亚洲新能源德令哈50MW光热发电可行性研究报告.pdf

亚洲新能源德令哈 50MW太阳能热发电工程 可行性研究阶段 可行性研究报告（总的部分）中国电力工程顾问集团西北电力设计院 2013 年 097 月 插入设计院咨询资质证书 批 准 人：陈 继 平 审 核 人：钟 晓 春 校 核 人：李永生 魏宏博 樊守峰 张爱军 杨 峰 周 爽 鲁 奇 李红星 单 红 彭 兢 黄从新 姚友成 马继军 范丽霞 陈丽明 刘熙峰 李忠峰 李卫林 编 写 人：魏宏博 赵晓辉 冯 晶 杨 峰 何世杰 雷亚莉 何邵华 李海涛 陈 薇 程 欣 孔 麟 林 伟 王 磊 石 晶 王建强 惠晓娟 郭亚真 目 录 1 概述概述 .11.1 项目概况 .11.2 建设的必要性 .11.3 编制依据 .51.4 设计范围 .61.5 主要设计原则 .71.6 工作简要过程 .72 太阳能资源太阳能资源 .82.1 太阳能的优缺点.82.2 太阳能发电技术.92.3 太阳能资源分析.143 电站与系统的连接电站与系统的连接 .243.1 海西电网现况 .243.2 地区电网发展规划 .263.3 电厂在电力系统中的作用 .263.4 电厂与系统连接方案设想 .273.5 电厂电气原则主接线 .274 建厂条件建厂条件 .284.1 站址概述 .284.2 交通运输 .304.3 水源 .314.4 工程地质与地震 .344.5 水文气象条件 .475 工工程设想程设想 .645.1.站区总体规划 .645.2 太阳岛系统 .675.3 装机方案 .845.4 热力系统 .855.5 系统运行模式 .885.6 电气部分 .915.7 供水系统 .925.8 化学水处理系统.1045.9 热工自动化 .1065.10 厂房布置 .1085.11 建筑结构选型 .1085.12 采暖通风 .115 6 环境保护环境保护 .1166.1 设计依据及设计目的.116 6.2 环境和水土影响分析.118 6.3 生态环境影响分析.121 6.4 环境保护措施.123 6.5 水土保持设计.127 6.6 环保投资.134 6.7 环境和水土影响结论及建议.134 6.8 建议.135 7 劳动安全与工业卫生劳动安全与工业卫生 .1357.1 设计原则及设计规范.135 7.2 工程劳动安全与工业卫生危害因素分析.141 7.3 劳动安全与工业卫生对策措施.142 7.4 劳动安全与工业卫生机构设置.147 7.5 事故应急救援预案.149 7.6 投资概算.151 7.7 预期效果评价.152 7.8 存在的问题和建议.152 8 电站定员电站定员 .1528.1 电厂定员 .1538.2 主要生产管理设施 .1548.3 电站运行维护 .1559 施工组织设计施工组织设计 .1559.1 施工条件.155 9.2 施工总布置.156 9.3 工程征租地.158 9.4 主体工程施工.158 9.5 施工总进度.163 10 投资估算及财务分析投资估算及财务分析 .16410.1 投资估算 .16410.2 投资估算主要编制原则 .16410.3 经济效益分析 .16911 风险分析风险分析 .17211.1 市场风险分析 .17211.2 技术风险分析 .17211.3 工程风险分析 .17311.4 资金风险分析 .17311.5 外部协作风险分析 .17312 经济与社会影响分析经济与社会影响分析 .173 12.1 区域经济影响分析 .17312.2 宏观经济影响分析 .17412.3 社会影响效果分析 .17412.4 社会适应性分析.17412.5 社会风险及对策分析 .17413 抗灾能力分析抗灾能力分析 .17413.3 抗地质灾害能力.17513.4 抗极端天气能力.17514 节能及减排效益分析节能及减排效益分析 .17515 结论和建议结论和建议 .17615.1 结论 .17615.2 建议 .177 附 图 目 录 附图1 站址地理位置图 附图2 站区总平面布置规划图 附图3 站区施工组织平面布置图 附图4 原则性热力系统图 附图5 汽机房0米主要设备布置图 附图6 汽机房中间层4.2m主要设备布置图 附图7 汽机房运转层8.0m主要设备布置图 附图8 汽机房框架主要设备布置图 附图9 汽机房横剖面图 附图10 电气主接线 附图11 全厂自动化系统及其计算机网络配置图 附图12 供水系统图 附图13 水量平衡图 附 件 目 录（支持性文件）附件 1：青海省发展和改革委员会 青发改函2012481 