中國儲能網(wǎng)訊：目前由山東電建三公司建設的摩洛哥努奧二期200MW槽式與三期150MW塔式光熱電站已實現(xiàn)穩(wěn)定的滿負荷運行，累計向摩洛哥電網(wǎng)輸送了數(shù)億度電；由上海電氣總承包的迪拜950MW光熱光伏混合電站中，包括3個200MW槽式電站和1個100MW塔式電站。項目方將槽式和塔式兩種太陽能熱發(fā)電技術路線充分結合，發(fā)揮各自優(yōu)勢。內蒙古電力勘測設計院有限責任公司（簡稱內蒙院）是迪拜太陽能熱發(fā)電項目的技術咨詢服務方，首次在國際太陽能光熱發(fā)電項目中展示了其扎實的技術能力與優(yōu)質的服務水平。內蒙院發(fā)電事業(yè)部工程師喬木森近期對槽式和塔式兩種太陽能熱發(fā)電技術的經(jīng)濟性進行了對比分析，特整理如下，以供參考。
一、光熱電站的技術路線
從現(xiàn)有光熱電站現(xiàn)有裝機容量來看，目前槽式光熱項目占比較大，同時槽式光熱項目起步較早，最為成熟，約占CSP總裝機的80%以上，且美國加州SEGS電站已有全生命周期運行的機組，成為槽式安全可靠運行的一個最佳案例。
雖然現(xiàn)在世界在運行光熱電站中槽式占比遠遠大于其他技術，但從現(xiàn)有光熱電站的商業(yè)化發(fā)展規(guī)模綜合判斷，未來塔式光熱發(fā)電技術可能是光熱發(fā)電的主要技術方向。根據(jù)太陽能采集方式分類，太陽能熱發(fā)電主要分為拋物槽式熱發(fā)電、塔式熱發(fā)電、碟式熱發(fā)電和線性菲涅爾熱發(fā)電技術。本文就槽式與塔式光熱發(fā)電技術的經(jīng)濟性進行論證分析。
二、各種技術方案對比基礎
結合本工程地理廠址條件、廠址處典型年光資源情況等，分析對比了導熱油槽式、熔鹽槽式以及熔鹽塔式電站等不同方案下的技術經(jīng)濟指標。
假定新建100MW太陽能光熱發(fā)電機組，廠址位于甘肅省某地。屬于光資源一類地區(qū)。
光熱電站成本構成主要由集熱系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、土地成本等組成，另外還有EPC等項目管理成本。在機組容量確定前提下，各組成部分在總靜態(tài)投資的占比主要通過太陽倍數(shù)（主要反映集熱系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng)規(guī)模以及土地成本等），儲能小時數(shù)（主要反應儲能系統(tǒng)規(guī)模）等反映，各分系統(tǒng)配置不同會導致不同的平準化度電成本（LCOE）。
通過收集分析國內外光熱產業(yè)成本信息，形成了下表所示各種技術路線參考成本模型系數(shù)表。其中熔鹽塔式電站塔高成本與高度為指數(shù)函數(shù)關系，吸熱器成本也與吸熱器表面積為指數(shù)函數(shù)關系，表中未列出，兩者成本模型在計算過程中均已考慮。
表1 各種技術路線參考成本模型系數(shù)
表2 各技術路線在參考成本模型下計算結果表
注：以上分析只是不考慮靜態(tài)投資規(guī)模前提下理論追逐低LCOE結果，實際工程方案還應考慮靜態(tài)投資規(guī)模以及各技術路線優(yōu)缺點，實際運行情況等其他因素。一味追求低LCOE風險很高，應在現(xiàn)有技術能夠順利實現(xiàn)前提下以較小投資增幅實現(xiàn)較大LCOE降幅為目標，進一步優(yōu)化各路線技術方案，相關分析見后續(xù)分析。
三、槽式光熱電站技術經(jīng)濟論證
