塔式熔鹽光熱項(xiàng)目布置方案對比分析與研究摘要：探討光熱項(xiàng)目布置方案的選擇問題時(shí)，以三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目的具體布置為例。針對該項(xiàng)目可采用的單塔單機(jī)、雙塔雙機(jī)和雙塔一機(jī)3種不同布置方案，主要從系統(tǒng)配置、管道工程量、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析，揭示了各種布置方案的優(yōu)劣及其對項(xiàng)目整體性能的影響。綜合考慮各方面因素后，項(xiàng)目選擇了雙塔雙鏡場單機(jī)的布置方案，這一選擇不僅體現(xiàn)了雙塔一機(jī)方案在提升系統(tǒng)可靠性方面的顯著優(yōu)勢，還進(jìn)一步凸顯了其在項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性成本效益上的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：光熱儲能布置方案系統(tǒng)配置經(jīng)濟(jì)性ComparativeAnalysisandResearchonLayoutSchemesforTower-TypeSaltSolarPhotothermalProjectsLUWenGansuInstallationandConstructionGroupCo.，Ltd.，Lanzhou，GansuProvince，730050ChinaAbstract：Whentalkingabouttheselectionoflayoutmodesforsaltsolarphotothermalprojects，wetakethespecificlayoutoftheSanxiaHengjiEnergyVeinGuazhou700MW\"SolarPhotothermalEnergyStorage+\"projectasanexample.Adetailedcomparativeanalysiswasconductedonthreedifferentlayoutschemesthatcanbeadoptedforthisproject，namelysingle-towersingle-machine，double-towerdoublel-machine，anddouble-towersingle-machine，mainlyfromtheaspectsofsystemconfiguration，pipelineengineeringquantity，andeconomy.Theadvantagesanddisadvantagesofeachlayoutschemeandtheirimpactontheoverallperformanceoftheprojectwererevealed.Aftercomprehensivelyconsideringvariousfactors，theprojectchosethedual-towerdual-mirror-fieldsingle-generatorlayoutscheme.Thischoicenotonlyreflectsthesignificantadvantagesofthedual-towersingle-generatorschemeinenhancingsystemreliabilitybutalsofurtherhighlightsitssuperiorityintermsofprojecteconomiccost-effectiveness.KeyWords：Solarphotothermalenergystorage;Layoutscheme;"Systemconfiguration;Economic隨著全球能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和可再生能源的蓬勃興起，光熱發(fā)電作為一種高效、清潔的能源形式，受到了越來越多的關(guān)注[1]。三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目作為光熱發(fā)電領(lǐng)域的重要實(shí)踐，其布置方案的選擇對確保項(xiàng)目的順利實(shí)施及優(yōu)化其性能表現(xiàn)具有至關(guān)重要的影響。在光熱發(fā)電領(lǐng)域的歷史長河中，前人已經(jīng)積累了大量的研究工作。從早期的理論奠基，到后續(xù)的技術(shù)革新與應(yīng)用實(shí)踐，眾多學(xué)者和專家在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、材料選型、熱效率提升等多個(gè)維度上進(jìn)行了全面而深入的研究。特別是在布置方案這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)地域差異、氣候差異和項(xiàng)目規(guī)模的差異，提出了多種切實(shí)可行的布置方案，并對這些方案進(jìn)行了詳盡的對比性分析。在此背景下，本文旨在通過對比分析多種布置方案，選出最優(yōu)的布置方案，為同類項(xiàng)目的規(guī)劃與實(shí)施提供有益的參考。1"不同布置方案的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)塔式熔鹽光熱項(xiàng)目在布置方案方面主要存在單塔單機(jī)、雙塔雙機(jī)和雙塔一機(jī)3種方案，每種方案都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場景。1.1單塔單機(jī)方案塔式熔鹽光熱項(xiàng)目普遍采用單塔單機(jī)的布置方案，其特點(diǎn)是一個(gè)集熱塔對應(yīng)一臺發(fā)電機(jī)組，適合鏡面采光總面積比較小的項(xiàng)目[2]。該方案結(jié)構(gòu)相對簡單，在這種方案下，一個(gè)集熱塔對應(yīng)1臺發(fā)電機(jī)組，能夠高效地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。