《塔式太阳能光热发电站设计标准》结构设计内容解析

  目的  《塔式太阳能光热发电站设计标准》GB 51307是塔式光热电站的综合性标准，标准对相关特种结构设计给出了原则性的规定。为使大家在应用《塔式太阳能光热发电站设计标准》进行相关结构设计时能够正确理解条文和条文说明，本文对该标准结构设计部分的相关规定进行了详细的解释和解析。  方法  结合标准规定从一般规定、抗震设计、地基与基础、吸热塔结构和熔盐泵支架等几个方面阐述了标准制定背景，介绍了国内外常见的吸热塔结构型式、熔盐泵基础型式、定日镜基础型式等，对结构控制指标、吸热塔阻尼比等特殊问题进行了分析和讨论。  结果  通过标准制定背景和特种结构型式的介绍，以及特殊问题的分析和讨论，对塔式太阳能电站中特种结构的设计、原则性规定有了更进一步的认识。  结论  为《塔式太阳能光热发电站设计标准》的工程应用奠定了基础，并给出了进一步研究的建议。     

太阳能光热电站有关消防设计问题的探讨

  目的  为太阳光热发电站不同于常规发电厂的系统，制定安全可靠、经济合理的消防设施设计标准，以保障电站的建设和安全运行。  方法  利用现行的国家规范、标准，对太阳能光热电站采用的熔融盐、导热油的特性及其系统设备、建（构）筑物耐火等级进行分析判别；对电站采用的辅助燃料系统和消防给水的有关特殊消防设计问题进行分析探讨。  结果  分析判别固态单体熔融盐火灾危险性为甲类、熔融态熔融盐火灾危险性为戊类，导热油火灾危险性为丙类，熔融盐、导热油系统建（构）筑物的火灾危险性为二级，根据火灾危险性等级提出具体的消防防火措施。  结论  对电站采用熔融盐、导热油的火灾危险性类别分析判别结果符合现行的国家规范、标准，为太阳能光热电站工程的消防设计提供借鉴。     

太阳能光热发电中导热油循环系统的设计开发

基于槽式光热、塔式光热和碟式光热发电站的常用类型,分析光热发电中使用的化学合成型导热油的种类、物理特性和技术参数,设计开发槽式太阳能光热发电站中导热油循环系统的工艺流程。为解决因季节、昼夜和云雾、雨雪等气象条件的影响而造成太阳能供应不足的情况,设计开发了白天以槽式太阳能光热发电为主、夜晚采用燃生物质燃料或燃天然气导热油炉供热发电为辅的联合运行发电站的混合发电模式。提出了导热油循环回路系统中注油和排油的方法,研究了槽式抛物面管状集热器内导热油的最高油膜温度计算方法。     

熔盐塔式太阳能热发电站中蒸汽发生系统水循环方式的对比分析

蒸汽发生系统水循环方式的选择对熔盐塔式太阳能热发电站的投资经济性及安全稳定运行至关重要。对熔盐塔式太阳能热发电站的蒸汽发生系统进行了介绍，对蒸汽发生系统的两种水循环方式——自然循环方式和强制循环方式进行了技术性和经济性对比分析。分析结果表明：在目前熔盐塔式太阳能热发电站采用高温、超高压参数下，自然循环方式及强制循环方式技术路线均能满足熔盐塔式太阳能热发电站蒸发换热的需求；若选择强制循环方式，在设备选型时，应将强制循环泵的结构及运行环境作为重点进行综合分析；结合国内已建成的熔盐塔式太阳能热发电项目的运行经验及太阳能热发电技术的发展趋势，熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的出口主蒸汽压力在亚临界以下(<16 MPa)时，从技术性、经济性及运行维护方面综合考虑，水循环方式推荐采用自然循环方式。以期为熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的设计选型提供参考。     

塔式太阳能光热电站控制系统研究

  目的  旨在解决塔式太阳能光热电站控制领域的难点问题。  方法  首先基于太阳位置计算天文算法，发明了一种高精度，易于工程实现的定日镜跟踪控制算法；其次对定日镜场控制系统的主要控制技术进行了研究，包括系统架构、硬件与软件设计方案、基于图像处理的反馈测量方案；最后对电站的全厂控制系统进行了整体设计规划并提出了镜场控制系统与DCS主控系统之间的信号接口。  结果  可大幅度降低工程成本，缩短建设周期。  结论  研究成果体系完整、易于工程实现，可用较低的工程造价满足塔式光热电站控制精度的要求。     

