100MW光热电站不同技术方案综合对比分析

100MW光热电站不同技术方案综合对比分析

王小朋

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

摘要：近年来，随着波动性光伏和风电大规模建设并网，导致电网的主动支撑能力不足，进而对新能源高质量、高标准发展提出了新的要求。国家相继出台政策支持光热储能电站规模化发展，光热储能技术已呈现高参数、高效率、大容量的发展趋势。本文以新疆某100MW工程项目不同光热储能建设方案为例，综合对比塔式熔盐光热、槽式导热油光热（解耦型）两种型式储能技术方案，研究结果表明：塔式熔盐光热方案在系统效率、初投资、占地面积、安全可靠性、运维等方面具有显著的优势。

关键词：新型储能；技术方案；系统效率；初投资

引言

光伏和风电具有波动性、短时性、瞬时性的特点，为保证电网安全可靠运行，光热储能技术应运而生。光热储能电站能够配置大容量、低成本、安全性高的储热系统，使得机组能够实现不停机连续稳定运行，是未来保障光伏、风电大规模发展的储能技术。充分发挥光热储能电站灵活性的特性，能够实现光热与光伏、风电联动开发的目的，提升区域能源消纳水平，促进风光热大基地模式的可持续发展[1,2]。

光热发电不同于其它波动性电源，由于设有中间储热系统，在电力系统遭受故障扰动时，光热电站能够像传统火电机组向电力系统提供必要的转动惯量、一次调频及电压支撑，有效提高系统安全稳定水平，是一种电网友好型电源，更是大容量直流远距离输送电能的基础支撑[3]。大规模发展光热发电能够分阶段替代传统火电等高能耗电源，作为多种能源型式的入网调节手段。

1. 方案简介

新疆某100MW光热储能电站额定功率为100MW，为提升项目建设经济性、可靠性，对塔式熔盐光热、槽式导热油光热（解耦型）两种型式储能建设方案作了综合性对比分析。

1.1 塔式熔盐光热电站工作原理

塔式熔盐光热电站主要包括聚光集热、储换热、汽轮发电机及空冷系统等主要部分。本项目镜场采光面积为53万m2，中央留有圆形可利用区域，设置三条主通道，三条通道间夹角为120°，通道宽6m。

塔式熔盐光热电站运行原理为：定日镜以吸热塔为中心呈圆周分布，吸收太阳光后将其反射聚集到吸热塔顶部的吸热器吸热管上，加热由冷盐泵输送至吸热器的低温熔盐成为高温熔盐，高温熔盐进入高温熔盐罐进行储存，高温熔盐进入换热系统与水换热产生水蒸气冷却成为低温熔盐，再循环至吸热器被加热。换热系统产生的水蒸气进入汽轮机发电机组进行发电、并网，凝汽器排汽经过冷却凝结成水再循环至换热系统被加热。

1.2 槽式导热油光热电站工作原理

槽式导热油光热电站（解耦型）主要包括槽式集热器、油盐换热器、储换热、汽轮发电机及空冷系统等主要部分。本项目镜场采光面积为53万m2，数个槽式集热器通过串联连接成标准集热器回路，数量众多的标准集热器回路通过并联方式组成集热场。

槽式导热油光热电站（解耦型）运行原理为：槽式集热器跟踪太阳吸收热量加热集热管中流动的导热油，导热油进入油盐换热器与低温熔盐换热将其加热成为高温熔盐，高温熔盐进入高温熔盐罐进行储存，导热油再循环至集热管中被加热。高温熔盐在机组进行发电时进入换热系统加热水变成水蒸气，水蒸气进入汽轮发电机组进行发电。高温熔盐放热后变成低温熔盐进入低温熔盐罐储存，再循环至油盐换热器被加热。换热系统产生的水蒸气进入汽轮机发电机组进行发电、并网，凝汽器排汽经过冷却凝结成水再循环至换热系统被加热。通过集热储热与放热发电之间的解耦，能够将前端太阳能波动对后端发电稳定性影响降到最低。

2. 项目方案综合对比分析

从系统效率、初投资、占地面积、安全可靠性、运维等方面对比分析塔式熔盐光热、槽式导热油光热（解耦型）两种储能方案，如下表所示：

表1 塔式熔盐光热、槽式导热油光热（解耦型）建设方案综合对比表

由上表不难发现：

1）塔式技术成熟，在国内外有较多的成熟案例，聚光比较高，运行温度及效率高，储能熔盐量较少，热电可以完全解耦运行；适宜调峰调频，技术发展迅速，运行维护简单，费用较低，未来有较好的发展前景；塔式采用双轴跟踪技术受纬度和季节影响较小，余弦损失更小，高于北纬36°区域全年效率更高，冬夏季发电量更为均衡；塔式光热技术产业链国产化比例更高，具备产业链整合条件；塔式光热项目施工建设已经积累了大量经验，施工期也短于槽式项目；

2）槽式属于线聚光，聚光比较低，集热量不均匀，系统效率较低，初投资较大，运行维护费用较高，成本压缩及效率空间提升有限，占地面积大，建设工期较长；槽式光热项目季节及纬度敏感度高，在新疆等高纬度地区效率相对较低，各季节的效率差异较大，本项目自然环境建设槽式光热项目适应性较差。

3. 结论

本文系统性地介绍了塔式熔盐光热、槽式导热油光热（解耦型）两种光热电站基本工作原理，并就新疆某100MW工程项目进行建设方案综合对比分析，塔式熔盐光热电站在系统效率、初投资、占地面积、安全可靠性、运维方面具有显著的优势，最终作为本项目的光热技术方案。

参考文献

[1]张金平,周强,王定美,李津,刘丽娟.太阳能光热发电技术及其发展综述[J].综合智慧能源,2023,45(02):44-52.

[2]张荣发.塔式与槽式光热电站蒸汽发生系统可靠性研究[J].电站辅机,2021,42(03):5-9.

[3]崔杨,李崇钢,赵钰婷,仲悟之,王茂春,王铮.考虑风–光–光热联合直流外送的源–网–荷多时段优化调度方法[J].中国电机工程学报,2022,42(02):559-573.