德令哈,西行10公里,巍峨的祁連山脈橫亙?cè)谔?yáng)能產(chǎn)業(yè)園的北部,見(jiàn)證著正在這里發(fā)生的一場(chǎng)新能源產(chǎn)業(yè)革命。
2013年7月5日,中控太陽(yáng)能德令哈10MW水工質(zhì)塔式光熱電站正式并網(wǎng)發(fā)電,作為國(guó)內(nèi)第一座并網(wǎng)發(fā)電的光熱電站,當(dāng)時(shí)被視為中國(guó)光熱發(fā)電技術(shù)的第一次重大突破。
2016年8月20日,中控太陽(yáng)能德令哈10MW熔鹽塔式光熱電站一次性打通全流程并成功并網(wǎng)發(fā)電,實(shí)現(xiàn)了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術(shù)的完全國(guó)產(chǎn)化,徹底打破了國(guó)外技術(shù)壁壘,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)光熱發(fā)電技術(shù)的又一次重大突破,創(chuàng)造了光熱發(fā)電行業(yè)新的里程碑。
63000平方米定日鏡在鏡場(chǎng)集群控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)下,將低密度太陽(yáng)能聚焦至92米高的熔鹽吸熱器上,將熔鹽加熱至565℃的高溫,進(jìn)入高溫熔鹽罐儲(chǔ)存,再由高溫熔鹽與水換熱,產(chǎn)出510℃/9MPa的高壓過(guò)熱蒸汽,驅(qū)動(dòng)一臺(tái)10MW的汽輪發(fā)電機(jī)組,輸出高品質(zhì)的綠色電能,由于配置了儲(chǔ)能系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)陰雨天或夜間連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。
3017米海拔的青藏高原腹地,年均氣溫4℃,我國(guó)首座成功投運(yùn)的熔鹽塔式光熱電站就誕生于這樣的自然環(huán)境下,其成功證明了熔鹽塔式光熱技術(shù)在中國(guó)特殊自然氣候環(huán)境下運(yùn)行的可行性。
來(lái)之不易的“順利”
8月26日17:00,DNI 950W/㎡,CSPPLAZA記者在中控德令哈10MW熔鹽塔式電站的控制室看到,汽輪機(jī)輸出功率達(dá)到8.04MW,轉(zhuǎn)速8512rpm,運(yùn)行情況良好。事實(shí)上,當(dāng)天德令哈的上空依然陰云籠罩,導(dǎo)致電站未能運(yùn)行,直到15:30,天氣突然放晴,到16:00電站即實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。
“由于該項(xiàng)目臨時(shí)接入當(dāng)?shù)剞r(nóng)網(wǎng)系統(tǒng),可用負(fù)荷較小,目前只允許上網(wǎng)8MW,實(shí)際上在現(xiàn)在的輻照條件下,滿功率輸出是沒(méi)有任何問(wèn)題的?!敝锌靥?yáng)能公司副總裁徐能如是表示。
該電站是在原10MW水工質(zhì)光熱電站的基礎(chǔ)上進(jìn)行的熔鹽系統(tǒng)改造工程,于2014年底正式啟動(dòng)相關(guān)的設(shè)計(jì)、專項(xiàng)設(shè)備采購(gòu)工作,2015年中期開(kāi)始鏡場(chǎng)安裝和土建施工工作,總計(jì)歷時(shí)約一年零8個(gè)月、直接耗資約8000萬(wàn)元完成改造。
“項(xiàng)目在7月初進(jìn)入調(diào)試階段,7月20日開(kāi)始化鹽,8月12日啟動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試,8月16日順利完成熔鹽上塔以及熔鹽回收實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)幾天的消缺工作,8月20日正式并網(wǎng)發(fā)電,至21日15:45各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值?!毙炷芨嬖V記者。
熔鹽上塔以及熔鹽回收是熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵,更是難點(diǎn)。對(duì)采用二元鹽為工質(zhì)的熔鹽塔式光熱電站而言,由于二元鹽的凝固點(diǎn)為220℃,管路中的熔鹽若低于該溫度,就很容易發(fā)生凍堵管路事故;另外,如果鏡場(chǎng)反射至吸熱器的能量控制不均,吸熱器上的吸熱管局部受熱過(guò)強(qiáng),導(dǎo)致熔鹽氣化,也極易發(fā)生重大事故。
對(duì)此問(wèn)題,徐能表示,“對(duì)熔鹽上塔及熔鹽回收的試驗(yàn)我們非常謹(jǐn)慎,在8月16日的上午和下午分別進(jìn)行了試驗(yàn),各設(shè)備運(yùn)行沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,熔鹽吸熱器的表面溫升達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)天進(jìn)行的熔鹽上塔試驗(yàn)的溫度監(jiān)測(cè)顯示這些指標(biāo)均在控制范圍之內(nèi),這說(shuō)明我們對(duì)鏡場(chǎng)能量的控制達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,可以保證系統(tǒng)是安全的,于是我們?cè)?月20日才啟動(dòng)全流程發(fā)電運(yùn)行,并取得了成功?!?/p>
