内蒙古电力勘测设计院乔布森：光热电站设计中对发电量影响的几大因素

2017年9月22-23日，2017第二届德令哈光热大会在青海省德令哈市举行。内蒙古电力勘测设计院有限责任公司专家乔布森以“光热电站设计中对发电量影响的几大因素”为题进行了主旨报告。

以下是乔布森演讲全文：

乔布森：大家上午好，我今天讲的题目主要是对发电量的影响因素，这是规划主要的内容，主要讲电站技术路线以及规划容量就是说在讲对发电量影响因素之前把前面叙述清楚，还有项目选址光能来源，还有初期电站设计模拟计算，还有一些其他因素，对建设光热电站，前期的时候技术路线的选取，规划容量包括项目选址是非常关键的，首先对前期的时候，应该分析电厂规划中是处于什么地位的，基本符合电厂，丰富式能源或者是多能互补这样的电站，还有就是分析系统的现状，符合预测电力电量平衡对电厂的要求，主要考虑就是说外送本地消纳还是有特高压，还有是对接入系统的可靠性进行论证，它因为是国家新兴可再生能源，一般来说地方或者是电网可以全盘接纳，但是在这个方面主要考虑接入系统成本，是自己承担，因为国家政策是应该是电网承担，但是电网说是让你承担然后再逐步成本给他，经过几年电网把成本回收。

现行光热阶段的技术路线是槽式、线性菲涅尔式、塔式+碟式，对于每一种光热电站都有一比从后面开始讲，就讲碟式选择的时候，因为示范项目写光热示范电站是应该有一个可能的，所以这是对碟式不利的一点，另一个就是线性菲涅尔式，它的一大优势，效率来说也是最高，然后塔式、槽式、碟式效率稍低，但是他成本低就是说在国内来说控制成本是一大块，如果通过对比的话因为国内控制成本很好，如果通过对比，如果说其他路线的话和线性菲涅尔式差距不是特别大，所以他也是对他不利一点，还有塔式就是说世界上先有装电人员最多的一个光热电站，是大家看好的一个方向，就是塔身高，同一个地方计算的时候前期条件相同的地方，同一个光资源，一般是塔式发电量比朝式高，槽式也有自己的优点，它是世界上装修规模最大，它的光学电量占到了现成的商业电量的80%，而且朝式在美国已经有电站，就是前30年推进的一个电站，塔式通过计算的话，塔式效率高所以它的发电量也高，但是塔式现在通过昨天专家也讲，塔式这块通过实践怎么来达到设计发电量是经多几年的探索，就是世界上现成这几个商业电站都没有很好的达到他设计电量，因为前期的时候设计的电量非常高，因为他效率高，计算的时候它的效率高所以导致发电量很高，大家经过几年摸索也可能很难达到他设计的发电量，主要就是说基于上层的考虑。

第二个就是讲项目选址，就是跟前面提出项目规划容量也有很大关系，就是说项目选址的时候是影响电站发电量经济效益的最主要因素，主要考虑当地的电力规划和气象条件，水资源和其他辅助原料的来源还有检测系统，那对于一般这种像德令哈、敦煌等规划园区比较好，因为他前期考虑了这些东西，包括水资源来源等都已经考虑过了，比较方便的，一般是在项目选址的时候选择DNI年1700kWh/m2· a地点每平米，场地大小也跟前面规划容量有关系，就是说对于槽氏同样的规模，槽氏结构紧凑，它的占地面积比较小，塔式在那边稍大，而且易选择低纬度的位置，形成电站规划的地形是比较规整的，而且坡度有要求，这个坡度也不能特别大，槽氏来说，通过我们设计的话，它可以做阶梯布置的，但是阶梯坡度也不能特别大，因为通过我们设计的时候，对于槽氏来说对于它有一个高纬度的排热罐，如果你虽然可以减少成本，但是你如果是坡度太大，阶梯布置的时候南北高低差距太大，因为他要在场地中它的成本特别高，而且难以实现，如果是降到30、40米，这个很难实现的，根据以上考虑就是说基本可以确定电站建立的条件。

下面我讲一下光资源的来源，也是跟发电量跟项目选址有关的，就是光资源来源就是说对项目来说得到光资源是光源获取的来源有下面这几种，项目地实测气象站，但是数据比较匮乏，因为国内有能力测的，直线辐射的气能站有17个国内的气象站只有两三个，而且一般气象站的大部分带城市地区，而光热电站建的时候都在偏远地区，而且对于17个辐射电站，用国内分基本气象站一天可能是四次测量，而基层电站可能是初始数据，如果从四个点你来延伸到24小时这个精确度有待考量的，就是说内蒙第二个项目地的实测数据已经对于国内的项目来说，当时给了期限也很短，所以说有十年以上的实测数据基本上是查不到的，有一年远程的数据已经是很不错了，第三个来源就是卫星数据，卫星数据国内的提供的机构比较少，就是一般领域主要是一些国内机构，尤其是后面三个，通过我们这几个项目来看都有应用。

