德令哈，西行10公里，巍峨的祁連山脈橫亙在太陽能產業(yè)園的北部，見證著正在這里發(fā)生的一場新能源產業(yè)革命。
2013年7月5日，中控太陽能德令哈10MW水工質塔式光熱電站正式并網發(fā)電，作為國內第一座并網發(fā)電的光熱電站，當時被視為中國光熱發(fā)電技術的第一次重大突破。
2016年8月20日，中控太陽能德令哈10MW熔鹽塔式光熱電站一次性打通全流程并成功并網發(fā)電，實現了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術的完全國產化，徹底打破了國外技術壁壘，實現了中國光熱發(fā)電技術的又一次重大突破，創(chuàng)造了光熱發(fā)電行業(yè)新的里程碑。
63000平方米定日鏡在鏡場集群控制系統的自動調節(jié)下，將低密度太陽能聚焦至92米高的熔鹽吸熱器上，將熔鹽加熱至565℃的高溫，進入高溫熔鹽罐儲存，再由高溫熔鹽與水換熱，產出510℃/9MPa的高壓過熱蒸汽，驅動一臺10MW的汽輪發(fā)電機組，輸出高品質的綠色電能，由于配置了儲能系統，可實現陰雨天或夜間連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。
3017米海拔的青藏高原腹地，年均氣溫4℃，我國首座成功投運的熔鹽塔式光熱電站就誕生于這樣的自然環(huán)境下，其成功證明了熔鹽塔式光熱技術在中國特殊自然氣候環(huán)境下運行的可行性。
來之不易的“順利”
8月26日17:00，DNI 950W/㎡，CSPPLAZA記者在中控德令哈10MW熔鹽塔式電站的控制室看到，汽輪機輸出功率達到8.04MW，轉速8512rpm，運行情況良好。事實上，當天德令哈的上空依然陰云籠罩，導致電站未能運行，直到15：30，天氣突然放晴，到16：00電站即實現正常運行。
“由于該項目臨時接入當地農網系統，可用負荷較小，目前只允許上網8MW，實際上在現在的輻照條件下，滿功率輸出是沒有任何問題的。”中控太陽能公司副總裁徐能如是表示。
該電站是在原10MW水工質光熱電站的基礎上進行的熔鹽系統改造工程，于2014年底正式啟動相關的設計、專項設備采購工作，2015年中期開始鏡場安裝和土建施工工作，總計歷時約一年零8個月、直接耗資約8000萬元完成改造。
“項目在7月初進入調試階段，7月20日開始化鹽，8月12日啟動系統調試，8月16日順利完成熔鹽上塔以及熔鹽回收實驗，經過幾天的消缺工作，8月20日正式并網發(fā)電，至21日15：45各項指標達到設計值?！毙炷芨嬖V記者。
熔鹽上塔以及熔鹽回收是熔鹽塔式光熱發(fā)電技術的關鍵，更是難點。對采用二元鹽為工質的熔鹽塔式光熱電站而言，由于二元鹽的凝固點為220℃，管路中的熔鹽若低于該溫度，就很容易發(fā)生凍堵管路事故；另外，如果鏡場反射至吸熱器的能量控制不均，吸熱器上的吸熱管局部受熱過強，導致熔鹽氣化，也極易發(fā)生重大事故。
對此問題，徐能表示，“對熔鹽上塔及熔鹽回收的試驗我們非常謹慎，在8月16日的上午和下午分別進行了試驗，各設備運行沒有發(fā)現問題，熔鹽吸熱器的表面溫升達到設計要求。當天進行的熔鹽上塔試驗的溫度監(jiān)測顯示這些指標均在控制范圍之內，這說明我們對鏡場能量的控制達到了設計要求，可以保證系統是安全的，于是我們在8月20日才啟動全流程發(fā)電運行，并取得了成功?！?/p>
“我也沒有想到會如此順利。”在回憶起獲悉該項目成功并網發(fā)電的消息后，中控太陽能董事長金建祥如是描述了當時的心情，“很難用一句話來表達，在整個調試過程中沒有出現大的問題，我感到很幸運，這個項目能夠這么快就達到各項設計技術參數，也讓我很意外?！?/p>