“我也沒(méi)有想到會(huì)如此順利?!痹诨貞浧皤@悉該項(xiàng)目成功并網(wǎng)發(fā)電的消息后,中控太陽(yáng)能董事長(zhǎng)金建祥如是描述了當(dāng)時(shí)的心情,“很難用一句話來(lái)表達(dá),在整個(gè)調(diào)試過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)大的問(wèn)題,我感到很幸運(yùn),這個(gè)項(xiàng)目能夠這么快就達(dá)到各項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù),也讓我很意外?!?/p>
對(duì)此“意外”,徐能表示:“我們從2011年即開(kāi)始研究塔式熔鹽系統(tǒng)的核心技術(shù),前期調(diào)研了國(guó)內(nèi)大量化工熔鹽系統(tǒng)的使用單位,在杭州建設(shè)了一套完整的塔式熔鹽系統(tǒng)聚光、吸熱、儲(chǔ)熱、換熱全流程試驗(yàn)平臺(tái),在這個(gè)平臺(tái)上對(duì)塔式熔鹽系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間、系統(tǒng)性的試驗(yàn),對(duì)運(yùn)行過(guò)程中如熔鹽凍堵、泄漏以及吸熱器的堵管等等可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,并對(duì)各種應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證,對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備的性能進(jìn)行了詳盡的測(cè)試與改進(jìn)。光是熔鹽管道的電伴熱系統(tǒng),就進(jìn)行了數(shù)十次改進(jìn)。”正是基于這些細(xì)瑣、扎實(shí)的基礎(chǔ)性工作,才有了項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的“如此順利”。
事實(shí)上,在“沒(méi)有想到”的背后,項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)同樣付出了他人“想象不到”的努力,承受了非常大的壓力。在進(jìn)行上述各項(xiàng)調(diào)試工作的幾天內(nèi),徐能的心情和當(dāng)天接受采訪時(shí)的輕松完全相反,“那幾天我基本都睡不好覺(jué),每天只能睡三四個(gè)小時(shí),睡不著,精神壓力很大。”這種壓力在20日項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電后得到了釋放,當(dāng)天徐能在他的朋友圈留下了一句話,“今天應(yīng)該能稍微睡個(gè)好覺(jué)了?!?/p>
100%純太陽(yáng)能發(fā)電
時(shí)間回溯至2013年7月,中控德令哈10MW水工質(zhì)電站并網(wǎng)發(fā)電為中控帶來(lái)了諸多聲譽(yù),但也引來(lái)了少數(shù)人的質(zhì)疑,這種質(zhì)疑集中于此電站并非一個(gè)真正的純太陽(yáng)能電站。理由是其吸熱器僅能產(chǎn)出約313℃的飽和蒸汽,還需利用天然氣將其過(guò)熱至510℃再進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電,這一觀點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)成為行業(yè)內(nèi)私下議論的話題。
金建祥說(shuō):“其實(shí)國(guó)外不少光熱電站也是采用天然氣補(bǔ)燃的,一般不超過(guò)總能量的15%,我們補(bǔ)燃量設(shè)計(jì)值也不超過(guò)15%,國(guó)內(nèi)的垃圾發(fā)電也是允許添加少量燃煤的,實(shí)際上這個(gè)問(wèn)題不是我們關(guān)注的焦點(diǎn),也不在意同行的議論。其實(shí)我們一開(kāi)始就計(jì)劃要上熔鹽蓄能系統(tǒng),只是第一步優(yōu)先解決鏡場(chǎng)聚光控制問(wèn)題,而這個(gè)產(chǎn)生飽和蒸汽的水工質(zhì)電站完全可以達(dá)到這個(gè)目的,因此我們也沒(méi)有必要再去花精力在水工質(zhì)吸熱器上直接產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽”。
也有一些專家能理性看待這一問(wèn)題:這是中控推進(jìn)熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的第一步,在水工質(zhì)技術(shù)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)熔鹽技術(shù)的成功應(yīng)用,可以最大限度地降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)?!爸锌靥?yáng)能是一家穩(wěn)健又低調(diào)的研發(fā)型公司,做任何事都要有八成以上的把握才會(huì)去干?!庇袠I(yè)內(nèi)人士如是評(píng)論道,這也是中控太陽(yáng)能選擇先從水工質(zhì)做起的原因。
