德令哈，西行10公里，巍峨的祁連山脈橫亙在太陽能產(chǎn)業(yè)園的北部，見證著正在這里發(fā)生的一場新能源產(chǎn)業(yè)革命。
2013年7月5日，中控太陽能德令哈10MW水工質(zhì)塔式光熱電站正式并網(wǎng)發(fā)電，作為國內(nèi)第一座并網(wǎng)發(fā)電的光熱電站，當(dāng)時被視為中國光熱發(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，實現(xiàn)了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術(shù)的完全國產(chǎn)化，徹底打破了國外技術(shù)壁壘，實現(xiàn)了中國光熱發(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集群控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)下，將低密度太陽能聚焦至92米高的熔鹽吸熱器上，將熔鹽加熱至565℃的高溫，進入高溫熔鹽罐儲存，再由高溫熔鹽與水換熱，產(chǎn)出510℃/9MPa的高壓過熱蒸汽，驅(qū)動一臺10MW的汽輪發(fā)電機組，輸出高品質(zhì)的綠色電能，由于配置了儲能系統(tǒng)，可實現(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℃，我國首座成功投運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)在中國特殊自然氣候環(huán)境下運行的可行性。
來之不易的“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，汽輪機輸出功率達到8.04MW，轉(zhuǎn)速8512rpm，運行情況良好。事實上，當(dāng)天德令哈的上空依然陰云籠罩，導(dǎo)致電站未能運行，直到15：30，天氣突然放晴，到16：00電站即實現(xiàn)正常運行。
“由于該項目臨時接入當(dāng)?shù)剞r(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)，可用負荷較小，目前只允許上網(wǎng)8MW，實際上在現(xiàn)在的輻照條件下，滿功率輸出是沒有任何問題的。”中控太陽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)上進行的熔鹽系統(tǒng)改造工程，于2014年底正式啟動相關(guān)的設(shè)計、專項設(shè)備采購工作，2015年中期開始鏡場安裝和土建施工工作，總計歷時約一年零8個月、直接耗資約8000萬元完成改造。
“項目在7月初進入調(diào)試階段，7月20日開始化鹽，8月12日啟動系統(tǒng)調(diào)試，8月16日順利完成熔鹽上塔以及熔鹽回收實驗，經(jīng)過幾天的消缺工作，8月20日正式并網(wǎng)發(fā)電，至21日15：45各項指標(biāo)達到設(shè)計值。”徐能告訴記者。
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。對采用二元鹽為工質(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強，導(dǎo)致熔鹽氣化，也極易發(fā)生重大事故。
對此問題，徐能表示，“對熔鹽上塔及熔鹽回收的試驗我們非常謹慎，在8月16日的上午和下午分別進行了試驗，各設(shè)備運行沒有發(fā)現(xiàn)問題，熔鹽吸熱器的表面溫升達到設(shè)計要求。當(dāng)天進行的熔鹽上塔試驗的溫度監(jiān)測顯示這些指標(biāo)均在控制范圍之內(nèi)，這說明我們對鏡場能量的控制達到了設(shè)計要求，可以保證系統(tǒng)是安全的，于是我們在8月20日才啟動全流程發(fā)電運行，并取得了成功?！?/p>
“我也沒有想到會如此順利?！痹诨貞浧皤@悉該項目成功并網(wǎng)發(fā)電的消息后，中控太陽能董事長金建祥如是描述了當(dāng)時的心情，“很難用一句話來表達，在整個調(diào)試過程中沒有出現(xiàn)大的問題，我感到很幸運，這個項目能夠這么快就達到各項設(shè)計技術(shù)參數(shù)，也讓我很意外?！?/p>
對此“意外”，徐能表示：“我們從2011年即開始研究塔式熔鹽系統(tǒng)的核心技術(shù)，前期調(diào)研了國內(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、儲熱、換熱全流程試驗平臺，在這個平臺上對塔式熔鹽系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了長時間、系統(tǒng)性的試驗，對運行過程中如熔鹽凍堵、泄漏以及吸熱器的堵管等等可能出現(xiàn)的問題進行了深入研究，并對各種應(yīng)對策略進行了反復(fù)驗證，對各項關(guān)鍵設(shè)備的性能進行了詳盡的測試與改進。光是熔鹽管道的電伴熱系統(tǒng)，就進行了數(shù)十次改進?！闭腔谶@些細瑣、扎實的基礎(chǔ)性工作，才有了項目實施過程的“如此順利”。