号“关于同意亚洲新能源（中国）有限公司开展德令哈 50 兆瓦太阳能光热发电项目前期工作的函”附件 2：海西州能源局 西能源201295 号“关于申请开展亚洲新能源（中国）有限公司开展德令哈 300 兆瓦（一期 50 兆瓦）太阳能光热并网发电项目前期工作的请示”附件 3：德令哈市国土资源局 德国土资函201260 号“关于亚洲新能源（中国）有限公司开展德令哈 300 兆瓦（一期 50 兆瓦）太阳能光热并网发电项目初步选址用地的复函”附件 4：德令哈市环保局 德政环函201307 号“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址环境影响意见”附件 5：德令哈市水利局 德政水字201343 号“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址用水的意见”附件 6：德令哈市文化体育广播电视局 德政文广字201355 号“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址区压覆文物情况的复函”附件 7：德令哈市交通局 德交函字201355 号“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址有关交通初步意见的回函”附件 8：银行承诺贷款函 待补支持性文件目录（不限于以下文件）附件 1：国家能源局文件“关于同意亚洲新能源（中国）有限公司开展德令哈 50 兆瓦太阳能光热发电项目开展前期工作的函”附件 2：青海省发展和改革委员会“关于同意亚洲新能源（中国）有限公司开展德令哈 50 兆瓦太阳能光热发电项目申请中央预算内投资补助的复函”附件 3：地质灾害危险性评估报告备案登记表 附件 4：建设项目压覆矿产资源情况调查表 附件 5：德令哈市住房和城乡建设局“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址规划意见”附件 6：德令哈市林业局“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址的意见”附件 7：西部机场集团青海机场有限公司函“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目吸收塔对机场影响的复函”附件 8：当地军事单位“关于亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司德令哈 50 兆瓦光热并网发电项目选址的意见”亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1 1 页页 1 概述 1.1 项目概况 项目名称：亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程。厂址位置：拟选址位于青海省德令哈市西出口太阳能发电基地内,距离德令哈市约8 公里，老 G315 国道以北，柏树山以南，陶斯图路与资源路之间，占地面积约 200hm2。图 1.1 工程场地地理位置示意图 建设规模：亚洲新能源光热发电示范电站项目规划装机规模为 50MW，本期建设 1座 50MW 塔式太阳能热发电站，设计安装 1 套高温、高压再热凝汽式汽轮发电机组。项目性质：新建 投资单位：亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司。资金来源：自筹资金 20%，银行贷款 80%。工程进度：一期工程计划 2014 年 3 月开工，2015 年 8 月投产。1.2 建设的必要性 1 2.1 全球能源发展趋势 随着世界经济的高速发展，煤炭、石油、天然气等一次性传统能源迅速消耗。一方亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 2 2 页页 面，导致全球能源需求与能源供给的矛盾日益突出。另一方面，导致生态环境的不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，进而严重威胁到人类社会的可持续发展。因此，能源的开发利用与环境保护互相协调发展，将是确保人类社会可持续发展的根本性基础。