中船新能梁钊晨:光热发电项目安全高效运维策略探讨
发布者:Catherine | 来源:CSPPLAZA光热发电平台 | 0评论 | 327查看 | 2024-06-30 09:40:52    

4月26日,2024第十一届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会在内蒙古呼和浩特盛大召开,中国船舶重工集团新能源有限责任公司(简称中船新能)梁钊晨出席会议,并作《光热发电项目安全高效运维策略探讨》的主题演讲。


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图:中国船舶重工集团新能源有限责任公司区域总经理梁钊晨


在本次演讲中,梁钊晨主要对由中船新能设计、建设、调试和运维的内蒙古乌拉特中旗100MW/10小时储能槽式光热发电项目(以下简称乌拉特中旗项目)进行了详细介绍。


电站运行时长、发电指标逐年创新高


作为目前内蒙古唯一在运的槽式光热电站,乌拉特中旗项目不仅是2016年国家能源局确定的首批20个太阳能热发电示范项目之一,同时也是目前国内装机最大、储热时间最长的槽式光热电站,项目设计年存光热发电量是3.3亿度电,等效3300小时。


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图:乌拉特中旗光热电站


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图:项目里程碑节点


据梁钊晨介绍,基于中船新能对乌拉特中旗光热发电项目建设期间的高质量控制,电站实现了第一年各项参数达标,第二年超设计值,且运行时长、发电指标逐年创新高。


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如上图所见,2021年4月,中船新能开创出分布式储热化盐系统,全球首次利用集热场与储热系统配合进行化盐,提前2个月投入储热系统运行,在储热系统运行半年的情况下,电站实现发电量2.293亿kWh,各项参数指标均达到设计值;


2021年底—2022年初,项目公司组织对机组进行检查性检修项目,同时对相关系统进行了“提质增效”改造工作,在系统停运1个月的情况下,2022年发电量达到3.106亿kWh,年运行时长4869.82小时,实现了项目运行的第二年各项指标超设计值;


2023年,受极端天气影响(沙尘、大雪),机组运行时长减少,在太阳辐射强度(DNI累积值)同比上年减少3.89%的情况下,项目公司积极采取优化电站运行策略,推进电站精细化调整等措施,保障机组应发尽发,实现全年发电量3.25984亿kWh,超纯光热发电量设计值556万kWh,年平均光电效率达到14.86%,同比设计值(14.54%),提升2.2%。


在3年的运维过程中,中船新能不断积累运维经验,通过持续优化运行策略、升版操作规程、提升设备可靠性管理等措施,缩短了光热电站运维水平的爬坡期,实现发电量屡创新高,持续领跑国内光热电站。


目前,乌拉特中旗光热电站各系统运行稳定,投运至今连续安全运行1200余天,系统投运率100%;机组最高发电功率达105.54MW/h(设计值100MW/h);单日最高发电量达到221.6万千瓦时(设计值210万千瓦时);单月纯光热发电量达到5230万千瓦时;完整年纯光热发电量约3.3亿千瓦时(2022年4月-2023年3月);年平均集热场LOC利用率≥99.72%;年平均集热场LOC投入率100%;机组年等效利用小时数达到3300小时。


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上图中,梁钊晨截取了6月1日—17日乌拉特中旗光热电站的发电情况,由图可见,2023年6月13日全天平均发电负荷达到了92.3MW。梁钊晨认为,这不仅是基于中船新能的高质量、高标准的建设要求,与其运维团队也密不可分。


运维经验不断成熟,形成相关企业标准200余项


光热电站最核心的能量来源为“太阳辐射”,因此提高光热资源利用率是衡量光热电站运维水平的一项重要指标。梁钊晨指出,乌拉特中旗光热发电项目自投运以来,面对如何提高光资源利用率,遇到了来自外部(天气状况影响)和内部(运行调整策略)的各类困难。如:沙尘天气、冬季低温天气造成集热场镜面反射率低;多云天气运行的安全性与经济性平衡、冬季槽式集热器结霜对发电影响等。


梁钊晨还指出,由于集热器反射镜都是在户外环境使用,我国中西部地区每年受到沙尘天气侵扰,集热器镜面容易沉积粉尘,一方面沙尘会降低反射镜的反射率,导致接收的太阳辐射损失较多,另一方面沙尘中含有大量的钙镁氧化物,遇到雨、雪、结霜天气后,若不及时清理会逐渐产生钙镁水垢,严重影响集热场的光热转换效率和反射镜使用寿命。因此,镜面洁净程度是影响光热电站安全、高效运行的关键因素。


