天的時(shí)候,大晴天實(shí)際發(fā)電量與模型算出來的結(jié)果幾乎沒有差別,誤差在1%左右,這是非常理想的。但是對(duì)于有云天氣,其誤差是相當(dāng)大的。譬如有云天氣光資源(DNI)比大晴天少了20%,如果是光伏其發(fā)電量也就下降20%,幾乎是同比例的,但是對(duì)于塔式熔鹽光熱電站來說,其發(fā)電量可能要下降30%到40%,甚至更多!如果不考慮這個(gè)因素,達(dá)不到承諾的發(fā)電量,由此帶來的賠償將是一個(gè)巨大的數(shù)額,這是特別要提醒的。
對(duì)于塔式熔鹽光熱電站來說,有云天氣對(duì)發(fā)電量的影響是非常巨大的,光伏發(fā)電量幾乎與DNI同步下降,槽式發(fā)電量下降略大于DNI的下降幅度(無論是導(dǎo)熱油槽式還是熔鹽槽式),對(duì)于塔式熔鹽電站來說其發(fā)電量的下降幅度是遠(yuǎn)大于DNI的下降幅度。這個(gè)問題不能很好的解決,要達(dá)到設(shè)計(jì)的發(fā)電量難上加難!上午石參事講到的,很多國(guó)外公司對(duì)于多云天氣也感到很棘手,只有真正運(yùn)營(yíng)過電站的人才能夠意識(shí)到這個(gè)問題的嚴(yán)重性!我們已經(jīng)對(duì)云的軌跡和天氣短時(shí)間的精確預(yù)報(bào)投入比較多的精力,只有解決這個(gè)問題,有云天氣發(fā)電量的提升才是有指望的。
這是熔鹽吸熱器的照片,東南西北四組照,總體上說,聚光的效果還是相當(dāng)不錯(cuò)的,光斑溢出很少,也是比較均勻的,這種情況下熔鹽吸熱器的溫度基本上能夠控制到565度,波動(dòng)范圍在正負(fù)5度內(nèi)。
這是8月27日,投入運(yùn)行后第六天的運(yùn)行曲線(圖片),早上天氣不太好,下午兩點(diǎn)鐘左右太陽出來了,橘黃色是DNI曲線,很快上升到了920,這是比較好的陽光,還有一條深紅色曲線是熱鹽罐的液位,藍(lán)顏色是發(fā)電的功率,從圖中可以看到:第一發(fā)電功率非常穩(wěn)定,五點(diǎn)之后是多云,DNI波動(dòng)很大,但是發(fā)出來的電可以非常的穩(wěn)定,第二調(diào)節(jié)負(fù)荷范圍很大、速度很快。這里可以看出15分鐘以內(nèi)可以發(fā)電負(fù)荷從10%調(diào)到90%。比傳統(tǒng)的火電調(diào)峰的響應(yīng)要快得多,負(fù)荷的變化幅度也大得多。
如圖,這是整個(gè)項(xiàng)目這幾年來的總結(jié),趁此機(jī)會(huì)向各位匯報(bào),花了七年時(shí)間做研發(fā),累計(jì)投入資金5億,其中包括了國(guó)家863和兩地(青海和浙江)各級(jí)政府資金資助,我們知道青海各級(jí)政府財(cái)政是比較困難的,但它給的錢也不亞于浙江省的各級(jí)政府,確實(shí)不容易。也獲得了青海省政府一等獎(jiǎng),核心裝備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到95%,熔鹽泵、熔鹽流量計(jì),以及太陽能吸熱器的鋼材和涂料是進(jìn)口的,其他基本上都是國(guó)產(chǎn)的。
中國(guó)太陽能資源雖然跟美國(guó)加州、智利、北非、中東比起來差一些,大約差30%到50%,但總體上可作為太陽能光熱發(fā)電的土地面積還是很大的。經(jīng)過這幾年各位同行的努力,太陽能光熱產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)建立起來了。最近幾年光伏和風(fēng)電發(fā)展很快,這些不穩(wěn)定電源大規(guī)模的裝機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊是比較大的,對(duì)于可儲(chǔ)能、可作為調(diào)峰電源、可作為基荷電源的光熱需求日益迫切,光熱未來也要快速的增長(zhǎng)才有可能達(dá)到電網(wǎng)平衡不穩(wěn)定光伏和風(fēng)電的要求。
上午也有一位嘉賓提到了關(guān)于國(guó)家能源局要求“十三五”末光熱發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)降低到八毛錢,行不行?上午沒有回答這個(gè)問題,我花一分鐘時(shí)間來回答這個(gè)問題,我覺得完全可以。第一,中國(guó)的經(jīng)濟(jì)增速不斷下滑,中國(guó)GDP規(guī)模越來越大,全球無論哪個(gè)國(guó)家都不例外,GDP增長(zhǎng)越慢一定利息越低,最近一年多,基準(zhǔn)利率有一定幅度下降,可以相信未來四五年銀行利率還會(huì)下降,我們測(cè)算如果利率下降兩個(gè)百分點(diǎn),度電成本就會(huì)下降一毛錢,利率下降一個(gè)百分點(diǎn),度電成本就下降五分錢。第二,通過技術(shù)的進(jìn)步,總的效率就能提高兩個(gè)百分點(diǎn),相當(dāng)于10%效率的提升,也就多發(fā)10%的電,意味著度電成本又可以下降一毛錢。第三,單塔規(guī)模從50兆瓦提高到100兆瓦,度電成本可以下降一毛錢,第四,未來幾年通過廣大光熱發(fā)電供應(yīng)商的努力,單位千瓦造價(jià)下降15%肯定沒有問題,甚至更大。15%的成本下降對(duì)電價(jià)至少有一毛五分錢的下降。粗粗一算,到那時(shí)候上網(wǎng)電價(jià)也就是0.8元左右。
所以中國(guó)只要啟動(dòng)這件事,成本的下降不是問題,我個(gè)人覺得十年之后用電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)是完全可能的,但是“十三五”期間降到八毛錢肯定有難度,因?yàn)榍懊嫠膫€(gè)方面都要有很好的進(jìn)展,度電成本才會(huì)降到八毛錢以下,萬一某一方面沒有進(jìn)展,則難度會(huì)更大。我個(gè)人覺得“十三五”期間只要大家努力,尤其是在座各位的努力,做到八毛錢的成本是很有希望的。