對此“意外”，徐能表示：“我們從2011年即開始研究塔式熔鹽系統的核心技術，前期調研了國內大量化工熔鹽系統的使用單位，在杭州建設了一套完整的塔式熔鹽系統聚光、吸熱、儲熱、換熱全流程試驗平臺，在這個平臺上對塔式熔鹽系統的各個環(huán)節(jié)進行了長時間、系統性的試驗，對運行過程中如熔鹽凍堵、泄漏以及吸熱器的堵管等等可能出現的問題進行了深入研究，并對各種應對策略進行了反復驗證，對各項關鍵設備的性能進行了詳盡的測試與改進。光是熔鹽管道的電伴熱系統，就進行了數十次改進?！闭腔谶@些細瑣、扎實的基礎性工作，才有了項目實施過程的“如此順利”。
事實上，在“沒有想到”的背后，項目技術團隊同樣付出了他人“想象不到”的努力，承受了非常大的壓力。在進行上述各項調試工作的幾天內，徐能的心情和當天接受采訪時的輕松完全相反，“那幾天我基本都睡不好覺，每天只能睡三四個小時，睡不著，精神壓力很大。”這種壓力在20日項目實現并網發(fā)電后得到了釋放，當天徐能在他的朋友圈留下了一句話，“今天應該能稍微睡個好覺了?！?/p>
100%純太陽能發(fā)電
時間回溯至2013年7月，中控德令哈10MW水工質電站并網發(fā)電為中控帶來了諸多聲譽，但也引來了少數人的質疑，這種質疑集中于此電站并非一個真正的純太陽能電站。理由是其吸熱器僅能產出約313℃的飽和蒸汽，還需利用天然氣將其過熱至510℃再進入汽輪機發(fā)電，這一觀點在一段時間內成為行業(yè)內私下議論的話題。
金建祥說：“其實國外不少光熱電站也是采用天然氣補燃的，一般不超過總能量的15%，我們補燃量設計值也不超過15%，國內的垃圾發(fā)電也是允許添加少量燃煤的，實際上這個問題不是我們關注的焦點，也不在意同行的議論。其實我們一開始就計劃要上熔鹽蓄能系統，只是第一步優(yōu)先解決鏡場聚光控制問題，而這個產生飽和蒸汽的水工質電站完全可以達到這個目的，因此我們也沒有必要再去花精力在水工質吸熱器上直接產生過熱蒸汽”。
也有一些專家能理性看待這一問題：這是中控推進熔鹽塔式光熱發(fā)電技術應用的第一步，在水工質技術實踐的基礎上，實現熔鹽技術的成功應用，可以最大限度地降低技術風險。“中控太陽能是一家穩(wěn)健又低調的研發(fā)型公司，做任何事都要有八成以上的把握才會去干?！庇袠I(yè)內人士如是評論道，這也是中控太陽能選擇先從水工質做起的原因。
金建祥強調：“其實，中控太陽能從成立伊始，就對技術路線有著清晰的規(guī)劃，明確以熔鹽塔式光熱發(fā)電作為其技術研發(fā)方向。盡管有中控、杭鍋、杭汽等股東在各自領域多年的積累作為技術支撐，對于熔鹽塔式光熱發(fā)電這一涉及專業(yè)領域眾多、系統高度復雜的全新發(fā)電方式，仍然面臨著非常大的挑戰(zhàn)。所以我們選擇先從最擅長的控制入手，通過建設10MW水工質電站，目的在于重點解決塔式光熱發(fā)電最大的難題——鏡場聚光控制，取得成功之后，再集中精力突破熔鹽吸熱、儲熱和換熱等技術難關，最終實現熔鹽塔式光熱發(fā)電技術的全流程貫通”。
在此次完成熔鹽系統改造后，在電站主機廠房一側矗立著的燃氣鍋爐已經停運。徐能指著眼前的燃氣鍋爐對記者說，“目前我們已經完全不需要這個燃氣鍋爐了，現在我們用熔鹽換熱系統就可以將2號塔輸出的飽和蒸汽過熱為510℃的過熱蒸汽?！?/p>
中控德令哈電站共建有1號和2號兩個塔，中控此次主要對1號塔進行了整體熔鹽系統改造，將其水工質吸熱器更換為熔鹽吸熱器，并新安裝整套熔鹽儲熱、換熱系統，經改造后的1號塔采用直接熔鹽吸熱、儲熱和換熱技術，可作為一個獨立的熔鹽塔式光熱電站運行。2號塔在太陽島方面未做改動，產出的飽和蒸汽通過1號塔的熔鹽過熱器成為過熱蒸汽。與此前的水工質塔相比，經改造后的電站實現了100%純太陽能發(fā)電。
自主化技術+高國產化率
早在2010年中控太陽能成立之初，就確立了熔鹽塔式光熱發(fā)電技術這一研發(fā)方向，當時在全球范圍內尚無任何商業(yè)化熔鹽塔項目運行。在德令哈項目投運之前，全球范圍內在運行的熔鹽塔式光熱電站僅2011年投運的西班牙GemaSolar電站，裝機19.9MW，以及2016年2月投運的美國新月沙丘電站，裝機110MW，這兩個項目的技術供應方西班牙Sener和美國SolarReserve被認為是掌握熔鹽塔式光熱發(fā)電技術的兩大公司，但中國公司若要引入這項技術，往往需要付出很高的成本，且?guī)缀醪豢赡塬@得其核心技術。