在电站设定的时候，通常在光热电站设计前期要得到光资源典型年数据（或代表年），通过这个数据把全年的数据来利用模拟软件来计算发电量模拟这个周期的发电量和财务报告，因为原始数据，就是说以后年数据也很重要的，下面有个图就是说软件模拟的光资源发电量的数据对比，主要说明国家光热示范项目说了，都必须配有4小时以上的储能，但是他是可以避免因为波动以后，导致发电量不能太大，是可以避免的。但是从局部来看是这样的，但是全年看光资源影响很大，基本上还是很符合光资源这个波动水平的。现在光资源选取没有统一的规范，我下面罗列两种方法就是现在比如说形成方式，国内处理方式有电规总院秦学林等提出的典型年制作方法，国外NREL（美国可再生实验室）也给出了典型年的选取制作方式。累积概率函数法，就是最接近平均值的累积概率函数月作为该月的光资源数据。作为选用什么方式，我们肯定是选用对数据处理来说，可以更能选用这做平均的，做增值的，会把波动性会减缓，对你们这个发电量计算是影响很大，因为波动性对发电量影响很大，这上面是光资源情况，是某项目对光资源下面是模拟出来的发电量，可以看出那个还是很符合的，但是局部来看，因为有储能，所以说他会很好，会延缓发电量的波动，这个地方对于发电量计算的时候，会考虑在某个光源不好的前提我来做基础大修，我要选择一个时间段。这是上面我说的两种方法，另外一种方法可再生实验室，还有一个方法就是说用函数法就是最先进平均值的（31：16？），另外一方面就是说因为对光源电站来说，模拟计算的时候，光资源应该是占很大一块但是还有其它方向比如说温度，湿度，压力还有分数这个影响很大，上面借助了权重的考虑，就是在我选择的时候，在某月作为典型月我是考利权重的，给某个因素赋予一个权重，这是国内一个规范这里边主要是选用了一种国内的就是国内月值年值综合选择法，这是国外包括选址的图片，这个网有，大家可以看一下。

分析方法主要是包括气侯概括，近几年的天气情况对发电量有一个直观的认识，因为对西部地区实际像德令哈、东煌，通过这几次开会就是说当地天气上浮云很多，就是说我这不下雨但是一直有云，对光源电组来说影响很大，还有日照情况，卫星设计或者是实测数据你有一个年际变化，一年选取依据，直接辐射年内变化概率分布做一个统计，统计也很关键，还有温度、频率对一些数据影响很大，反而可以从信息数据中可以了解到项目发电量的情况，我做过一个计算就光资源的数据计算，就是一个随机的，在你选择每一年情况下，你通过十年的数据，这个数量更庞大，就是说它更像一个数字游戏，就是说怎么从随机的、不确定的数据中得到一般规律，来做发电量计算依据，这是很关键的，所以说这个数据量很大，就是对于现在来看，数据一年有8760个数据，这个数据量很庞大，我也做了一些工作，就是说我们现在把这些都变成一个程序，就是可以放下面的这些图表，图表很多，这些图表可以就是说实现一键式，因为如果是让你拿没有什么工具的话，处理这些工具会花费一天时间，如果现在我们目前现在就是这个一键式的我把原始数据导入然后可以得到这些报表，很直观。

说一下光资源数据对发电量的影响很关键，包括电站的设计，如果它确定对你发电量基本模拟处理以后，包括你拿模拟软件得到一些数据包括减少热量，这些都决定着你之后选定设备的容量，最大功率和额定功率，你比如说输出热量的最大值决定了你信息导入的选择依据，对储能的功率也决定了发热器这个功率，包括电压值波动，你整个温度的波动那决定你这个罐这些选定的规格都很有关系，还有电压的时候氮气量跟你温度波动很有关系，导致你计算的时候氮气量计算不足，选择氮气供应量能不能达到要求，所以就是说包括因为前面讲了土地，光储能力技术路线，它们的选取很重要，尤其在前期的时候，如果这些方面选不对了，就对这个光学热量造成一些先天性的缺陷，这些地方我觉得是不应该忽视的，有一个专家讲，说印度一些案例，他们就是因为前期计算的时候没有重视这方面，计算时候设计跟实际的情况，前期设计跟后面做测算的时候有很大区别，对项目的进度影响很大，我觉以上这些因素是大家不希望看到的。

还有初期电站设计发电量模拟计算，从下面是几方面来考虑这个发电的影响，从现在来看我们所用的这些工具，就是设备软件，因为我们现在用的项目，对于光热电站设计过程中都会应用模拟计算软件模拟计算电站全年的性能指标，影响电站设计的先决条件都会输入设计软件进行模拟。整体性能模拟软件主要有SAM、Ebsilon等，还有一些专门针对性的比如：专门做塔式优化的 SolarPilot ， 做水力计算或槽式集热场水力平衡的 PipeFlow 、 AFTFathom，做储罐计算的Tank。这些计算软件的应用基本上也影响着电站最终的性能。对这个平衡计算也用了一些软件，我们也在探索这方面，拿他们技术跟我们以前做得一些首创做对比，这些软件的应用水平对电站性能的保证。尤其是对整体计算来说，整体发电量的敏感数据软件应用的理解，计算经验以及工程实验结合的水平，就是影响电站发电量的，就是你设计的和你实际真正到时候建成电站能有多少的符合度这个是很关键，我想罗列几点就是从工艺角度来考虑的话，就是地址的选择尤其整体性能计算软件，计算发电量等敏感数据时，对软件应用的理解、计算经验以及与工程实际结合的水平，影响着光热电站最终的发电量。