金建祥強(qiáng)調(diào):“其實(shí),中控太陽(yáng)能從成立伊始,就對(duì)技術(shù)路線有著清晰的規(guī)劃,明確以熔鹽塔式光熱發(fā)電作為其技術(shù)研發(fā)方向。盡管有中控、杭鍋、杭汽等股東在各自領(lǐng)域多年的積累作為技術(shù)支撐,對(duì)于熔鹽塔式光熱發(fā)電這一涉及專業(yè)領(lǐng)域眾多、系統(tǒng)高度復(fù)雜的全新發(fā)電方式,仍然面臨著非常大的挑戰(zhàn)。所以我們選擇先從最擅長(zhǎng)的控制入手,通過(guò)建設(shè)10MW水工質(zhì)電站,目的在于重點(diǎn)解決塔式光熱發(fā)電最大的難題——鏡場(chǎng)聚光控制,取得成功之后,再集中精力突破熔鹽吸熱、儲(chǔ)熱和換熱等技術(shù)難關(guān),最終實(shí)現(xiàn)熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)的全流程貫通”。
在此次完成熔鹽系統(tǒng)改造后,在電站主機(jī)廠房一側(cè)矗立著的燃?xì)忮仩t已經(jīng)停運(yùn)。徐能指著眼前的燃?xì)忮仩t對(duì)記者說(shuō),“目前我們已經(jīng)完全不需要這個(gè)燃?xì)忮仩t了,現(xiàn)在我們用熔鹽換熱系統(tǒng)就可以將2號(hào)塔輸出的飽和蒸汽過(guò)熱為510℃的過(guò)熱蒸汽?!?/p>
中控德令哈電站共建有1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)塔,中控此次主要對(duì)1號(hào)塔進(jìn)行了整體熔鹽系統(tǒng)改造,將其水工質(zhì)吸熱器更換為熔鹽吸熱器,并新安裝整套熔鹽儲(chǔ)熱、換熱系統(tǒng),經(jīng)改造后的1號(hào)塔采用直接熔鹽吸熱、儲(chǔ)熱和換熱技術(shù),可作為一個(gè)獨(dú)立的熔鹽塔式光熱電站運(yùn)行。2號(hào)塔在太陽(yáng)島方面未做改動(dòng),產(chǎn)出的飽和蒸汽通過(guò)1號(hào)塔的熔鹽過(guò)熱器成為過(guò)熱蒸汽。與此前的水工質(zhì)塔相比,經(jīng)改造后的電站實(shí)現(xiàn)了100%純太陽(yáng)能發(fā)電。
自主化技術(shù)+高國(guó)產(chǎn)化率
早在2010年中控太陽(yáng)能成立之初,就確立了熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)這一研發(fā)方向,當(dāng)時(shí)在全球范圍內(nèi)尚無(wú)任何商業(yè)化熔鹽塔項(xiàng)目運(yùn)行。在德令哈項(xiàng)目投運(yùn)之前,全球范圍內(nèi)在運(yùn)行的熔鹽塔式光熱電站僅2011年投運(yùn)的西班牙GemaSolar電站,裝機(jī)19.9MW,以及2016年2月投運(yùn)的美國(guó)新月沙丘電站,裝機(jī)110MW,這兩個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)供應(yīng)方西班牙Sener和美國(guó)SolarReserve被認(rèn)為是掌握熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)的兩大公司,但中國(guó)公司若要引入這項(xiàng)技術(shù),往往需要付出很高的成本,且?guī)缀醪豢赡塬@得其核心技術(shù)。
是通過(guò)引入海外技術(shù)直接為我所用還是堅(jiān)持自主創(chuàng)新?在國(guó)內(nèi)光熱發(fā)電行業(yè),一直以來(lái)就存在對(duì)此問(wèn)題的爭(zhēng)論,持不同觀點(diǎn)的公司也選擇了不同的策略路線,以中控太陽(yáng)能為代表的部分企業(yè)選擇了堅(jiān)持自主創(chuàng)新,金建祥認(rèn)為,“真正核心的技術(shù)是買不來(lái)的,國(guó)外企業(yè)愿意跟你合作,其實(shí)是看上你的市場(chǎng)和廉價(jià)勞動(dòng)力,最核心的技術(shù)是不可能給你的?!?/p>
中控太陽(yáng)能選擇了自主創(chuàng)新,同時(shí)堅(jiān)信最終必能獲得成功。這種自信源自中控在DCS領(lǐng)域成功打破國(guó)際公司壟斷這一成功案例。金建祥對(duì)CSPPLAZA記者表示,“當(dāng)年我們?cè)贒CS領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是霍尼韋爾、西門子、橫河這樣的國(guó)際巨頭,他們完全壟斷了國(guó)內(nèi)市場(chǎng),中控最終成功打破了這種壟斷,并成為國(guó)內(nèi)最大的控制系統(tǒng)供應(yīng)商,對(duì)比來(lái)看,應(yīng)該說(shuō)當(dāng)年在DCS領(lǐng)域的突破難度比今天我們?cè)诠鉄岚l(fā)電領(lǐng)域更大?!?/p>
