1、国家能源局关于印发太阳能发电发展“十二五”规划的通知(国能新能[2012]194号)——推动光热进入实质性发展阶段;
5、国家能源局关于组织太阳能热发电示范项目建设的通知国能新能〔2015〕355号——开展示范项目的投标工作;
DNI年法向直接辐射量(kwh/m2.a);
3、反光镜
图7反射镜结构图
表5反射镜技术参数参考表
4、吸热传热介质(导热油)
其特性主要有:工作温度高;热稳定性强;传热性佳;热传递损失小;低蒸汽压;低凝固点;材料相容性好;经济性好。
表6吸热传热介质(导热油)技术参数参考表
5、蒸汽发生装置
(1)蒸汽发生系统主要由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器组成。
(2)单套系统具有管系简单、设备占地小、阀门少、运行调节简单等特点。
(3)而两套系统具有低负荷调节性能强的特点,但整体占地较大。
表7蒸汽发生装置参数参考表
6、储热方式
太阳能储热主要有三种形式:A.显热储热B.潜热储热C.化学反应储热。
储热材料应满足以下要求:
储热密度大;稳定性好;无毒、无腐蚀、不易燃易爆,且价格低廉;导热系数大,能量可以及时地储存或取出;不同状态间转化时,材料体积变化要小;合适的使用温度。
7、汽轮发电机组容量和型式
合理选择机组容量:
(1)单机容量的增大,有利于降低工程单位造价,但需要技术成熟度作为支撑,同时,还要考虑储热系统的容量和机组的整体经济性。
(2)对于槽式电站,集热场规模增大,传热介质的流动距离更长,阻力也将更大,会使厂用电消耗增加。
(3)机组容量应综合技术成熟度、储热系统容量和机组的整体经济性进行多方案比选后确定。
汽轮机型式的主要特点有:启动迅速、频繁启停、高效可靠,应具有快速响应进汽参数变化及低负荷连续运行的能力。其型式有:高温高压或中温高压、一次中间再热、双缸、双轴、双转速(高压缸转速6000rpm,低压缸转速3000rpm)、凝汽式汽轮机。额定功率背压:在缺水地区,采用空冷机组。为提高机组全年运行的经济性,建议按照额定背压(冷却介质全年平均计算温度对应的背压)作为汽轮机额定功率背压。
图8槽式太阳能热电项目汽轮发电机组外形图
与常规火电机组的不同点是:
(1)发电机布置在高压缸与低压缸之间,高压缸通过变速箱与发电机连接。高低压缸可单独运行也可以联合运行;
(2)采用再热设计可显著提高汽轮发电机组效率,最高效率可达40%以上;
(3)可长时间低负荷运行(20%负荷),冷态启动时间仅需1~2小时(0%~100%负荷),温态启动时间仅需20~30分钟(0%~100%负荷)。
8、主变压器选择
(1)主变压器容量应按照发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后,留有10%的裕度。
(2)主变压器额定电压根据发电机出口电压,以及并网电压选择。
(3)主变主要技术参数注意事项请见表8(数据为参考值)。
表8主变主要技术参数表
9、导体选型
导体及设备选择遵照《导体和电器选择设计技术规定》DL/T5222-2005,并考虑以下特殊条件。
(1)项目所在区域室内外环境温度。
(2)当地的污秽等级。
(3)敷设方式。
(4)直埋式要考虑土壤腐蚀度和地下水位。
(5)地震裂度,地震加速度值等。
(6)导体及电气设备均根据海拔高度选择,并做修正。
(三)土建工程
光热电站选址应根据国家可再生能源中长期发展规划、地区自然条件、太阳能资源、交通运输、接入系统、地区经济发展规划、其它设施等因素全面考虑,综合规划。选址过程中应考虑以下因素:①不宜占用耕地。②光照时间长,提高发电量。③地势高差小,减少土石方工程量(场地平整度要求严格)。④应避开严重污染区、地质灾害易发区、气候灾害严重区、影响人类居住或受人类活动影响区。⑤水资源相对丰富(100MW-17.6万吨)。
总平面布置原则:
1、满足各场地和设施功能要求,为生产过程创造有利条件。
2、符合当地规划要求。
3、充分利用占地,紧凑布置总平面。节省投资,加快本期建设的进度。
4、尽量缩短运输距离和管线长度。
5、利用风向减少相互干扰,改善环境。
6、满足各种防护距离的要求。
表9太阳能热发电站选址一般性条件
建筑物主要类型有汽机房、化学水处理站、换热站、综合水泵房、补给水泵房、生活污水处理站、办公楼、HTF泵房、启动与防凝锅炉房、空冷配电间、原水预处理。
