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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(jìn)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(dòng)一臺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)在中國特殊自然氣候環(huán)境下運(yùn)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(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，滿功率輸出是沒有任何問題的?！敝锌靥柲芄靖笨偛眯炷苋缡潜硎?。
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)備采購工作，2015年中期開始鏡場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(qiáng)，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(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)行沒有發(fā)現(xiàn)問題，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(dá)到了設(shè)計(jì)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(dòng)全流程發(fā)電運(yùn)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(xiàng)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(shí)的心情，“很難用一句話來表達(dá)，在整個(gè)調(diào)試過程中沒有出現(xiàn)大的問題，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(yàn)平臺，在這個(gè)平臺上對塔式熔鹽系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了長時(shí)間、系統(tǒng)性的試驗(yàn)，對運(yùn)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(jìn)行了深入研究，并對各種應(yīng)對策略進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證，對各項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備的性能進(jìn)行了詳盡的測試與改進(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)?！闭腔谶@些細(xì)瑣、扎實(shí)的基礎(chǔ)性工作，才有了項(xiàng)目實(shí)施過程的“如此順利”。
事實(shí)上，在“沒有想到”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，每天只能睡三四個(gè)小時(shí)，睡不著，精神壓力很大?！边@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)好覺了。”
100%純太陽能發(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)電為中控帶來了諸多聲譽(yù)，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(gè)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(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：“其實(shí)國外不少光熱電站也是采用天然氣補(bǔ)燃的，一般不超過總能量的15%，我們補(bǔ)燃量設(shè)計(jì)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(shí)際上這個(gè)問題不是我們關(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)先解決鏡場聚光控制問題，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(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。”有業(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(qiáng)調(diào)：“其實(shí)，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(diǎn)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(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對記者說，“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號塔輸出的飽和蒸汽過熱為510℃的過熱蒸汽?！?/p>
中控德令哈電站共建有1號和2號兩個(gè)塔，中控此次主要對1號塔進(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(gè)獨(dú)立的熔鹽塔式光熱電站運(yùn)行。2號塔在太陽島方面未做改動(dòng)，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(shí)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(shí)在全球范圍內(nèi)尚無任何商業(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(diǎn)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(jiān)持自主創(chuàng)新，金建祥認(rèn)為，“真正核心的技術(shù)是買不來的，國外企業(yè)愿意跟你合作，其實(shí)是看上你的市場和廉價(jià)勞動(dòng)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(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(shí)現(xiàn)了中國光熱發(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年的過渡期，就此問題，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(gè)月左右時(shí)間的優(yōu)化運(yùn)營，電站就可以達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量。”
那么，對于10MW的中控太陽能德令哈項(xiàng)目和110MW的美國新月沙丘項(xiàng)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(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(rèn)真面對，我認(rèn)為不存在任何問題。其實(shí)國外公司大多也在10MW級別取得成功之后直接進(jìn)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(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)了國產(chǎn)化，裝備國產(chǎn)化率達(dá)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(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，中國的光熱產(chǎn)業(yè)才有未來?！?/p>
徐能進(jìn)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(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(yùn)行情況來看，國產(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，我國首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)正式出臺，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，對國內(nèi)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)無疑是一個(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(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(shí)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。