塔式太阳能-超临界CO2发电系统集成与优化

  [目的]  传统塔式太阳能热发电效率较低，采用超临界CO₂（sCO₂）布雷顿循环集成太阳能发电可有效提高系统效率。  [方法]  采用联立方程法建立塔式太阳能集热发电（CSP）和sCO₂布雷顿循环集成系统的非线性规划数学模型以辅助系统分析与优化。模型包含太阳能集热子系统、sCO₂布雷顿循环以及高精度CO₂状态方程的约束，无需调用外部CO₂物性数据，可实现对集成系统任意数量的设计变量的同步优化。将模型应用于塔式CSP与sCO₂简单回热布雷顿循环和再压缩布雷顿循环系统的案例研究，优化系统并分析设计变量对系统效率的影响。  [结果]  研究结果表明:集成再压缩循环系统最大热效率达29.4%，高于简单循环系统的24.9%。再压缩循环的最优透平入口温度为901 K、最优膨胀比约为3；简单循环的最优透平入口温度为826 K、最优膨胀比皆大于3.2。  [结论]  系统存在最优的透平入口温度，提高透平入口温度可提高系统效率，但过高的温度会导致系统效率下降；系统存在最优膨胀比，膨胀比对集成再压缩循环系统的热效率影响较小，但对集成简单循环系统效率的影响较大。     

熔盐塔式光热电站仿真机设计与开发

  目的  为了解决熔盐塔式光热电站建设和运维过程中,控制逻辑难以验证以及运行人员缺乏操作经验的问题。  方法  开发了一套用于塔式熔盐光热电站的仿真机。逻辑组态方面采用了虚拟DPU技术与软件化对象配置技术,采用了与实际电站完全相同的数值模型和设计参数。  结果  仿真试验结果表明该仿真机能够很好的实现电站生产过程中的工况模拟和仿真操作,满足逻辑组态测试要求,最后通过实例展示了仿真机的主要功能。  结论  研究成果为熔盐塔式光热电站建设过程中的设计优化、工程验证和确认、操纵员培训提供了有效方法和手段。     

塔式太阳能光热发电站定日镜场道路设计

  目的  定日镜场道路设计是塔式太阳能光热电站设计中不可缺少的环节，为降低电站初投资和提高定日镜场效率，科学、有效、合理进行道路设计。  方法  将定日镜场的道路按性质和使用功能划分为四类:主通道道路、辐射道路、周边环形道路和定日镜间道路，对其在设计中需要考虑的各项因素进行详细分析，并分别从道路布置形式、结构设计、附属设施三个方面进行研究。  结果  总结出定日镜场各类道路平面布置的原则和要求；提出路面结构设计要以满足功能使用要求，经济合理为前提，要着重考虑道路施工、当地地材、维修条件等因素；给出不同场地条件的定日镜间道路路面结构形式；同时提出在定日镜场内设置道路标识系统。  结论  可对今后的定日镜场道路设计起一定的借鉴作用。     

太阳能光热发电换热系统技术研究及标准解读

太阳能光热发电可有效利用中国国际领先的火电汽轮机技术,通过不同型式的集热系统,将太阳能转化为热能.光热发电除集热系统外,还包括储热系统、换热系统、汽轮发电装置,鉴于当前国内外研究太阳能光热发电集热系统的技术文献及报告较多,本文将从太阳能光热发电系统换热系统角度出发,分析描述换热系统的构成、布置、启运方式、系统测试等方面内容,同时解读国内首个光热发电站用换热系统国家标准项目的有关内容.     

对太阳能热发电走向成功之路的思考

从理论方面对降低太阳能热发电投资成本的方式进行了分析,认为可通过扩大规模来降低投资成本,依靠扩大发电系统的规模和优化镜场设计来提高太阳能热发电系统的光电转换效率;碟式和点聚焦菲涅耳聚光系统的光热转换效率高,竞争力较强。当采用超大功率蒸汽轮机时,可使发电系统的规模扩大10倍、热电转换效率提高25%;按照光学效率和接收器热效率均达到92%计算,碟式聚光系统的光热转换效率可达到84.64%,而塔式聚光系统的光热转换效率为57.73%,前者比后者提高了46.62%,使碟式太阳能热发电系统的光电转换效率比塔式太阳能热发电系统的提高了83.3%,从而使碟式太阳能热发电系统的总投资成本比塔式太阳能热发电系统的下降了45.4%,共用跟踪系统使其总投资成本又下降了4.8%,再加上碟式太阳能热发电系统的中发电系统规模扩大10倍,最终,碟式太阳能热发电系统的总投资成本可比塔式太阳能热发电系统的降低75.2%。在不考虑材料和制造技术方面进步的情况下,太阳能热发电的上网电价可从目前的1元/kWh降至约0.25元/kWh,使太阳能热发电成为未来有竞争力的主要能源技术。     

CFETR聚变发电厂的储能技术适用性分析

  目的  中国聚变工程实验堆（CFETR）具有功率周期性输出特性,无法直接满足常规发电设备的稳定连续输入需求,CFETR聚变发电厂需要在核岛和常规岛之间配置针对性的工艺系统。  方法  通过调研光热发电工程应用以及聚变发电相关研究,基于CFETR聚变堆初步预期性能,从储能与补能对比、储能技术类型、储热介质、储热系统方案等方面进行分析讨论。  结果  对于采用水冷包层、氦冷包层的聚变堆,分别推荐配置以氢化三联苯型导热油、Solar salt熔融盐为储热介质的间接式双罐显热储热系统,以保证发电侧系统的稳定连续运行。  结论  上述储能技术方案具备规模化商业应用条件,可为CFETR聚变发电厂的整体设计提供支撑。     