槽式光熱發(fā)電現(xiàn)今提出的技術路線主要有導熱油槽式光熱電站和熔鹽槽式光熱電站，上述所指導熱油為世界現(xiàn)有商業(yè)電站應用最廣的聯(lián)苯-聯(lián)苯醚低共熔混合物，主要產品有首諾的VP-1和陶氏的DowthermA，下面簡稱：導熱油。
在國內也有把傳統(tǒng)傳熱介質更換為有機硅（下面簡稱：硅油）導熱油的案例，本章節(jié)也針對此進行技術經(jīng)濟性論證。
1、1×100MW槽式導熱油光熱發(fā)電技術方案
在本項目站址地規(guī)劃場地及參考光資源情況下，利用SAM軟件對該地建設一臺100MW導熱油槽式光熱發(fā)電站進行模擬。
可以從圖紙中找到相應的LCOE最低點，此時太陽倍數(shù)為3.6（對應集熱場UT槽回路數(shù)為240，反射面積為164.4萬m2），儲能小時數(shù)為11.5h。此時靜態(tài)投資約為38.1（參考數(shù)據(jù)）億元。
因此須在投資增幅和LCOE降幅之間找到一個合理的平衡點，爭取用增加較小的靜態(tài)投資換取LCOE的較大降幅。
模擬結果三維圖示如下圖所示。
圖：100MW導熱油槽式電站LCOE在不同儲能小時下隨太陽倍數(shù)變化曲線
可以看出太陽倍數(shù)在2.5-3之間LCOE降低速率較大，并且此時的參考成本模型較穩(wěn)定，有利于分析結果，因此選取太陽倍數(shù)2.7（集熱場UT槽式： 回路數(shù)為180，反射面積約為123.3萬m2）較為合理。
且根據(jù)前述分析，在太陽倍數(shù)為3.6時，LCOE出現(xiàn)最小值，因此繪制太陽倍數(shù)為3.6時，LCOE隨儲能小時數(shù)的變化曲線，如下圖所示。
圖：100MW導熱油槽式電站SM=3.6 時LCOE隨儲能小時數(shù)的變化曲線
由圖可知，當儲能小時為8-10h時LCOE下降速率出現(xiàn)轉折，是曲線導數(shù)的拐點位置。因此，將儲能小時設置為8-10h是合理的。
儲能小時數(shù)定為9h后，從圖中可以看出將太陽倍數(shù)定為2.7較為合理， 其接近LCOE下降速率轉折點，以較小靜態(tài)投資能實現(xiàn)較大LCOE降幅。
因此1×100MW導熱油槽式方案方案確定鏡場太陽倍數(shù)為2.7，對應的集熱場UT槽回路數(shù)為180個，反射面積為123.3萬m2，儲能小時為9h，對應的儲能容量為2289MWht。
2、2×50MW槽式導熱油光熱發(fā)電技術方案
2個50MW槽式電站相鄰配置完全一致，以下方案描述主要敘述單臺50MW 機組配置，2個50MW槽式電站配置即為1個槽式電站數(shù)量的2倍。
2×50MW導熱油槽式方案確定鏡場太陽倍數(shù)為2.6，集熱場ET槽回路數(shù)為191個，反射面積為62.5萬m2，儲能小時為9h，對應的儲能容量為1168MWht。
3、硅油槽式光熱電站技術經(jīng)濟論證
硅油傳熱介質高溫性能穩(wěn)定、運行溫度區(qū)間寬（-40℃～425℃），因此硅油介質的使用將會提高汽輪機效率、降低儲熱成本、降低導熱油防凝系統(tǒng)成本，簡化導熱油凈化系統(tǒng)。
SAM模型建立基礎：根據(jù)現(xiàn)有資料分析，硅油為傳熱介質的槽式光熱系統(tǒng)中，系統(tǒng)省去了防凝裝置、簡化了傳熱介質凈化系統(tǒng)、傳熱介質伴熱電纜等，同時較大的溫差也可使的熔鹽儲熱介質量變小，減少儲罐成本。硅油為傳熱介質的槽式系統(tǒng)其他方面幾乎與傳統(tǒng)導熱油介質槽式技術基本相同。