隨著鏡面采光總面積的不斷增大，鏡場效率呈現(xiàn)下滑趨勢，會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)性不足的現(xiàn)象。1.2雙塔雙機(jī)方案雙塔雙機(jī)方案[3]是指兩個(gè)集熱塔分別對應(yīng)2臺發(fā)電機(jī)組。這種布置方案可以在提高單臺機(jī)組容量及發(fā)電效率的同時(shí)不降低鏡場的效率，在提升系統(tǒng)容量和可靠性方面具有一定優(yōu)勢，但也可能增加管道工程量和投資成本。1.3雙塔一機(jī)方案雙塔一機(jī)方案是指兩個(gè)集熱塔共同為1臺發(fā)電機(jī)組提供熱量。該方案在提升系統(tǒng)可靠性和靈活性方面具有顯著優(yōu)勢，同時(shí)也有助于優(yōu)化管道布局和減少工程量。它能夠在保證發(fā)電效率的同時(shí)，降低建設(shè)和運(yùn)維成本，為光熱項(xiàng)目的發(fā)展提供了新的思路。2"不同方案布置的對比分析單塔單機(jī)、雙塔雙機(jī)及雙塔一機(jī)這3種方案的聚光集熱系統(tǒng)，在基礎(chǔ)的配置架構(gòu)上是基本相同的，然而在涉及熱力系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、熱力控制系統(tǒng)及布局安排，以及特定的冷鹽泵、中繼罐、中繼冷鹽泵的配置等方面還存在差異。為了具體說明這些差異，本文以三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目為例。通過對比不同系統(tǒng)配置下的主要管道工程量，得出不同方案在實(shí)際應(yīng)用中的不同需求和工程復(fù)雜度。2.1項(xiàng)目概況三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目是甘肅省首批大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目采用了與常規(guī)塔式光熱發(fā)電技術(shù)不同的“雙塔一機(jī)方案”。其光熱發(fā)電部分運(yùn)用了塔式熔鹽技術(shù)，裝機(jī)容量達(dá)到100MW，并采用了雙塔一機(jī)的配置。定日鏡場占地面積廣闊，達(dá)到了301.07hm2，配置了26954面29.7m2的長方形定日鏡，總采光面積近81萬m2。2.2不同方案系統(tǒng)配置對比采用三種不同布置方案的系統(tǒng)配置如表1所示。2.2.1單塔單機(jī)與雙塔一機(jī)相比二者的熱力系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、熱工控制系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量保持一致，均為1套。然而，雙塔一機(jī)方案在結(jié)構(gòu)上有所不同，它將原本的單個(gè)聚光集熱系統(tǒng)拆分為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，并增設(shè)了中繼間和中繼泵。這一設(shè)計(jì)使得雙塔一機(jī)方案能夠在兩個(gè)鏡場中選擇聚光效率更高的一個(gè)進(jìn)行使用，從而提高整體效率。2.2.2雙塔一機(jī)與雙塔雙機(jī)相比雙塔一機(jī)將原本雙塔雙機(jī)中的兩個(gè)獨(dú)立發(fā)電區(qū)合并為了一個(gè)單元。這一合并導(dǎo)致熱力系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及熱工控制系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量從兩套減少到了一套。盡管設(shè)備數(shù)量減少，但雙塔一機(jī)方案由于增設(shè)了中繼罐和中繼泵，其熔鹽泵的總數(shù)量在3個(gè)方案中是最多的。2.2.3管道及保溫材料用量對比單塔單機(jī)方案由于僅包含單套聚光集熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，因此其熱力系統(tǒng)及儲熱系統(tǒng)所使用的管道與保溫材料用量是最少的。相比之下，雙塔一機(jī)方案將發(fā)電區(qū)布置在地勢較低的塔下，增加了從另一座吸熱塔到儲換熱區(qū)域的熔鹽管道長度，從而導(dǎo)致其熱力系統(tǒng)及儲熱系統(tǒng)所使用的管道及保溫材料用量在三個(gè)方案中是最多的。而雙塔雙機(jī)方案，由于其系統(tǒng)配置為兩套2×50MW，因此其熱力系統(tǒng)及儲熱系統(tǒng)的管道及保溫材料用量介于單塔單機(jī)和雙塔一機(jī)之間。2.33種布置方案的特性分析三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目為風(fēng)電、光伏、光熱一體化項(xiàng)目，光熱電站主要發(fā)揮儲能調(diào)峰[4]作用，同時(shí)擬通過電加熱系統(tǒng)回收部分棄電，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軆Υ鎇5]到光熱電站熔鹽儲熱系統(tǒng)中。在白天光資源較好的時(shí)段，光熱電站對光伏讓路，以20%左右低負(fù)荷運(yùn)行或停機(jī)。光熱電站低出力運(yùn)行會導(dǎo)致系統(tǒng)平均效率降低，在此條件下雙塔雙擊的運(yùn)行靈活性相較于單塔單機(jī)/雙塔一機(jī)更高[6]。而在夜間晚高峰時(shí)段，光熱電站可以發(fā)揮其大容量儲熱系統(tǒng)的優(yōu)勢，在光伏沒有出力的情況下滿發(fā)運(yùn)行，此時(shí)，單塔單機(jī)和雙塔一機(jī)因機(jī)組容量更大，更有利于提高熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率。對比這3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。2.4經(jīng)濟(jì)性對比通過對3種方案在材料用量和系統(tǒng)配置方面進(jìn)行了對比分析，得出3種方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差異，其結(jié)果如表3所示。