安全仪表系统在二次再热机组的应用研究

  目的  安全性是电力行业永恒的主题，安全仪表系统是保证机组安全性的重要手段之一。国际上，安全仪表系统已有较为成熟的标准体系且得到广泛应用，而在国内火电行业的应用仍处于探索阶段。为推广安全仪表系统在电力行业应用，将描述其在火电二次再热机组的实际应用案例，为其它火电工程的设计、采购和运行维护提供参考。  方法  首先详细介绍和分析了相关国际规范，然后介绍了安全仪表系统在二次再热1 000 MW机组电厂项目的应用情况，并使用风险图表法对电厂进行安全完整性等级分析。  结果  通过分析等级并应用于二次再热1 000 MW机组电厂的设备招标、设计、调试、运行等，有效提高了电厂运行的安全稳定。  结论  在电力工程前期对机组安全仪表系统进行分析有利于电厂全生命周期的管理设计过程，应广泛应用于电力行业。     

电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用

  目的  电解水制氢技术已普遍应用于燃煤电厂、燃气电厂和核电厂，也将更多地应用于可再生能源发电厂配套的氢能项目，有必要对制氢系统设计方案进行探讨。  方法  以某燃煤电厂和风力发电及太阳光伏发电厂配套氢能项目为例，依据相关标准规范的设计规定，阐述了相应的电解水制氢系统设计方案。  结果  碱性电解水制氢技术成熟、安全可靠，能为电厂氢冷发电机、加氢站和氢气用户持续提供满足纯度、湿度要求的氢气。  结论  文章旨在为更多电厂和氢能项目电解水制氢系统的设计提供可参考的方案。     

海外9H燃机项目数字化正向协同设计研究与应用

  目的  目前电力市场各投资方对火力发电项目的数字化和智能化的需求日益增大,尤其是海外项目对数字化设计的完整性、时效性提出了新的要求。因此如何整合现有平台和数据,形成一套有效的火力发电项目数字化协同设计实施方案,成为了电力设计企业面临的重要课题。  方法  以孟加拉Unique项目为应用对象,通过案例分析、需求分析、二次开发、标准数字化等手段提出一套完整的解决方案,该方案以数字化正向设计为整体要求,构建了一套符合国际型工程的基础数据库,通过深度二次开发和整合,打通了从系统设计、布置设计到土建设计和出图的全过程,完善了工艺一体化设计平台、土建一体化设计平台等基本平台,实现了本工程的数字化正向协同设计。  结果  通过项目的深度应用,以技术手段打破了数字化设计信息孤岛的壁垒,实现了数据的正向全贯通,提高了项目上下游专业的配合效率和出图效率。  结论  经过项目实践结果证明该方案科学高效,为火力发电工程的数字化正向设计提供了可参考的解决途径。     

CFETR聚变发电厂概念设计技术研究

  目的  基于中国聚变工程实验堆（CFETR）功率输出特性,在聚变堆最大热功率1.25 GW条件下,提出一种CFETR聚变发电厂概念设计方案。  方法  针对CFETR聚变堆周期性长脉冲输出特性与常规岛设备连续稳定输入需求之间的矛盾,采用储能技术方案以“削峰填谷”的方式实现CFETR聚变发电安全稳定运行。讨论了CFETR聚变水冷与氦冷两种不同包层方案下的储能以及一回路与二回路之间耦合与解耦运行模式的组合方案,并通过方案比较,给出CFETR聚变堆不同包层对应的最佳储能运行组合建议。  结果  结果表明:水冷包层、氦冷包层聚变堆分别对应的最佳组合方案是导热油+解耦储热方案与熔盐+耦合储热方案。  结论  从常规岛侧而言,相对于水冷包层方案,采用氦冷包层方案的CFETR聚变发电厂技术经济性更好。研究提出的CFETR聚变发电厂概念设计方案对后续聚变发电技术研究以及工程设计,具有较高的参考价值。     

高环评标准下1 000 MW机组的设计优化研究及工程实践

  [目的]  新建火电燃煤机组工程选用污染物超低排放配置方案后,电厂初投资及运行费用明显增加,通过优化设计提高机组的运行经济性需进行详细技术研究,并给出推荐意见。  [方法]  采用理论与实践相结合的方法,选定某1 000 MW机组工程进行了应用实践研究。  [结果]  研究表明:现依托工程的应用效果显著,主要经济技术指标国内领先,文章推荐采用的优化设计成果及研究方法也相应得到了验证。  [结论]  相关研究成果可为后续的同类型项目建设提供重要参考和借鉴。