供稿｜海南州能源局、海南州建设创新示范区领导小组办公室

  在全球能源转型发展的背景下，我国始终遵循能源发展“四个革命、一个合作”战略思想。“十三五”期间，我国把发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向，坚持发展非化石能源与清洁高效利用化石能源并举，逐步降低煤炭消费比重，提高天然气和非化石能源消费比重，大幅降低二氧化碳排放强度和污染物排放水平，优化能源生产布局和结构，促进生态文明建设。

  随着我国“双碳”目标的深入推进，青海省海南藏族自治州根据《国务院关于同意海南藏族自治州建设国家可持续发展议程创新示范区的批复》，以建设海南藏族自治州国家可持续发展议程创新示范区（以下简称海南州创新示范区）为引领，发挥自身得天独厚的清洁资源优势，聚力高原清洁能源持续综合利用，大力发展清洁能源，着力在打造国家清洁能源产业高地建设中走在青海全省前列，为青海省建设“国家重要的新型能源产业基地”做出了有益探索，并为全国可再生清洁能源的发展提供了宝贵的经验和启示。

  找准突破口：用光热发电破解可再生能源发展的短板

  目前，以光伏风电为代表的清洁能源发电系统受气象条件的制约，具有间歇性、波动性和随机性等特点，对电力系统的安全性和供电可靠性提出了挑战。随着我国大规模新能源机组占比不断提升，煤电占比持续降低，西部地区风电和光伏依赖煤电打捆外送模式将不可持续。一些特高压外送通道由于缺少调节电源，通道的输电功率与设计值相差甚远，发出的风电、光伏电力无法送出，出现弃风、弃光现象，造成了资源浪费。作为可再生清洁能源的光热发电技术调节性能优良，可根据系统需要参与系统调峰、调频，从而显著提高电力系统的调节能力和运行灵活性，是解决上述问题的方法之一。

  青海太阳能资源丰富，太阳能年总辐射量达5800至7400兆焦/平方米，位居全国第二；可用于新能源开发的荒漠化土地约10万平方公里，特别是柴达木盆地土地较为平整，光热发电关键材料熔盐资源居全国首位，发展光热具有得天独厚的优势。



  为加快青海省“十四五”光热发电项目建设，更好发挥光热发电项目在能源保供增供和电力系统灵活调峰方面的作用，2023年7月，青海省能源局会同国家能源局西北监管局、青海省发展和改革委员会等相关部门制定印发了《关于推动“十四五”光热发电项目规模化发展的通知》，从规划布局、竞争配置、要素保障、电价支持、参与市场、项目管理、调度运营、生态效率八个方面对青海省内光热规模化发展作出了制度化安排，助力加快打造国家清洁能源产业高地。

  1.光热发电技术的重要作用

  光热发电是太阳能利用的一种形式，区别于光伏发电，光热发电利用反射镜等聚光设备将太阳的直接辐射能聚集在吸热器上，加热吸热器中的吸热介质，将光能转化成热能，再利用吸热介质的热能通过蒸汽发生系统产生高温高压蒸汽，利用高温高压蒸汽通过汽轮发电机组实现热能到机械能再到电能的转换。光热发电兼具调峰电源和储能的双重功能，可以实现用新能源调节、支撑新能源，可以为电力系统提供更好的长周期调峰能力和转动惯量，提高光伏风电等新能源的利用效率，是新能源安全可靠替代传统能源的有效手段，亦是我国新能源产业新的增长点。光热发电技术在“双碳”目标和新型电力系统构建中将发挥重要作用。

  青海省2023年常规支撑电源装机共1651万kW，系统支撑调节能力不足。随着青海省推进国家清洁能源产业高地战略逐步深入，白天弃电、夜间缺电问题日益突出。共和县位于青海省海南藏族自治州北部、青海湖以南、黄河以北，平均海拔3200米，年平均气温4.3℃，降水量小，太阳辐射强烈，光照时间长，光照充足，平均每天日照时间达8小时，多年平均日照时数为2922.6小时，适合建设光热电站，利用光热发电解决这一难题。