通過表3，可以得出以下結(jié)論。2.4.1在經(jīng)濟(jì)性方面雙塔一機(jī)方案相較于單塔單機(jī)方案，雖然投資增加了約6500萬元，但每年可額外增加發(fā)電收入831萬元。投資增加部分的回收期約為7.82a，這表明雙塔一機(jī)方案在經(jīng)濟(jì)上是可行的。對比雙塔雙機(jī)方案與單塔單機(jī)方案，發(fā)現(xiàn)雙塔雙機(jī)的投資增加高達(dá)約17500萬元，而年額外增加的發(fā)電收入?yún)s僅為831萬元，導(dǎo)致投資增加部分的回收期長達(dá)約24.72a。這一結(jié)果清晰地表明，雙塔雙機(jī)方案在經(jīng)濟(jì)上不具備優(yōu)勢。2.4.2在技術(shù)性能方面根據(jù)熔鹽管道的長度，對雙塔一機(jī)和雙塔雙機(jī)的冷鹽泵出口至吸熱器熔鹽管道進(jìn)行了阻力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，熔鹽管道長度的增加會導(dǎo)致管道散熱損失的增加，進(jìn)而需要增加電伴熱的長度和功耗。具體來說，雙塔一機(jī)方案的長距離熔鹽管道增加的阻力約為0.912MPa。然而，盡管存在這一阻力增加，雙塔雙機(jī)方案在將各個(gè)系統(tǒng)合并后，熱力系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)等用電設(shè)備的總量減少，同時(shí)設(shè)備容量增大，這有利于提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并降低全廠的電耗。此外，系統(tǒng)合并后還能在一定程度上減少運(yùn)行和維護(hù)的工作量，從而降低運(yùn)維費(fèi)用。多塔一機(jī)方案（以雙塔一機(jī)為例）類似于并聯(lián)系統(tǒng)，相較于單塔串聯(lián)系統(tǒng)，其系統(tǒng)可靠性得到了提高。因此，雙塔一機(jī)方案不僅在經(jīng)濟(jì)性上有所提升，還使整個(gè)一體化項(xiàng)目的綜合效益得到了增強(qiáng)。3"項(xiàng)目選擇與實(shí)施通過對3種工藝方案系統(tǒng)配置、主要管道工程量和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較，得出了以下結(jié)論。在系統(tǒng)配置方面，雙塔一機(jī)方案相較于單塔一機(jī)方案，雖然初投資略有增加，但其發(fā)電量卻實(shí)現(xiàn)了顯著提升，從而展現(xiàn)出明顯的綜合經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。此外，雙塔一機(jī)方案還增設(shè)了中繼泵和中繼罐，這一設(shè)計(jì)減小了長軸冷鹽泵的揚(yáng)程，有效控制了振動，提高了冷鹽泵的運(yùn)行可靠性。同時(shí)，該方案還有助于大幅度提升國產(chǎn)化率，為運(yùn)行維護(hù)提供了有力保障。在管道工程量方面，雙塔一機(jī)方案相較于雙塔雙機(jī)方案，通過優(yōu)化管道布局和減少管道數(shù)量，有效降低了工程量。這一優(yōu)勢不僅有助于降低項(xiàng)目成本，還能夠提高施工效率，從而進(jìn)一步提升項(xiàng)目的整體效益。在經(jīng)濟(jì)性方面，作為衡量布置方案優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，雙塔一機(jī)方案在項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性上展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。該方案通過提高系統(tǒng)可靠性和降低管道工程量，實(shí)現(xiàn)了成本的有效控制，進(jìn)一步提升了項(xiàng)目的整體效益?；谝陨蠈Ρ确治?，三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目最終選擇了雙塔雙鏡場單機(jī)的布置方案。這一選擇不僅驗(yàn)證了雙塔一機(jī)方案在提升系統(tǒng)可靠性方面的顯著優(yōu)勢，還進(jìn)一步證明了其在項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)越性。通過實(shí)施該布置方案，項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了高效、清潔的能源生產(chǎn)，為當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)的調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。綜上所述，雙塔一機(jī)方案以其出色的系統(tǒng)配置、優(yōu)化的管道工程量以及顯著的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，成為了三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目的理想選擇。通過對三峽恒基能脈瓜州70萬kW“光熱儲能+”項(xiàng)目布置方案的研究，揭示了不同布置方案在系統(tǒng)配置、主要管道工程量、經(jīng)濟(jì)性等方面的表現(xiàn)。通過對比分析，項(xiàng)目選擇了雙塔雙鏡場單機(jī)的布置方案，并驗(yàn)證了其在提升系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢。未來，隨著光熱發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，同類項(xiàng)目的規(guī)劃與實(shí)施將更加注重布置方案的選擇和優(yōu)化。[1]趙令金．塔式光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展研究[J].光源與照明，2024（9）：13