为保护生态环境，促进可持续发展，除了对常规能源采取积极措施，提高利用率以减少消耗和控制污染外，世界各国对可再生能源的开发利用均提出了明确的目标，制定了支持可再生能源发展的各种法规和政策，积极鼓励用清洁能源替代高含碳量的矿物燃料，把开发利用新能源和可再生能源作为一个优先选择的替代方案，从而使包括太阳能、生物质能、风能、水能等在内的可再生能源技术水平不断提高，产业规模在全球范围内逐渐扩大。国际能源署的研究资料表明，在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下，可再生能源的发展已经取得长足进步。在能源消费方面，预计到 2020 年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的 20%，可再生能源在能源消费中的总比例将达 30%。而在可再生能源发电占总发电量比重上，到 2020 年美国、德国、英国和法国这一比重都将提高到 20%以上；到 2050 年，德国和法国可再生能源发电将达到50%。上述资料表明可再生能源已经日益成为促进全球能源结构多样化和确保可持续发展的重要能源形式。1.2.2 中国能源未来发展趋势 从中国的能源消费需求和能源生产情况来看，中国的能源供应具备如下特征：能源资源总量少，人均占有量低，中国能源资源总量约为世界的 40%；根据 IEA(国际能源总署)统计，如果按目前世界能源消耗水平计算，全球石油资源大约可供开采约 45 年，天然气约 61 年，煤炭约 230 年，铀约 71 年。中国的能源保证程度：石油约为 15 年，天然气约为 30 年，煤炭约 81 年，铀约为 50 年，大大低于世界平均水平。必须指出的是，能源资源保证程度是以中国目前能源消费量计算的，若按照 2020 年中国的能源需求预测量估算的话，煤炭、石油和天然气的资源保证程度，则分别下降到 30 年、5 年和 10年。在这种传统能源不能满足中国经济发展的情况下，中国发展新能源和利用可再生能源发电是必然的选择。与传统能源相比，新能源具有污染少、环保的特点。相对于燃煤发电，利用可再生能源发电可有效减少碳排量，有助于实现节能减排目标。只有大力发展可再生能源，才亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 3 3 页页 能促进国民经济和社会可持续发展，保证经济安全和社会长治久安。从资源、环境、社会发展的需求而言，开发和利用可再生能源是未来发展的必然趋势。1.2.3 中国发展太阳能热发电的战略意义 无论从世界还是从中国角度来看，可供开发利用的一次性常规能源储备已经非常有限。同时，以化石能源为主的能源消费结构对环境及气候变化产生了极大的负面影响，对经济和环境发展构成了极大威胁。长远来看，可再生能源将取代一次性能源成为未来全球及我国的主要能源来源，是解决目前所面临的全球能源危机，促进全球可持续发展的根本之路。由于气候变化及环保的压力以及保障能源安全的问题，风电在全球范围内均得到迅猛发展，然而，由于风能具有间歇性、随机性等特征，导致风电在能源结构中的作用受到很大的限制。因此，风电无法替代常规火电的地位成为未来骨干能源形式。经过多年的开发，中国水电资源的开发已逐渐达到饱和状态，未来发展空间极为有限。资料显示，中国太阳能资源十分丰富，1971-2000 年的近 30 年，太阳年总辐照量平均在 10502450kW.h/m2之间，大于 1050kW.h/m2的地区占国土面积的 96%以上。中国陆地表面每年接受的太阳能辐射相当于 1.7 万亿吨标准煤，仅仅开发利用 0.7%的太阳能辐射，就可解决目前中国的能源消费问题，且每年至少可减少排放二氧化碳的碳量近 3.5亿吨，减少二氧化硫、氮氧化物、烟尘的排量近 2500 万吨。从确保能源安全，促进可持续发展的角度而言，太阳能将是未来人类主要的能源资源之一，是解决人类目前所面临的能源危机和环境问题的有效方案。太阳能发电包括太阳能光伏发电和太阳能热发电两种形式，与太阳能光伏发电相比较，太阳能热发电具有如下优点：(1)发电稳定性优于光伏发电和风力发电等其它可再生能源；(2)热发电可以实现规模化发电；(3)可用中间储热工质进行储能，白天边发电边储热，夜间利用储热工质所储热能发电；(4)能够与传统火力发电机兼容，形成混合动力机组，保证电网稳定运行，从而具有高度的可靠性；(5)太阳能利用效率高于光伏；亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 4 4 页页 鉴于上述特点，世界各国均把太阳能热发电的商业化开发和利用作为未来替代能源重要的发展方向而加以推动，太阳能热发电产业也得到了极大的发展。