事實上，在“沒有想到”的背后，項目技術(shù)團隊同樣付出了他人“想象不到”的努力，承受了非常大的壓力。在進行上述各項調(diào)試工作的幾天內(nèi)，徐能的心情和當(dāng)天接受采訪時的輕松完全相反，“那幾天我基本都睡不好覺，每天只能睡三四個小時，睡不著，精神壓力很大?！边@種壓力在20日項目實現(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)該能稍微睡個好覺了?！?/p>
100%純太陽能發(fā)電
時間回溯至2013年7月，中控德令哈10MW水工質(zhì)電站并網(wǎng)發(fā)電為中控帶來了諸多聲譽，但也引來了少數(shù)人的質(zhì)疑，這種質(zhì)疑集中于此電站并非一個真正的純太陽能電站。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熱至510℃再進入汽輪機發(fā)電，這一觀點在一段時間內(nèi)成為行業(yè)內(nèi)私下議論的話題。
金建祥說：“其實國外不少光熱電站也是采用天然氣補燃的，一般不超過總能量的15%，我們補燃量設(shè)計值也不超過15%，國內(nèi)的垃圾發(fā)電也是允許添加少量燃煤的，實際上這個問題不是我們關(guān)注的焦點，也不在意同行的議論。其實我們一開始就計劃要上熔鹽蓄能系統(tǒng)，只是第一步優(yōu)先解決鏡場聚光控制問題，而這個產(chǎn)生飽和蒸汽的水工質(zhì)電站完全可以達到這個目的，因此我們也沒有必要再去花精力在水工質(zhì)吸熱器上直接產(chǎn)生過熱蒸汽”。
也有一些專家能理性看待這一問題：這是中控推進熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的第一步，在水工質(zhì)技術(shù)實踐的基礎(chǔ)上，實現(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?！爸锌靥柲苁且患曳€(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去干?！庇袠I(yè)內(nèi)人士如是評論道，這也是中控太陽能選擇先從水工質(zhì)做起的原因。
金建祥強調(diào)：“其實，中控太陽能從成立伊始，就對技術(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的控制入手，通過建設(shè)10MW水工質(zhì)電站，目的在于重點解決塔式光熱發(fā)電最大的難題——鏡場聚光控制，取得成功之后，再集中精力突破熔鹽吸熱、儲熱和換熱等技術(shù)難關(guān)，最終實現(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，在電站主機廠房一側(cè)矗立著的燃氣鍋爐已經(jīng)停運。徐能指著眼前的燃氣鍋爐對記者說，“目前我們已經(jīng)完全不需要這個燃氣鍋爐了，現(xiàn)在我們用熔鹽換熱系統(tǒng)就可以將2號塔輸出的飽和蒸汽過熱為510℃的過熱蒸汽。”
中控德令哈電站共建有1號和2號兩個塔，中控此次主要對1號塔進行了整體熔鹽系統(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熱、換熱系統(tǒng)，經(jīng)改造后的1號塔采用直接熔鹽吸熱、儲熱和換熱技術(shù)，可作為一個獨立的熔鹽塔式光熱電站運行。2號塔在太陽島方面未做改動，產(chǎn)出的飽和蒸汽通過1號塔的熔鹽過熱器成為過熱蒸汽。與此前的水工質(zhì)塔相比，經(jīng)改造后的電站實現(xiàn)了100%純太陽能發(fā)電。
自主化技術(shù)+高國產(chǎn)化率
早在2010年中控太陽能成立之初，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)時在全球范圍內(nèi)尚無任何商業(yè)化熔鹽塔項目運行。在德令哈項目投運之前，全球范圍內(nèi)在運行的熔鹽塔式光熱電站僅2011年投運的西班牙GemaSolar電站，裝機19.9MW，以及2016年2月投運的美國新月沙丘電站，裝機110MW，這兩個項目的技術(shù)供應(yīng)方西班牙Sener和美國SolarReserve被認為是掌握熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)的兩大公司，但中國公司若要引入這項技術(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)。
