摩洛哥努奧二期槽式光熱電站設(shè)計特點

王武君

摘? ?要：本文詳細論述了摩洛哥努奧二期槽式光熱電站主要工藝系統(tǒng)及設(shè)計特點。電站配置采用槽式導(dǎo)熱油換熱、熔鹽儲熱發(fā)電技術(shù)，建設(shè)1×200MW汽輪發(fā)電機組，配置7.3h雙罐熔鹽儲熱。鏡場采用6.9m大開口槽式集熱器，集熱面積1779900m2， 共425個U型集熱器回路;蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)采用2×50%雙列布置;熔鹽儲熱系統(tǒng)采用雙組四罐布置，每組儲熱容量為1562.5 MWth;年運行小時數(shù)3924， 年凈發(fā)電量703，807MWh。本項目在大開口槽式集熱器、V型空冷島、大體積熔鹽罐基礎(chǔ)設(shè)計、多工況廠用電計算、熔鹽泵平臺設(shè)計及導(dǎo)熱油支墩設(shè)計等方面具有鮮明的特點;在主要技術(shù)指標方面處于國際領(lǐng)先水平。

關(guān)鍵詞：摩洛哥努奧? 槽式光熱? 設(shè)計特點

摩洛哥努奧光熱電站是中國公司首次在海外承建的光熱工程，工程匯集了當今世界先進的槽式集熱器技術(shù)，對中國公司掌握光熱發(fā)電前沿技術(shù)，具有重要的意義。自工程建設(shè)伊始，本項目就引起了全球范圍廣泛關(guān)注。中央電視臺財經(jīng)頻道、阿拉伯語頻道、《人民畫報》、《創(chuàng)新世界周刊》、摩洛哥國家阿語電視頻道等國內(nèi)外主流媒體爭相報道，中國氣候變化代表團、國家能源局、中國駐摩洛哥大使館、青島市政府、摩洛哥政府等先后對努奧項目進行考察、調(diào)研和指導(dǎo)工作，使得努奧項目成為中國海外光熱的一張新的名片。通過對項目的主要設(shè)計特點的提煉總結(jié)，以便同行參考。

1? 項目簡介

1.1 工程概況

摩洛哥努奧二期200MW槽式光熱電站位于摩洛哥努奧光熱發(fā)電園區(qū)內(nèi)。努奧光熱園區(qū)規(guī)劃裝機容量510MW。一期工程裝機容量160MW，采用槽式導(dǎo)熱油技術(shù)，已于2015年11月并網(wǎng)發(fā)電;二期工程裝機容量200MW，采用槽式導(dǎo)熱油技術(shù);三期工程裝機容量150MW，采用塔式熔鹽技術(shù)。努奧二期于2018年3月13日順利完成機組10d可靠性運行，投產(chǎn)發(fā)電。

1.2 電站配置及主要技術(shù)參數(shù)

本項目采用槽式導(dǎo)熱油換熱、熔鹽儲熱發(fā)電技術(shù)，建設(shè)1×200MW汽輪發(fā)電機組，配置7.3h雙罐熔鹽儲熱，太陽倍數(shù)為1.79。

鏡場采用SENERtrough?-2大開口槽式集熱器;

蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)采用2×50%雙列布置;

熔鹽儲熱系統(tǒng)采用雙組四罐布置，每組儲熱容量為1562.5 MWth;

年運行小時數(shù)3924， 年凈發(fā)電量703，807MWh。

1.3 總平面布置

全廠總占地面積為680hm2，其中動力島區(qū)域占地面積為12.8hm2。動力島區(qū)布置在鏡場中央，按照工藝流程劃分為4個功能分區(qū)，分別為汽輪發(fā)電機組（PB）和附屬設(shè)施（BOP）區(qū)、蒸汽發(fā)生器（SGS）區(qū)、導(dǎo)熱油（HTF）區(qū)和熔鹽儲換熱區(qū)。

2? 主要工藝系統(tǒng)介紹

本項目主要工藝系統(tǒng)包括：鏡場集熱系統(tǒng);導(dǎo)熱油傳熱系統(tǒng);油鹽換熱及儲熱系統(tǒng);蒸汽發(fā)生器系統(tǒng);常規(guī)島發(fā)電及BOP系統(tǒng)。

2.1 鏡場集熱系統(tǒng)

努奧二期鏡場設(shè)計采光面積為1779900m2，由425個集熱器回路（LOOP）構(gòu)成。每個導(dǎo)熱油回路長約640m，由4個長約160mSCA組成，串聯(lián)“U”布置，將導(dǎo)熱油由298℃加熱到393℃。

每個SCA由12個集熱單元（SCE）及13個塔架（含1個驅(qū)動塔架，1個終端塔，1個共享塔和10個中間塔）組成。每個SCA配1套驅(qū)動裝置，每個SCA可獨立于其他SCA進行調(diào)節(jié)。每個SCE主要由32面（4×8）拋物面反射鏡、3根吸熱管、支撐架等構(gòu)成。