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图:(中)沙尘暴过后的镜面附着物,(右)清洗车正在清洗镜面


除此之外,目前行业内光热电站大都面临春季风沙大、冬季低温清洗结冰等清洗效率低的共性问题,若不及时清理则影响发电效率;若采取的清洗措施不合适会加速磨损反射镜,为此,乌拉特光热电站从清洗设备改进、清洗策略优化两方面提高清洗效率的同时,也保障了设备最低的磨损率。2023年,乌拉特中旗光热电站年平均反射率89.58%,因镜面反射率提升,使年发电量提升约1800万kWh。


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图:晴天运行曲线


上图反映了乌拉特中旗光热电站一个典型晴天的运行情况,其中紫色的抛物线为当天DNI的曲线,蓝色的曲线是汽轮机的发电曲线,黄色的曲线是镜场导热油的总容量。


梁钊晨表示:“光照充足且无云的情况,调整不当可能会造成集热器局部超温,也会造成弃光率较大(集热器偏焦,热量无法有效利用)。乌拉特中旗光热电站针对此问题开展集热场精细化调整专项研究分析(镜场流量平衡、调整策略等),在保证集热场LOC投入率最大化的同时,通过精细化调整策略既保证集热场LOC不偏焦,又能保证较高的集热场出油温度且无超温回路,同时防止了导热油碳化,提高了机组的经济性,整体提高了机组效率,保证机组能够连续高焓值发电。”


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图:多云天运行曲线


如上图所示,梁钊晨还展示了乌拉特中旗光热电站多云天气运行曲线。他表示,紫色曲线为DNI值,变化较大,据运维人员的判断,多云天气一般有两种云层,一种是高空云,另一种则是中低空积云。


高空云通常并不会完全遮蔽阳光,太阳光透过云层仍有比较稳定的DNI,本着多吸热少弃光的原则,需要精确计算出与当前DNI所匹配的集热场流量,来保持较高的系统温度(雾霾沙尘天气调整方式类似)。


中低空积云通常会以一大块、一大块的形式悬于空中,途经发电站上空会遮挡部分或全部集热场,若不及时调整入云、出云时的集热场流量、回路温控和机组负荷,会导致系统温度迅速下降或升高,影响机组设备运行安全,因此随着DNI的变化及时调整集热场流量,提前调整集热场回路温控及机组负荷等措施,对全面把控机组安全尤为重要。


除此之外,还有一种晴转阴后转晴的天气,遇到晴转阴天气,不合理的系统运行策略(集热场与储热系统协调方式)会影响机组安全和连续稳定运行。因此,利用多系统协调配合的运行策略是保证机组应对天气变化的重要保障措施。


由于乌拉特中旗光热电站是全球纬度最高的一个槽式光热电站,基于乌拉特大草原的自然条件,电站存在冬季结霜问题。


梁钊晨表示,通过对反射镜正反面抑制结霜材料研究、霜层行成与生长机理分析、槽式反射镜结霜过程热平衡研究、化霜时间预测模型研究等,在2022年冬季,中船新能公司正式将结霜的问题攻克。他指出,通过抑制冬季槽式反射镜结霜,保证集热功率,一个冬季可直接挽回上千万的发电经济损失。


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随着乌拉特中旗光热发电项目3年运维经验的不断成熟,中船新能总结出了光热电站运行特性和维护规律,形成相关企业标准200余项,已经申请专利等知识产权近百项,能够保障机组在不同工况下的安全、稳定高效运行。


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图:中船新能部分运维技术成果


梁钊晨在总结中表示,中船新能通过示范项目建设和运行,目前已经掌握了槽式光热设备、设计、施工、调试、运行、维护等项目全周期的关键技术,项目现场具有水、电、汽、气等公用系统,并预留500亩试验场,乌拉特中旗槽式光热电站,可以为大家提供装备研制、系统优化、运维优化的试验验证平台。


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此外,目前乌拉特光热电站厂区已建成新型槽式集热器(大槽),以及耦合电站回热抽汽系统,也可为未来光热电站发展供暖、供热水领域提供试验平台。

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