是通過引入海外技術(shù)直接為我所用還是堅持自主創(chuàng)新？在國內(nèi)光熱發(fā)電行業(yè)，一直以來就存在對此問題的爭論，持不同觀點的公司也選擇了不同的策略路線，以中控太陽能為代表的部分企業(yè)選擇了堅持自主創(chuàng)新，金建祥認為，“真正核心的技術(shù)是買不來的，國外企業(yè)愿意跟你合作，其實是看上你的市場和廉價勞動力，最核心的技術(shù)是不可能給你的。”
中控太陽能選擇了自主創(chuàng)新，同時堅信最終必能獲得成功。這種自信源自中控在DCS領(lǐng)域成功打破國際公司壟斷這一成功案例。金建祥對CSPPLAZA記者表示，“當(dāng)年我們在DCS領(lǐng)域的競爭對手是霍尼韋爾、西門子、橫河這樣的國際巨頭，他們完全壟斷了國內(nèi)市場，中控最終成功打破了這種壟斷，并成為國內(nèi)最大的控制系統(tǒng)供應(yīng)商，對比來看，應(yīng)該說當(dāng)年在DCS領(lǐng)域的突破難度比今天我們在光熱發(fā)電領(lǐng)域更大?！?/p>
而今天的結(jié)果證明，中控太陽能已經(jīng)完全掌握了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術(shù)，實現(xiàn)了中國光熱發(fā)電行業(yè)的技術(shù)突破。
事實上，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到達到設(shè)計發(fā)電量分別設(shè)置了4年和1年的過渡期，就此問題，徐能表示，“我們只花了一天時間各項核心技術(shù)參數(shù)就達到了設(shè)計值，經(jīng)實測光電轉(zhuǎn)換效率比原DSG系統(tǒng)有所提高，我們有信心再通過3個月左右時間的優(yōu)化運營，電站就可以達到設(shè)計發(fā)電量?！?/p>
那么，對于10MW的中控太陽能德令哈項目和110MW的美國新月沙丘項目，其技術(shù)難度是否在同一級別？中控是否能夠證明也有能力開發(fā)更大規(guī)模的熔鹽塔式光熱發(fā)電項目？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，無非是采用的設(shè)備更大一些，鏡場聚光面積更大一些，使用的熔鹽量更多一些，需要投入更多的資金，僅此而已，只要我們認真面對，我認為不存在任何問題。其實國外公司大多也在10MW級別取得成功之后直接進行100MW級的大規(guī)模電站開發(fā)，至今并無失敗的案例，也說明規(guī)模大小并非核心問題?！?/p>
中控太陽能德令哈項目的另一特點是最大程度上實現(xiàn)了熔鹽塔式光熱電站裝備的高國產(chǎn)化率，除了熔鹽泵、熔鹽流量計與熔鹽液位計采用了進口產(chǎn)品外，其它裝備均實現(xiàn)了國產(chǎn)化，裝備國產(chǎn)化率達到95%以上。
徐能表示，“我們盡可能采用國產(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內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商。只有實現(xiàn)國產(chǎn)化，中國的光熱產(chǎn)業(yè)才有未來?！?/p>
徐能進一步表示，“很多關(guān)鍵設(shè)備在國內(nèi)都找不到有應(yīng)用業(yè)績的供應(yīng)商。為此，我們選擇在類似行業(yè)有一定經(jīng)驗并有較強制造能力的供應(yīng)商，與供應(yīng)商緊密合作，聯(lián)合設(shè)計、制造。通過這種方式，也為行業(yè)培養(yǎng)了一批國產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商。從目前的電站運行情況來看，國產(chǎn)設(shè)備的運行穩(wěn)定、可靠?！?/p>
在該電站成功投運的10余天后，9月1日，我國首批光熱發(fā)電示范項目的上網(wǎng)電價正式出臺，但要享受1.15元/kwh的電價政策，相關(guān)示范項目需于2018年12月31日前建成投產(chǎn)，不足28個月的建設(shè)時間，對國內(nèi)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。首座熔鹽塔光熱電站的成功投運，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，該熔鹽塔電站的成功投運也賦予了中國光熱發(fā)電未來更大的想象空間，熔鹽塔式光熱發(fā)電作為一項行業(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)，借力于中國的低成本制造和人力成本等優(yōu)勢，依托國產(chǎn)自主化技術(shù)，有望實現(xiàn)光熱發(fā)電成本的更快削減，并將為國產(chǎn)技術(shù)和裝備盡快走出國門創(chuàng)造無限可能。