近几年，我国太阳能产业发展迅猛，太阳能热水器以及光伏电池产业均居世界首位，但太阳能热发电产业发展十分缓慢，产业的研发水平与商用化程度远远落后于世界发达国家水平。2004 年，南京建成了一座 70kW 的塔式太阳能原理示范热发电厂，八达岭兆瓦级太阳能热发电试验电站于 2011 年底建成投产，内蒙古鄂尔多斯太阳能热发电特许权项目即将开工。到目前为止，国内还没有一座商用化的太阳能热发电厂投入运行使用。为了促进太阳能发电产业的发展，2007 年以来，国家先后出台可再生能源中长期发展规划、可再生能源发展“十二五”规划和太阳能发电“十二五”规划。按照规划，到 2015 年，太阳能发电总容量将达到 1000 万千瓦，并网光热容量 150万千万。发展太阳能热电产业，寻求太阳能热电技术的突破并进行规模化的应用，对于确立未来能源结构形式，掌握主流能源技术，解决未来所面临的能源问题，确保未来能源安全，促进可持续发展具有非常长远的战略意义。1.2.4 项目建设的必要性 1.2.4.1 满足地区电力需求，为地区供电提供保障 近年来德令哈经济发展迅速，其地区电量和负荷将进入一个快速增长期。根据负荷预测和电力平衡结果，“十二五”期间海西电网电力缺口较大，至 2015年电力缺口将达 1675MW。本工程的投产有助于满足海西地区用电负荷增长需要，提高海西电网供电可靠性。1.2.4.2 太阳能资源丰富，综合开发条件好 青海海西地区太阳能资源丰富，太阳辐射强，日照充足，温度日差大，空气干燥，在该地建设太阳能聚热电站，充分利用海西地区太阳能资源，不仅可满足地区电网不断增长的电力需求，同时还可以提高系统稳定运行水平。1.2.4.3 节能减排，改善生态、保护环境的需要 在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限，再不加大清洁能源和可亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 5 5 页页 再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源结构中将近 76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的生态环境已经造成了极大的破坏。大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和实现国民经济可持续发展的必然选择。提高可再生能源利用率，尤其发展太阳能发电是改善生态、保护环境的有效途径。1.2.4.4 推动地方经济发展 随着西部大开发战略的实施，海西地区的经济必将进入一个高速发展时期，也将大大提高海西电网的电力需求，因此，及时启动开发海西地区的电源点可以促进、配合当地经济的发展。充分利用海西地区丰富的太阳能资源，实施太阳能聚热发电的电力建设项目可以有效地促进当地资源的开发和利用，适应西部大开发战略的逐步实施，为海西地区工业迅速发展提供充足、可靠的电力，推动地方经济的发展。1.2.4.5 示范和促进太阳能聚热发电技术发展 拟建的亚洲新能源太阳能热电站项目将在 50MW 级太阳能聚热发电的设计、产品技术和标准规范等方面起到重要的示范作用。项目建成发电后将为我国后续大容量荒漠太阳能聚热发电项目提供数据支持，为太阳能热发电事业积累建设、运营和管理经验，为更多更好地建设大容量太阳能聚热并网电站打下扎实基础。1.2.4.6 改善区域电网稳定性 不同于光伏发电夜间不能发电以及发电量受天气变化影响的特点，太阳能光热发电具有与现有电网匹配性好、连续稳定发电和调峰发电能力强等特点。光热发电利用熔融盐作为蓄热介质，可以储存近 400 度的高温热能，储存的能量在数十万千瓦小时以上，成本比蓄电池低一个数量级。青海省为新能源发电利用大省，区域内光伏发电、风力发电较多，光伏发电、风力发电具有受气象变化影响不稳定的的特点，其发电输出对电网冲击较大。而光热发电具有储热功能，可以稳定的连续发电，将对地区电网的稳定性起到很大的改善作用。