比如：工艺角度考虑。设计点DNI的选取；槽式集热管及管道导热油流量的选取（ＥＴ槽、ＵＴ槽、７０管、９０管等），另外做计算的时候他们会给一个赋值，最小流速和最大流速，这个选取是很关键的。此外，设备型式、规格，吸热器：柱式、空腔型；镜场：圆形、矩形、扇形；定日镜尺寸形状；单塔多塔；单镜场多镜场等等。塔高；吸热器规格；设定合理的设备可用率。考虑大修期及部分预测后折减掉的发电量镜场投运率；天然气补燃情况。汽机性能参数随不同厂家而不同（最小负荷，最低温度，最小启机时间等）；效率越高越利于提高发电量；空冷岛的优化。计算时，明确空冷选型温度及IDT值；储能罐的高度；（工艺限制）辅机耗能，考虑模拟耗能计算的方式，估算出准确的影响因子；槽式塔式电站的布置问题，槽式的分台阶布置、利用现有所有土地、光伏和塔式结合、道路设置等等。因为我们现在看的话，我们觉得这个性能塔式跟槽式我们现在看它的区别应该在衔接效率方面能差6%左右，不会把太大，不能差到10%以上了。还要考虑到最小符合，最低温度，这个因素对发电量计算的影响是很大的，还有就是优化，现在能达到8800，计算时明确控制的不能到，这个影响很大。这是下面对设计的时候有没有考虑实际能力达到一个高度，主要是功率的限制，还有主机耗能，对软件模拟的时候，对发电计算的时候，这些因素都是一些影响因子，必须经过大量的统计，可能得到这个准确的影响因素，做出就是说城建的计算，另外一个就是说槽、塔的布置问题，可以分开建，光伏还有塔式可以做光伏，因为塔式现在还是主要做圆形的过程，如果你这个场地是一个方形的，你可能做一个光伏能塔的一个结合，还有道路设计，我可以设到低效去。这是对比一个图片，你看槽式我可以布置了，包括SI也可以电开的，还有就是电厂不规则的，我可以在这个地方做一些光伏的处理，还是如果地方是方形的我可以通过对比我选择哪样的镜场，这些东西都应该经过计算，进行性能参数评估以后做出一些方案。

计算的时候应该考虑这几个点，这几点容易理解错误，作为计算的时候下面这几个输出量如果出现错误，导致你提供参数包括效率他有一个错误的值，如镜场输出热量要考虑设备投运率，明确热量输入输出项，避免效率折减错误。如塔式电站SAM软件中结果项中Field incident thermal power就容易理解错误，还有Rec.incident thermal power、Rec.thermal efficiency等等。如主设备选型中导热油主泵选型时否在计算时已经考虑牺牲部分光热而减少导热油主泵的选型流量及功率等。设备选择时经济性流速的选定等等都会对发电量的计算产生很大的影响。还有你经济流速，其他方面主要是一些，我们也是跟中海洋他们的示范项目跟他们一起探讨借鉴国外的经验，我们以前跟国外开过一些会议，他们也做这些电站的一体化考虑，就是把导油回路控制的手动阀变成电动阀，但是如果发电量这个帐还是可以算得来的，在国内也必须通过对比，还有电能储耗，我主要是讲这些。

下面我介绍一下我公司，我们是内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，具有电力行业甲级勘测设计主承包的企业资质，就是我们也是光电领域最早接受这个领域设计单位之一，这个主要是我们一些发展历程，前面这个是大唐新能源推进项目，因为国内现在也接触过，澳大利亚的伯利帕森他们受银行的委托对我们产品进行审核，2013年，承担我国第一个槽式太阳能热电联产工程 — 甘肃省敦煌市太阳能热发电供暖示范工程的设计工作。2015年，完成我国第一个风光热储智能互补示范工程 — 深圳中科蓝天包头达茂旗600MW风光热储智能互补示范项目的设计工作。2016-2017年完成国内示范项目中槽式电站和菲涅尔电站的初步设计工作，为中海阳玉门项目的基础设计、勘察及总体设计院，并聘请西班牙IDOM公司为我公司中海阳项目设计审查单位及太阳能热发电技术国外技术支持单位。2017年公司作为主办单位，在呼和浩特举办了《槽式太阳能光热发电站设计规范》 、《塔式太阳能光热发电站设计规范》以及 《菲涅尔式太阳能光热发电站技术标准》规范审查会。参与了国内槽式、塔式、菲涅尔光热电站标准化编写，国际IEC标准化的编写工作。2011-2017公司多次派专业人员先后赴西班牙、摩洛哥、埃及、美国等光热项目现场参观学习。我的汇报完毕，谢谢大家。