  2.建设光热发电示范项目

  由中国电建新能源集团有限公司投资建设的青海共和50MW塔式光热电站是国家首批光热发电示范项目之一，2018年5月正式开工建设，至2019年9月19日机组实现并网发电，建设工期历时500余天，2021年4月完成首批示范项目验收工作，2021年7月正式进入商业运行阶段。装机规模为50MW，总占地2.12km2，主要由常规岛、储换热、聚光集热三大系统组成，电站总采光面积为60.032万m2，使用20m2定日镜30 016面，储热容量790MWth，储热介质与传热介质均选用40%KNO3+60%NaNO3的二元熔盐。场址位于共和县城西南部约12公里处的塔拉滩上规划的青海省海南州生态太阳能发电园区内。园区场地地形平缓开阔，地面海拔2750～2970米，总体地势西高东低，坡度不大。场址区紧邻G214国道，交通便利。



  破解难题：示范项目具有技术创新性与先进性

  本项目采用了新技术、新工艺，取得了成功经验，其相应的研究成果通过中国可再生能源学会、中国电力企业联合会鉴定，相关研究成果达到国际先进水平，其中在塔式太阳岛动态响应及性能评估技术、储换热系统设计等方面达到国际领先水平。

  1. 技术创新性

  （1）提出基于群体智能算法的多分区组合型镜场布置方法

  本项目首次提出了基于群体智能算法的多分区组合型定日镜场布置方法，在提高镜场土地利用率的同时，镜场效率计算值相比国内外主流厂家和典型镜场排布方法提高1.5%以上，从而直接提升了光热电站的集热量和发电量，并成功应用于项目实际建设中。

  （2）提出高低温熔盐储罐罐体与基础之间的连接技术

  本项目熔盐储罐总高 15.3米，内径25 米，为圆筒固定拱顶储罐。针对储罐运行工况特性，以储罐的材料选择、温度场及应力场的强度和变形分析为基础，通过分析验算项目储罐对于基础强度、沉降、耐高温和绝热的要求，首次提出储罐基础与熔盐罐的下部罐底钢板直接接触，即刚性连接。

  经检测，刚性连接的绝热层沉降量不大于10mm，满足项目要求，体现了创新设计的安全可靠。

  （3）应用国内首台双转速、频繁启停、15%～100%的宽负荷光热发电专用汽轮机

  汽轮机是光热发电系统的重要装备之一，其性能对光热电站的经济性影响较大，而且对设计和工艺制造能力的要求也要远高于传统火电用汽轮机。本项目汽轮机选型以提高机组循环效率和安全可靠为原则，通过多工况热力平衡计算，并结合储换介质参数、聚光集热和储换热工艺，进行了匹配分析，从压力、温度、排汽压力及形式、成本、可靠性等角度，选用了国内首台双转速、频繁启停、15%～100%的宽负荷光热发电专用汽轮机，以低负荷运行，启动曲线优异，能够安全稳定工作，解决了光热汽轮机组由于频繁启停导致的故障问题，为后续光热项目提供了宝贵的运行经验。

  （4）搭建国内首个塔式光热电站性能评估和预测仿真软件平台

  采用机理建模的方法建立了塔式光热电站各主要设备的静态和动态模型，并采用数据驱动的建模方法建立了运行边界条件的预测模型，研发出国内首套塔式光热电站性能评估和预测仿真软件平台。平台可计算不同时间尺度下的性能指标，并基于实际数据进行模型修正，用于系统预演和优化，以指导电站设计、评估和运行。