建筑物布置原则:厂区内建筑物的布置在结合厂区的总体规划、满足生产工艺要求及方便管理的前提下,尽可能创造较好的工作环境。除办公楼用于人员生活外,其他建筑均用于生产,故最好都采用单层结构。建筑材料尽量就地取材,节约成本。
在查明场区地质条件的情况下,需对场区内构筑物进行结构设计。主要包括:
1、集热区:槽式集热阵列基础及结构设计。
2、储热区:事故油坑、HTF溢流罐、HTF膨胀箱、HTF泵房、熔盐储热罐、导热油熔盐换热器和熔盐熔化炉(熔盐初始融化系统)等基础及结构设计。
3、发电区:空冷平台、换热站、架构和设备支架等。
(四)安装工程
1、场地平整:对场区平整度要求较高,土方量较大,应结合地形,合理布局,在满足要求的前提下做到减少土方工程量,降低造价。
2、防洪防涝:场区占地面积较大,大雨天容易积水形成冲涮和洪涝,应做好排水措施。
3、施工难度:高海拔,温度低,要考虑工程防冻及冬季施工要求。
4、水资源:高海拔地区,水资源不足,需要提前做好相关准备,若条件允许,尽量使用地表水资源及处理后的污水。
5、占地面积:占地面积与太阳直接辐射强度、机组容量、聚光集热方式和储热系统容量等均有关系,故申请用地面积前,一定要根据收集到的基础数据进行计算分析确定。
6、安装:安装精度会影响聚光镜跟踪的命中率和精准度,从而影响发电量,需要严格控制。
占地面积包括:
a、集热场安装施工区(安装车间和仓库)
b、换热安装施工区
c、汽机机力塔安装施工区(汽机施工区和机力塔施工区)
d、其它安装区(电气施工区、设备堆放区、修配铆焊区、机械站区)
e、土建施工区(钢筋加工、混凝土搅拌站、木工模板区)
f、辅助生产及施工管理区(施工管理区和仓库)、宿舍及其它生活设施占地等。
g、100MW工程占地面积约4.50hm2,其中施工区用地3.7hm2,施工生活区占地0.8hm2
四、光热电站经济性分析
(一)投资
1、测算基本条件
以槽式光热项目为例,其各类投资投产比例见图9所示
图9槽式光热项目静态投资投产比例图
表10主辅生产工程投资构成与占比分析(槽式)
(二)经济性分析
1、基本收益情况
(1)测算条件
槽式100MW光热项目,储能7小时,运行25年,建设期2年,投资按前述测算投资。电价按1.15元/kW(示范项目电价),年发电量暂按3000h;
年耗水量15×104t,水价3元/t,发电场用电率10%,发电标准气耗0.015Nm3/kWh,气价2元/Nm3,外购电量2700MWh,工业电价0.75元/kWh;材料费8元/MWh;其他费用12元/MWh;
资本金20%,80%的银行贷款,长期贷款利率4.90%;
(2)收益情况
表11测算投资收益汇总表
(3)敏感性分析
表12测算敏感性分析表
图10敏感性图
从图10中可以看出,收益对电价最为敏感,其次是投资,再次是利率。
2、投资变化的影响
表13主要成本构成表
各设备随着降价幅度的不同,都收益的影响也不同,但随着技术进步和创新,设备价格的持续下降,在现有电价条件下,光热电站是可以实现8-10%的收益率。
表14主要设备成本变化对应收益及相当的电价变化表
3、发电量变化的影响
发电量增长和降低的变化趋势有所不同,下降时都收益影响会大一些。发电量每变化100h,资本金内部收益率约调整1.2%,相当于电价调整0.042元/kWh。详见表13
表15发电量变化对收益和相当的电价变化表
4、预期电价的调整趋势
在2020年电价降到0.75元/kWh,下降幅度为34.78%;
成本下降到15000元/kW左右,下降幅度约为40%。
图11数据来源于《中国太阳能发展路线图》
2020年电价0.75元/kWh,仍以发电量3000h,厂用电率10%,2700h进行测算,以资本金税后IRR8%对投资进行测算:
投资下降37%,财务内部收益率可达到8%,下降41%资本金税后IRR可达到10%。具体见表所示
表16电价变化后的收益变化分析
我国常规能源储采比远低于世界平均水平,目前已成为世界第一大能源消费国、原煤进口国、电力装机国,原油和天然气对外依存度高达60%和30%,中国大范围持续雾霾等大气污染已成为“心肺大患”。
光热的发展未来并非一条阳光坦途,从技术研发、方案设计、设备制造、到系统集成、运营维护,需要整个行业,全产业链齐心协力共同努力,十三五是光热发展的关键时期!