而今天的結(jié)果證明,中控太陽(yáng)能已經(jīng)完全掌握了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術(shù),實(shí)現(xiàn)了中國(guó)光熱發(fā)電行業(yè)的技術(shù)突破。
事實(shí)上,全球的兩大代表性塔式電站Ivanpah和新月沙丘電站從宣布投運(yùn)到達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量分別設(shè)置了4年和1年的過(guò)渡期,就此問(wèn)題,徐能表示,“我們只花了一天時(shí)間各項(xiàng)核心技術(shù)參數(shù)就達(dá)到了設(shè)計(jì)值,經(jīng)實(shí)測(cè)光電轉(zhuǎn)換效率比原DSG系統(tǒng)有所提高,我們有信心再通過(guò)3個(gè)月左右時(shí)間的優(yōu)化運(yùn)營(yíng),電站就可以達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量?!?/p>
那么,對(duì)于10MW的中控太陽(yáng)能德令哈項(xiàng)目和110MW的美國(guó)新月沙丘項(xiàng)目,其技術(shù)難度是否在同一級(jí)別?中控是否能夠證明也有能力開(kāi)發(fā)更大規(guī)模的熔鹽塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目?金建祥表示,“熔鹽塔電站的工藝流程和核心技術(shù)都是一樣的,大電站和小電站相比,無(wú)非是采用的設(shè)備更大一些,鏡場(chǎng)聚光面積更大一些,使用的熔鹽量更多一些,需要投入更多的資金,僅此而已,只要我們認(rèn)真面對(duì),我認(rèn)為不存在任何問(wèn)題。其實(shí)國(guó)外公司大多也在10MW級(jí)別取得成功之后直接進(jìn)行100MW級(jí)的大規(guī)模電站開(kāi)發(fā),至今并無(wú)失敗的案例,也說(shuō)明規(guī)模大小并非核心問(wèn)題?!?/p>
中控太陽(yáng)能德令哈項(xiàng)目的另一特點(diǎn)是最大程度上實(shí)現(xiàn)了熔鹽塔式光熱電站裝備的高國(guó)產(chǎn)化率,除了熔鹽泵、熔鹽流量計(jì)與熔鹽液位計(jì)采用了進(jìn)口產(chǎn)品外,其它裝備均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,裝備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到95%以上。
徐能表示,“我們盡可能采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備,一方面是為了降低成本,另一方面也是為了培育國(guó)內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商。只有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,中國(guó)的光熱產(chǎn)業(yè)才有未來(lái)?!?/p>
徐能進(jìn)一步表示,“很多關(guān)鍵設(shè)備在國(guó)內(nèi)都找不到有應(yīng)用業(yè)績(jī)的供應(yīng)商。為此,我們選擇在類似行業(yè)有一定經(jīng)驗(yàn)并有較強(qiáng)制造能力的供應(yīng)商,與供應(yīng)商緊密合作,聯(lián)合設(shè)計(jì)、制造。通過(guò)這種方式,也為行業(yè)培養(yǎng)了一批國(guó)產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商。從目前的電站運(yùn)行情況來(lái)看,國(guó)產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定、可靠?!?/p>
在該電站成功投運(yùn)的10余天后,9月1日,我國(guó)首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)正式出臺(tái),但要享受1.15元/kwh的電價(jià)政策,相關(guān)示范項(xiàng)目需于2018年12月31日前建成投產(chǎn),不足28個(gè)月的建設(shè)時(shí)間,對(duì)國(guó)內(nèi)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。首座熔鹽塔光熱電站的成功投運(yùn),正為本輪示范電站如期完成建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。
同時(shí),該熔鹽塔電站的成功投運(yùn)也賦予了中國(guó)光熱發(fā)電未來(lái)更大的想象空間,熔鹽塔式光熱發(fā)電作為一項(xiàng)行業(yè)普遍推崇的技術(shù)難度較高、具有較大成本下降潛力的技術(shù),借力于中國(guó)的低成本制造和人力成本等優(yōu)勢(shì),依托國(guó)產(chǎn)自主化技術(shù),有望實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電成本的更快削減,并將為國(guó)產(chǎn)技術(shù)和裝備盡快走出國(guó)門創(chuàng)造無(wú)限可能。