是通過引入海外技術直接為我所用還是堅持自主創(chuàng)新？在國內光熱發(fā)電行業(yè)，一直以來就存在對此問題的爭論，持不同觀點的公司也選擇了不同的策略路線，以中控太陽能為代表的部分企業(yè)選擇了堅持自主創(chuàng)新，金建祥認為，“真正核心的技術是買不來的，國外企業(yè)愿意跟你合作，其實是看上你的市場和廉價勞動力，最核心的技術是不可能給你的。”
中控太陽能選擇了自主創(chuàng)新，同時堅信最終必能獲得成功。這種自信源自中控在DCS領域成功打破國際公司壟斷這一成功案例。金建祥對CSPPLAZA記者表示，“當年我們在DCS領域的競爭對手是霍尼韋爾、西門子、橫河這樣的國際巨頭，他們完全壟斷了國內市場，中控最終成功打破了這種壟斷，并成為國內最大的控制系統供應商，對比來看，應該說當年在DCS領域的突破難度比今天我們在光熱發(fā)電領域更大。”
而今天的結果證明，中控太陽能已經完全掌握了熔鹽塔式光熱發(fā)電全流程技術，實現了中國光熱發(fā)電行業(yè)的技術突破。
事實上，全球的兩大代表性塔式電站Ivanpah和新月沙丘電站從宣布投運到達到設計發(fā)電量分別設置了4年和1年的過渡期，就此問題，徐能表示，“我們只花了一天時間各項核心技術參數就達到了設計值，經實測光電轉換效率比原DSG系統有所提高，我們有信心再通過3個月左右時間的優(yōu)化運營，電站就可以達到設計發(fā)電量?！?/p>
那么，對于10MW的中控太陽能德令哈項目和110MW的美國新月沙丘項目，其技術難度是否在同一級別？中控是否能夠證明也有能力開發(fā)更大規(guī)模的熔鹽塔式光熱發(fā)電項目？金建祥表示，“熔鹽塔電站的工藝流程和核心技術都是一樣的，大電站和小電站相比，無非是采用的設備更大一些，鏡場聚光面積更大一些，使用的熔鹽量更多一些，需要投入更多的資金，僅此而已，只要我們認真面對，我認為不存在任何問題。其實國外公司大多也在10MW級別取得成功之后直接進行100MW級的大規(guī)模電站開發(fā)，至今并無失敗的案例，也說明規(guī)模大小并非核心問題?！?/p>
中控太陽能德令哈項目的另一特點是最大程度上實現了熔鹽塔式光熱電站裝備的高國產化率，除了熔鹽泵、熔鹽流量計與熔鹽液位計采用了進口產品外，其它裝備均實現了國產化，裝備國產化率達到95%以上。
徐能表示，“我們盡可能采用國產設備，一方面是為了降低成本，另一方面也是為了培育國內設備供應商。只有實現國產化，中國的光熱產業(yè)才有未來?！?/p>
徐能進一步表示，“很多關鍵設備在國內都找不到有應用業(yè)績的供應商。為此，我們選擇在類似行業(yè)有一定經驗并有較強制造能力的供應商，與供應商緊密合作，聯合設計、制造。通過這種方式，也為行業(yè)培養(yǎng)了一批國產設備供應商。從目前的電站運行情況來看，國產設備的運行穩(wěn)定、可靠。”
在該電站成功投運的10余天后，9月1日，我國首批光熱發(fā)電示范項目的上網電價正式出臺，但要享受1.15元/kwh的電價政策，相關示范項目需于2018年12月31日前建成投產，不足28個月的建設時間，對國內光熱發(fā)電產業(yè)無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。首座熔鹽塔光熱電站的成功投運，正為本輪示范電站如期完成建設奠定了良好基礎。
同時，該熔鹽塔電站的成功投運也賦予了中國光熱發(fā)電未來更大的想象空間，熔鹽塔式光熱發(fā)電作為一項行業(yè)普遍推崇的技術難度較高、具有較大成本下降潛力的技術，借力于中國的低成本制造和人力成本等優(yōu)勢，依托國產自主化技術，有望實現光熱發(fā)電成本的更快削減，并將為國產技術和裝備盡快走出國門創(chuàng)造無限可能。
