4月26日，2024第十一屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)在內(nèi)蒙古呼和浩特盛大召開，中國(guó)船舶重工集團(tuán)新能源有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱中船新能）梁釗晨出席會(huì)議，并作《光熱發(fā)電項(xiàng)目安全高效運(yùn)維策略探討》的主題演講。

圖：中國(guó)船舶重工集團(tuán)新能源有限責(zé)任公司區(qū)域總經(jīng)理梁釗晨

在本次演講中，梁釗晨主要對(duì)由中船新能設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)維的內(nèi)蒙古烏拉特中旗100MW/10小時(shí)儲(chǔ)能槽式光熱發(fā)電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱烏拉特中旗項(xiàng)目）進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

電站運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、發(fā)電指標(biāo)逐年創(chuàng)新高

作為目前內(nèi)蒙古唯一在運(yùn)的槽式光熱電站，烏拉特中旗項(xiàng)目不僅是2016年國(guó)家能源局確定的首批20個(gè)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目之一，同時(shí)也是目前國(guó)內(nèi)裝機(jī)最大、儲(chǔ)熱時(shí)間最長(zhǎng)的槽式光熱電站，項(xiàng)目設(shè)計(jì)年存光熱發(fā)電量是3.3億度電，等效3300小時(shí)。

圖：烏拉特中旗光熱電站

圖：項(xiàng)目里程碑節(jié)點(diǎn)

據(jù)梁釗晨介紹，基于中船新能對(duì)烏拉特中旗光熱發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)期間的高質(zhì)量控制，電站實(shí)現(xiàn)了第一年各項(xiàng)參數(shù)達(dá)標(biāo)，第二年超設(shè)計(jì)值，且運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、發(fā)電指標(biāo)逐年創(chuàng)新高。

如上圖所見，2021年4月，中船新能開創(chuàng)出分布式儲(chǔ)熱化鹽系統(tǒng)，全球首次利用集熱場(chǎng)與儲(chǔ)熱系統(tǒng)配合進(jìn)行化鹽，提前2個(gè)月投入儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行，在儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行半年的情況下，電站實(shí)現(xiàn)發(fā)電量2.293億kWh，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值；

2021年底—2022年初，項(xiàng)目公司組織對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢查性檢修項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了“提質(zhì)增效”改造工作，在系統(tǒng)停運(yùn)1個(gè)月的情況下，2022年發(fā)電量達(dá)到3.106億kWh，年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)4869.82小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目運(yùn)行的第二年各項(xiàng)指標(biāo)超設(shè)計(jì)值；

2023年，受極端天氣影響（沙塵、大雪），機(jī)組運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)減少，在太陽輻射強(qiáng)度（DNI累積值）同比上年減少3.89%的情況下，項(xiàng)目公司積極采取優(yōu)化電站運(yùn)行策略，推進(jìn)電站精細(xì)化調(diào)整等措施，保障機(jī)組應(yīng)發(fā)盡發(fā)，實(shí)現(xiàn)全年發(fā)電量3.25984億kWh，超純光熱發(fā)電量設(shè)計(jì)值556萬kWh，年平均光電效率達(dá)到14.86%，同比設(shè)計(jì)值（14.54%），提升2.2%。

在3年的運(yùn)維過程中，中船新能不斷積累運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，通過持續(xù)優(yōu)化運(yùn)行策略、升版操作規(guī)程、提升設(shè)備可靠性管理等措施，縮短了光熱電站運(yùn)維水平的爬坡期，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量屢創(chuàng)新高，持續(xù)領(lǐng)跑國(guó)內(nèi)光熱電站。

目前，烏拉特中旗光熱電站各系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，投運(yùn)至今連續(xù)安全運(yùn)行1200余天，系統(tǒng)投運(yùn)率100%；機(jī)組最高發(fā)電功率達(dá)105.54MW/h（設(shè)計(jì)值100MW/h）；單日最高發(fā)電量達(dá)到221.6萬千瓦時(shí)（設(shè)計(jì)值210萬千瓦時(shí)）；單月純光熱發(fā)電量達(dá)到5230萬千瓦時(shí)；完整年純光熱發(fā)電量約3.3億千瓦時(shí)（2022年4月-2023年3月）；年平均集熱場(chǎng)LOC利用率≥99.72%；年平均集熱場(chǎng)LOC投入率100%；機(jī)組年等效利用小時(shí)數(shù)達(dá)到3300小時(shí)。