2.2 導(dǎo)熱油傳熱系統(tǒng)

HTF傳熱系統(tǒng)主要包括：鏡場HTF管網(wǎng)系統(tǒng)、導(dǎo)熱油泵、膨脹溢流系統(tǒng)、導(dǎo)熱油防凝系統(tǒng)和氣隙處理和再生系統(tǒng)等。導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)配置7×16.7%導(dǎo)熱油泵，6用1備，配置變頻驅(qū)動器，以便能夠調(diào)整泵的流量匹配鏡場、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和儲熱系統(tǒng)的要求。溢流膨脹系統(tǒng)設(shè)置1個膨脹箱，6個溢流罐，2×100%溢流泵和2個過濾器及氮封系統(tǒng)。膨脹箱高位布置，溢流罐布置于膨脹箱下方。

2.3 油鹽換熱及熔鹽儲熱系統(tǒng)

設(shè)置2組儲熱設(shè)施，每組包括1座冷鹽罐和1座熱鹽罐，冷鹽罐運行溫度為292℃，熱鹽罐運行溫度為386℃，設(shè)計溫度均為400℃。2組熔鹽罐儲存熱量2×1562.5MWth。儲熱介質(zhì)二元鹽（60%NaNO3，40%KaNO3）。

每組主要系統(tǒng)包括：

冷鹽罐（1座）：直徑44.1m，高16.6m;

材質(zhì)：碳鋼;

冷鹽泵：3x50%，變頻;

油/鹽換熱器：配3臺管殼式換熱器，管側(cè)HTF油，殼側(cè)為熔鹽;

熱鹽罐（1座）：直徑44.1m，高16.6m;材質(zhì)：碳鋼;

熱鹽泵：3x50%，變頻;

疏鹽系統(tǒng);

氮氣系統(tǒng)。

2.4 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)

通過SGS系統(tǒng)，產(chǎn)生滿足汽輪機要求的蒸汽。本項目采用雙列布置，每列各配置1臺50%容量預(yù)熱器（省煤器），蒸汽發(fā)生器，過熱器和再熱器。高溫導(dǎo)熱油分2路同時進入過熱器和再熱器，換熱后的低溫導(dǎo)熱油回HTF循環(huán)系統(tǒng)。

主要設(shè)備參數(shù)：

過熱器出口：10.76MPa，382.7℃，769.7t/h;

再熱器出口：2.25MPa，381.6℃，635.8t/h。

2.5 常規(guī)島及BOP系統(tǒng)

汽輪發(fā)電機采用西門子SST800-500機型，為中間再熱高壓低溫機組，單機出力200MW，發(fā)電機出口電壓15.75kV，1回225kV架空線送出。主要系統(tǒng)配置如下。

汽水系統(tǒng)：3級低加、1級除氧和2級高加6級回熱系統(tǒng);設(shè)置100%旁路。

給水泵：3×50%，配變頻。

凝結(jié)水泵：2×100%，配變頻。

閉冷水系統(tǒng)：采用WSAC（WET SURFACE AIR COOLER），介質(zhì)為除鹽水。WSAC的噴水為蒸汽發(fā)生器的排污水和RO濃鹽水。

凝汽器：直接空冷。

輔助燃油系統(tǒng)：設(shè)有1臺燃油輔助鍋爐和1臺HTF防凝鍋爐。

3? 主要設(shè)計特點

3.1 首次在大型商業(yè)化項目中應(yīng)用更大開口槽式集熱器- SENERtrough?-2

本項目采用了開口尺寸大、聚光比高的大開口槽式集熱器SENERtrough?-2，本項目的投產(chǎn)發(fā)電，成為全球首個應(yīng)用SENERtrough?-2的大型商業(yè)項目。另外SENERtrough?-2配置了80mm的集熱管，進一步減少了鏡場的溢出損失，提升鏡場的光學效率。

3.2 世界首臺單機容量最大的光熱型汽輪機

本項目汽輪機采用西門子單軸兩缸兩排汽中間一次再熱機型，單機出力為200MW，是世界上首臺單機容量最大的光熱型汽輪機。與常規(guī)汽輪機相比，光熱型汽輪機具有快速啟動、頻繁啟停和快速變負荷等特點，從而保證最大程度的滿足光資源變化對機組運行提出的各項要求。經(jīng)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，本項目機組啟動時間縮短至35min，優(yōu)于同類電站40min最快啟動指標。

3.3 世界首臺200MW等級“V”型直接空冷凝汽器

與傳統(tǒng)A型空冷島結(jié)構(gòu)形式相比，V型結(jié)構(gòu)風機布置在空冷散熱器的上方，風機采用引風式，空氣擴散效果更好，取消了擋風墻，熱風回流影響更小。由于V型結(jié)構(gòu)降低了鋼平臺的高度，在結(jié)構(gòu)上可以節(jié)省大量的鋼材。同時其結(jié)構(gòu)采用模塊式結(jié)構(gòu)，每一個單元是一個模塊，可以每個單元為模塊進行運輸，現(xiàn)場只需進行地面的結(jié)構(gòu)框架拼裝，減少了鋼結(jié)構(gòu)的高空作業(yè)和施工難度，便于現(xiàn)場的安裝，節(jié)省了現(xiàn)場的安裝工期。