由以上分析建立硅油槽式電站模型，裝機規(guī)模定為100MW。采用與100MW傳統(tǒng)導熱油槽式技術相同的集熱系統(tǒng)。集熱器主要采用現(xiàn)今應用于商業(yè)化電站的UT槽（也稱終極槽）方案，真空集熱管采用90管，模型運行結果如下圖所示。
1×100MW硅油槽式方案確定鏡場太陽倍數(shù)為2.7，對應的集熱場UT槽回路數(shù)為180個，反射面積為123.3萬m2，儲能小時為9.5h，對應的儲能容量為2374MWht。
4、熔鹽槽式光熱電站技術經(jīng)濟論證
工業(yè)上廣泛應用的熔鹽為硝酸熔鹽，其主要特點體現(xiàn)在：熱容量大、較低的粘度以及化學穩(wěn)定性。二元鹽是現(xiàn)今光熱電站唯一商業(yè)化的傳熱介質。以下關于熔鹽槽式光熱電站的論述，傳熱儲熱介質采用二元鹽進行分析。
1）1×100MW熔鹽槽式光熱發(fā)電技術方案
1×100MW熔鹽槽式方案確定鏡場太陽倍數(shù)為3，對應的集熱場UT槽回路數(shù)為182個，反射面積為124.7萬m2，儲能小時為13h，對應的儲能容量為2962MWht。
根據(jù)以上5種方案優(yōu)化結果，列各個方案最優(yōu)化結果如下表所示，主要方案包括：1×100MW導熱油槽式，2×50MW導熱油槽式，1×100MW硅油槽式，1×100MW熔鹽槽式，2×50MW熔鹽槽式。
表3 槽式方案配置及技術經(jīng)濟對比
四、塔式光熱電站技術經(jīng)濟論證
對于塔式技術方案，前文已列舉了在現(xiàn)有市場塔式各設備成本的基礎上優(yōu)化到的最優(yōu)塔式配置，此時定日鏡場面積為133.9萬m2，儲能小時為13h，儲熱容量為2962MWht，此時根據(jù)參考DNI，塔式電站的上網(wǎng)電量為約為3.53億kWh/a，靜態(tài)投資約為32.24億元，其定日鏡場布置如下圖所示。
同時縱向對比100MW光熱電站最優(yōu)化配置下的LCOE，熔鹽塔式電站由于其較好的系統(tǒng)效率，其LCOE是技術方案中最優(yōu)的方案。
塔式優(yōu)化過程不同于槽式，其鏡場布置受設計點DNI選擇的影響較大，不同的設計點DNI下布置鏡場具有不同定日鏡數(shù)量及定日鏡定位。本次槽式和塔式技術路線對比分析當中為了簡化過程，暫按較為常見96.3m2定日鏡和常見535MW圓柱形吸熱器進行對比，待下一步可單獨比選塔式定日鏡規(guī)格和吸熱器。
繪制不同設計點DNI值下鏡場如下圖所示。
繪制了設計點DNI從630～900W/m2，間隔為10W/m2的定日鏡場布置圖：
表4 不同設計點DNI值下熔鹽塔式各方案技術經(jīng)濟參數(shù)
圖：100MW熔鹽塔式電站設計點DNI=780W/m2時LCOE隨儲能變化曲線
表5 本項目槽式與塔式方案對比
結論：儲能小時為12h時，具有最優(yōu)的LCOE值，因此，確定參比100MW熔鹽塔式電站方案的設計點DNI為780W/m2，儲能小時為12h。
五、影響光熱電站正常運行因素分析
表6 不同地區(qū)光資源法向直接輻射波動頻次出現(xiàn)大數(shù)統(tǒng)計
（1）氣溫影響分析
（2）沙塵影響分析
（3）風速影響分析
（4）DNI波動影響分析
（5）地形坡度影響分析
（6）其他因素影響分析：①輔助燃料供應 ②安全性防火 ③進口件
綜上所述，太陽能熱發(fā)電槽式塔式技術各有優(yōu)勢，選擇什么樣的技術路線，還需因地制宜，因地施策。但國際上成功案例已經(jīng)表明將槽式和塔式兩種太陽能熱發(fā)電技術路線充分結合的可行性。