  此平台和主流性能评估软件进行了模拟计算及对比分析，其计算结果相差在1%以内，验证了本模型的计算精度。此外，对典型日的模型计算结果与电站实际运行数据进行了分析，计算值与实测值在汽轮机组整体出力上吻合良好。该平台实现了光热电站各主要系统和设备的机理建模，解决了光热电站熔盐温度、发电量等各项运行参数预测困难的问题，为电站的运维检修和运行优化提供了良好的工具。

  （5）首次探索将“数字孪生”技术应用在塔式熔盐光热电站项目的设计过程中，提升了效率

  充分应用移动互联网、物联网、云平台、大数据、人工智能等现代前沿信息技术，建立涵盖智能作业、智能巡检、智能设备、智能安全、多系统联动、远程监视和移动APP应用的智慧运维管控系统。实现了光热电站各系统的三维可视化，大大降低了运维和控制难度。

  2.技术先进性

  中电建青海共和50MW塔式光热电站全面贯彻海南州国家可持续发展议程创新示范区建设要求，充分发挥光热发电清洁绿色、具有长时热储能和稳定出力的优势，在项目设计建造工程中，整合全产业链资源，高效高质建成全球第四座、国内第三座商业化并网发电的熔盐塔式光热发电项目，为光热行业发展树立了典范，促进了光热发电技术的进步。

  （1）引进、消化、吸收和系统集成创新：项目通过引进技术、消化、吸收转化，形成独特的系统集成创新，通过新型镜场优化设计、镜场与集热协同控制、储换热与发电协同控制，实现聚光集热、储换热及发电系统的有机结合。

  （2）先进的设计手段：采用CATIA、Bentley、PDMS、Revit等多种三维设计软件，对定日镜场、吸热塔、吸热器、常规岛、储换热等各部分进行三维深化设计。通过“双胞胎”模型的搭建，提前发现和解决“错漏碰缺”等常见病问题，减少工程设计变更，施工质量、进度及费用得到有效控制。

  （3）环保理念贯穿始终：电站对运行产生的废水进行回收利用，实现电站废水“零排放”；大面积镜场未进行大规模场地平整，保护生态环境，减少水土流失，充分发挥了光热发电系统绿色环保的优势。

  经验与启示：为国家可再生清洁能源的发展提供样本

  （1）节能减排效果显著。电站投产后，运行的全过程几乎不产生任何污染源，相比于传统火电厂可减少大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等温室/有害气体排放，节能减排效果显著，将对大气污染治理产生积极作用。更为重要的是，电站具有储能、平滑出力、调峰和连续稳定发电的功能，有利于稳定电力系统运行，相对于光伏、风电更容易被电网所接受，是优质的调节电源。按照“十四五”中央推进的可再生能源发展战略，实施可再生能源替代行动，持续构建多元化电力生产格局、支持清洁能源发电大力发展的要求，构建以新能源为主体的新型电力系统。太阳能热发电作为可再生和清洁的能源，将成为“双碳”目标实施中不可或缺的中坚力量。

  （2）兼具储能和调峰功能。本项目采用创新和先进技术建成的中电建青海共和50MW塔式光热电站，不仅输送了大量清洁电力，降低了二氧化碳和其他有害气体的排放，且作为兼具储能和调峰功能的调节电源，为海南州创新示范区的建设做出了重要贡献。

  中电建青海共和50MW塔式光热电站的成功运营也为其他地区树立了一个良好的榜样。随着全球可再生能源的不断发展，更多的国家和地区可以效仿其做法，通过积极发挥光热电站的调峰调频和储能等功能，稳定电力系统运行并提高光伏风电等其他清洁能源的利用率，从而积极推动清洁能源产业的发展，为环保事业和全球气候治理做出更大的贡献。中电建青海共和50MW塔式光热电站的先行先试，为后续光热项目的实施和国家可再生清洁能源的发展积累了宝贵的经验。

   作者：杨根本、刘广、索南扎西、张学鹏、刘思静
  来源：《可持续发展经济导刊》2024年10-11期
  编辑：王秋蓉