本工程采用V型空冷島，較A型可節(jié)省約30%鋼結(jié)構(gòu)用量，節(jié)省安裝周期2.5個月，具有良好的經(jīng)濟效益。

3.4 大體積熔鹽儲罐基礎(chǔ)設(shè)計

本項目共設(shè)置四座熔鹽罐，冷熱熔鹽罐各兩座。通過理論計算和FLUENT模擬分別對罐底散熱損失進行計算，經(jīng)過對不同保溫厚度，不同風管個數(shù)及間距等方面進行分析對比，得出本項目最優(yōu)設(shè)計方案：

地基保溫層厚度為1100mm ， LECA層厚度為800mm，通風管個數(shù)為56根，管間距為0.77m時，最終底部溫度能達最優(yōu)。該項目的成功實施，首次解決和驗證了大型熔鹽的基礎(chǔ)設(shè)計。

3.5 多工況廠用電計算

光熱電站運行工況繁多，且受天氣影響大，運行工況多變。在本工程設(shè)計時，通過對運行工況和廠用電負荷特性的分析，引入運行系數(shù)來計算設(shè)備實際運行負荷，得出各工況下廠用電負荷。經(jīng)現(xiàn)場實測，現(xiàn)場各工況下的實際廠用電與采用上述方法計算的廠用電差別很小，計算值與實測值非常接近。通過本項目的成功實施，首次掌握了槽式光熱電站多工況廠用電的計算方法。

3.6 全廠性能優(yōu)化

性能指標中的太陽倍數(shù)關(guān)系到電站集熱系統(tǒng)容量與發(fā)電系統(tǒng)容量之間的差別，對一個光熱電站的鏡場設(shè)計及全場效率性能至關(guān)重要。而儲熱系統(tǒng)能保障電站的電力輸出平穩(wěn)性和連續(xù)運行性，在滿足電網(wǎng)需求的同時獲得最大的經(jīng)濟效益。相同裝機要求的電站可對應(yīng)不同采光面積的聚光場，太陽倍數(shù)與儲熱時長這兩個參數(shù)是影響聚光場面積的決定性參數(shù)。綜合考慮業(yè)主對鏡場采光面積、發(fā)電量、儲熱時間的要求以及項目初投資成本和經(jīng)濟性因素，本項目最終確定：太陽倍數(shù)為1.79，儲熱時長7.3h，有效儲熱容量為3208MWht。本項目年總凈發(fā)電量為703807MWh，年可利用小時數(shù)達3924。

3.7 熔鹽泵平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

熔鹽泵平臺采用混凝土筒體支撐+頂部鋼結(jié)構(gòu)懸挑方案。

熔鹽泵上部鋼結(jié)構(gòu)懸臂梁采用格構(gòu)式，增加懸臂剛度，解決了鹽泵平臺懸挑跨度較大，荷載較大的問題;本工程風荷載很大，在基礎(chǔ)無空間加大，且不能深埋的情況下，鋼平臺下部采用鋼筋混凝土筒式結(jié)構(gòu)，提供了較大自重，為抗傾覆提供了有利條件;同時混凝土筒結(jié)構(gòu)提供較好的抗側(cè)移剛度，另外上部鋼結(jié)構(gòu)橫向節(jié)點剛接，滿足了設(shè)備位移和動力速度要求?；炷镣搀w內(nèi)部可以布置鋼梯，作為人員檢修通道。

3.8 大推力導(dǎo)熱油管道支墩設(shè)計

針對鏡場廠家提出的導(dǎo)熱油管道限位支架的位移要求（10mm）和線剛度要求（1800kg/mm），通過優(yōu)化比選確定采用混凝土底板+短柱墻的基礎(chǔ)形式利用回填土對基礎(chǔ)提供一部分豎向力，以此來增大基礎(chǔ)底面的摩擦力，抵抗導(dǎo)熱油管道的水平推力。較努奧一期傳統(tǒng)支墩基礎(chǔ)，本次導(dǎo)熱油管道支墩的設(shè)計節(jié)省混凝土用量約7500m3，節(jié)約項目成本約1500萬元。

4? 主要技術(shù)指標

如圖2所示。

5? 結(jié)語

摩洛哥努奧二期200MW槽式光熱電站，作為世界上單機容量最大、系統(tǒng)最復(fù)雜的光熱項目，在新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等方面具有鮮明的特點，在光熱電站各要素的整合，性能保證等方面做了很多有益的嘗試。本項目的建成投產(chǎn)，將槽式光熱電站的建設(shè)提升到了一個新的高度，為全球光熱發(fā)電領(lǐng)域提供了又一個成功的典范。

參考文獻

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