上圖中，梁釗晨截取了6月1日—17日烏拉特中旗光熱電站的發(fā)電情況，由圖可見，2023年6月13日全天平均發(fā)電負(fù)荷達(dá)到了92.3MW。梁釗晨認(rèn)為，這不僅是基于中船新能的高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)要求，與其運(yùn)維團(tuán)隊(duì)也密不可分。

運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)不斷成熟，形成相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)200余項(xiàng)

光熱電站最核心的能量來源為“太陽輻射”，因此提高光熱資源利用率是衡量光熱電站運(yùn)維水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。梁釗晨指出，烏拉特中旗光熱發(fā)電項(xiàng)目自投運(yùn)以來，面對(duì)如何提高光資源利用率，遇到了來自外部（天氣狀況影響）和內(nèi)部（運(yùn)行調(diào)整策略）的各類困難。如：沙塵天氣、冬季低溫天氣造成集熱場(chǎng)鏡面反射率低；多云天氣運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性平衡、冬季槽式集熱器結(jié)霜對(duì)發(fā)電影響等。

梁釗晨還指出，由于集熱器反射鏡都是在戶外環(huán)境使用，我國(guó)中西部地區(qū)每年受到沙塵天氣侵?jǐn)_，集熱器鏡面容易沉積粉塵，一方面沙塵會(huì)降低反射鏡的反射率，導(dǎo)致接收的太陽輻射損失較多，另一方面沙塵中含有大量的鈣鎂氧化物，遇到雨、雪、結(jié)霜天氣后，若不及時(shí)清理會(huì)逐漸產(chǎn)生鈣鎂水垢，嚴(yán)重影響集熱場(chǎng)的光熱轉(zhuǎn)換效率和反射鏡使用壽命。因此，鏡面潔凈程度是影響光熱電站安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

圖：（中）沙塵暴過后的鏡面附著物，（右）清洗車正在清洗鏡面

除此之外，目前行業(yè)內(nèi)光熱電站大都面臨春季風(fēng)沙大、冬季低溫清洗結(jié)冰等清洗效率低的共性問題，若不及時(shí)清理則影響發(fā)電效率；若采取的清洗措施不合適會(huì)加速磨損反射鏡，為此，烏拉特光熱電站從清洗設(shè)備改進(jìn)、清洗策略優(yōu)化兩方面提高清洗效率的同時(shí)，也保障了設(shè)備最低的磨損率。2023年，烏拉特中旗光熱電站年平均反射率89.58%，因鏡面反射率提升，使年發(fā)電量提升約1800萬kWh。

圖：晴天運(yùn)行曲線

上圖反映了烏拉特中旗光熱電站一個(gè)典型晴天的運(yùn)行情況，其中紫色的拋物線為當(dāng)天DNI的曲線，藍(lán)色的曲線是汽輪機(jī)的發(fā)電曲線，黃色的曲線是鏡場(chǎng)導(dǎo)熱油的總?cè)萘俊?/p>

梁釗晨表示：“光照充足且無云的情況，調(diào)整不當(dāng)可能會(huì)造成集熱器局部超溫，也會(huì)造成棄光率較大（集熱器偏焦，熱量無法有效利用）。烏拉特中旗光熱電站針對(duì)此問題開展集熱場(chǎng)精細(xì)化調(diào)整專項(xiàng)研究分析（鏡場(chǎng)流量平衡、調(diào)整策略等），在保證集熱場(chǎng)LOC投入率最大化的同時(shí)，通過精細(xì)化調(diào)整策略既保證集熱場(chǎng)LOC不偏焦，又能保證較高的集熱場(chǎng)出油溫度且無超溫回路，同時(shí)防止了導(dǎo)熱油碳化，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，整體提高了機(jī)組效率，保證機(jī)組能夠連續(xù)高焓值發(fā)電?！?/p>