1.3 编制依据 亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 6 6 页页 1.3.1 亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司、中国电力工程顾问集团西北电力设计院可行性研究设计勘测设计合同 1.3.2 亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司取得该项目的各级政府部门的相关文件（详见附件目录）1.3.3 国家发展和改革委员会中华人民共和国可再生能源法；1.3.4 国家发展和改革委员会可再生能源中长期发展规划；1.3.5 国家发展和改革委员会可再生能源发展“十二五”规划；1.3.6 国家、地方及行业的有关法规、政策；1.4 设计范围 西北院负责设计研究的项目：发电厂界区范围内的项目建设条件、场地初勘、总体规划、总平面布置、交通道路、设备选择及各个系统的确定、生产组织、安全卫生、环保、消防及施工组织、工程概算和经济评价，主机设备招标技术文件编制等工作。发电厂界区范围原则上以界区外 1m为界。具体包括如下内容：（1）项目场址及技术方案比选；（2）发电厂界区范围内全部工艺系统、土建部分的设计；（3）厂区总体规划：包括与电厂有关的交通运输、施工水源、电源、污水排放、出线、厂外管线、施工区规划等；（4）厂区总布置：包括厂区总平面布置、竖向布置、道路、各种管线、电缆、围墙、厂大门、绿化设计等；（5）厂区及施工区内的场地平整和土方平衡；（6）厂区及生产设施区内的道路、上下水道及照明等全部工程；（7）厂区内各辅助、附属生产设施以及厂区围墙的设计；（8）厂内升压站；（9）化学水处理系统和生活污水处理系统；（10）厂区污水排放及工业废水处理系统；（11）冷却水系统和补给水系统；亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 7 7 页页 （12）辅助锅炉燃料的输送、贮存系统和道路的规划；（13）环境保护和治理工程；（14）全厂通讯设施；（15）编制工程估算，财务、经济评价及风险分析。（16）光资源分析、发电量计算、太阳岛设计（工艺、设备、布置以及造价估算）、储能系统和蒸汽发生系统的总体设计（工艺、设备及布置以及造价估算）和土建工程。1.5 主要设计原则(1)总装机容量：50MW；最大年发电利用小时数为 2915h；(2)安装 1 套高温、高压再热凝汽式汽轮发电机组；主蒸汽参数：535，11.0MPa。(3)厂址方案：青海省德令哈市西出口太阳能发电基地内。(4)水源：电站生产和生活用水德令哈市自来水公司的自来水。(5)接入系统：接入 110KV 地方变电站。(6)排水：生产、生活污水排放至市政管网，雨水散排至站区外。(7)汽轮机排汽冷却方式：直接空冷。(8)厂用电源：取自市电。1.6 工作简要过程 1.6.1 参加工作的单位和人员组成 序号 姓 名 工 作 单 位 职务或职称 亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司 1 郑 镭 亚洲新能源集团 董事局副主席 2 曹 经 亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司 经理 3 徐 刚 亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司 项目经理 西北电力设计院 1 陈继平 西北电力设计院 副院长 2 钟晓春 西北电力设计院 主管总工 3 李永生 西北电力设计院 发电设计分公司副总经理、新能源设计管理部主任 4 魏宏博 发电项目设计分公司新能源设计管理部 设总 5 赵晓辉 热机脱硫室 高工、博士 亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 8 8 页页 序号 姓 名 工 作 单 位 职务或职称 6 何世杰 电气室 高工 7 雷亚莉 自动化室 工程师 8 何邵华 土建室 工程师 9 李海涛 建筑规划室 高工 10 陈 薇 建筑规划室 工程师 11 程 欣 暖通室 工程师 12 冯 晶 给排水室 高工 13 杨 峰 化水室 工程师 14 石 晶 技经室 高工 15 林 伟 环保室 高工 16 孔 麟 水工结构室 工程师 17 王 磊 系统规划部 高工 18 王建强 岩土工程室 高工 19 惠晓娟 水文气象室 工程师 20 郭亚真 测量室 工程师 1.6.2 工作过程 2013 年 5 月，亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司与西北电力设计院签订亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目可行性研究编制合同。2013 年 7 月，西北电力设计院编制完成亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目可行性研究报告。