圖：多云天運(yùn)行曲線

如上圖所示，梁釗晨還展示了烏拉特中旗光熱電站多云天氣運(yùn)行曲線。他表示，紫色曲線為DNI值，變化較大，據(jù)運(yùn)維人員的判斷，多云天氣一般有兩種云層，一種是高空云，另一種則是中低空積云。

高空云通常并不會(huì)完全遮蔽陽光，太陽光透過云層仍有比較穩(wěn)定的DNI，本著多吸熱少棄光的原則，需要精確計(jì)算出與當(dāng)前DNI所匹配的集熱場(chǎng)流量，來保持較高的系統(tǒng)溫度（霧霾沙塵天氣調(diào)整方式類似）。

中低空積云通常會(huì)以一大塊、一大塊的形式懸于空中，途經(jīng)發(fā)電站上空會(huì)遮擋部分或全部集熱場(chǎng)，若不及時(shí)調(diào)整入云、出云時(shí)的集熱場(chǎng)流量、回路溫控和機(jī)組負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度迅速下降或升高，影響機(jī)組設(shè)備運(yùn)行安全，因此隨著DNI的變化及時(shí)調(diào)整集熱場(chǎng)流量，提前調(diào)整集熱場(chǎng)回路溫控及機(jī)組負(fù)荷等措施，對(duì)全面把控機(jī)組安全尤為重要。

除此之外，還有一種晴轉(zhuǎn)陰后轉(zhuǎn)晴的天氣，遇到晴轉(zhuǎn)陰天氣，不合理的系統(tǒng)運(yùn)行策略（集熱場(chǎng)與儲(chǔ)熱系統(tǒng)協(xié)調(diào)方式）會(huì)影響機(jī)組安全和連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，利用多系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合的運(yùn)行策略是保證機(jī)組應(yīng)對(duì)天氣變化的重要保障措施。

由于烏拉特中旗光熱電站是全球緯度最高的一個(gè)槽式光熱電站，基于烏拉特大草原的自然條件，電站存在冬季結(jié)霜問題。

梁釗晨表示，通過對(duì)反射鏡正反面抑制結(jié)霜材料研究、霜層行成與生長(zhǎng)機(jī)理分析、槽式反射鏡結(jié)霜過程熱平衡研究、化霜時(shí)間預(yù)測(cè)模型研究等，在2022年冬季，中船新能公司正式將結(jié)霜的問題攻克。他指出，通過抑制冬季槽式反射鏡結(jié)霜，保證集熱功率，一個(gè)冬季可直接挽回上千萬的發(fā)電經(jīng)濟(jì)損失。

隨著烏拉特中旗光熱發(fā)電項(xiàng)目3年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的不斷成熟，中船新能總結(jié)出了光熱電站運(yùn)行特性和維護(hù)規(guī)律，形成相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)200余項(xiàng)，已經(jīng)申請(qǐng)專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)近百項(xiàng)，能夠保障機(jī)組在不同工況下的安全、穩(wěn)定高效運(yùn)行。

圖：中船新能部分運(yùn)維技術(shù)成果

梁釗晨在總結(jié)中表示，中船新能通過示范項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行，目前已經(jīng)掌握了槽式光熱設(shè)備、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等項(xiàng)目全周期的關(guān)鍵技術(shù)，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)具有水、電、汽、氣等公用系統(tǒng)，并預(yù)留500畝試驗(yàn)場(chǎng)，烏拉特中旗槽式光熱電站，可以為大家提供裝備研制、系統(tǒng)優(yōu)化、運(yùn)維優(yōu)化的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。

此外，目前烏拉特光熱電站廠區(qū)已建成新型槽式集熱器（大槽），以及耦合電站回?zé)岢槠到y(tǒng)，也可為未來光熱電站發(fā)展供暖、供熱水領(lǐng)域提供試驗(yàn)平臺(tái)。