在报告编制过程中，亚洲新能源太阳能发电（德令哈）有限公司各级领导对项目可研报告的编制非常关注，亲自参与原则制定并及时提供相关资料和提出宝贵意见，为报告的顺利完成创造了有利条件。在此，对为报告顺利编制完成创造条件和提供帮助的各级领导和相关人员一并表示诚挚的谢意！2 太阳能资源 2.1 太阳能的优缺点 2.1.1 太阳能的优点 为保证人类稳定、持久的能源供应，必须优化目前以资源有限、不可再生的化石能亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 9 9 页页 源为基础的世界能源结构，建立资源无限、可以再生、多样化的新的能源结构，走经济社会可持续发展之路。在众多的新能源中，太阳能由于独特的优势，正受到越来越多的关注：（1）储量“无限性”。太阳每秒钟放射的热量大约是 3.751023kW，其中到达地球陆地表面的辐射能大约为 1.71013kW，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的 35000 多倍，太阳的寿命至少尚有 40 亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间是无限的。（2）分布普遍性。相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大部分地区存在普遍性，可就地取用，这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好的前景。（3）利用清洁性。太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎对环境不造成任何的污染。（4）利用的经济性。一是太阳能可以免费随地取用；二是在目前的技术发展水平下，太阳能的利用不仅可能而且可行。随着科学技术的不断发展和突破，从中长期角度看，太阳能的开发利用将具有显著的经济性。2.1.2 太阳能的缺点（1）能量密度低，晴朗白昼的正午，1m2 面积接受的太阳能平均只有 1kW 左右。作为一种能源，这样的能量密度是很低的。因此在实际利用时，往往需要一套面积相当大的太阳能收集设备，这就使得设备占地面积大、用料多、结构复杂、成本高、影响了推广使用。（2）随机性：到达某一地面的太阳直接辐射能，由于受气候、季节等因素的影响，是极不稳定的。这就给大规模的利用增加了不少困难。（3）间歇性：到达地面的太阳直接辐射能，随昼夜的交替而变化。这就使大多数太阳能设备在夜间无法工作，需要研究和配备储能设备，以便在晴天时把太阳能收集并存起来，供夜晚或阴雨天使用。2.2 太阳能发电技术 2.2.1 概况 太阳能发电的方式主要有通过热过程的“太阳能热发电”和不通过热过程的“光伏发电”、“光感应发电”、“光化学发电”及“光生物发电”等。太阳能热发电技术是指将吸收的太阳辐射热能转化成电能的发电技术。它包括两大类型：一类是利用太阳亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1010 页页 热能直接发电，如半导体或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和热离子发电以及碱金属热电转换和磁流体发电等，这类发电的特点是发电装置本体没有活动部件，但目前此类发电量小，有的方法尚处于原理性试验阶段，尚未进入商业化应用；另一类是将太阳热能通过转换成蒸汽带动汽轮发电机发电，其基本组成与常规发电设备类似，只不过其热能是从太阳能转换而来，这一类主要包括塔式太阳能热发电，槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电。国内常见的已初具规模或具有前景的太阳能发电方式包括太阳能光伏发电和太阳能热发电两种。2.2.2 太阳能光伏发电概述 太阳能光伏发电是一种直接将太阳辐射能转换为电能的新型发电技术，这种技术利用光电池效应原理，通过太阳能电池吸收阳光，将太阳的光能直接变成电能，又称光电池发电。太阳能光伏发电系统按功能方式，通常可分为独立光伏发电系统（也称离网系统）、并网光伏发电系统和混合光伏发电系统。按是否聚光，可分为聚光发电系统（CPV 系统）和非聚光发电系统两大类。太阳能光伏发电不消耗燃料,清洁无污染,在实际应用中解决了世界上许多特殊地区和边远地区的用电问题。随着政府的政策扶植和投资者增加,目前光伏发电进入了一个快速发展期,但总体来看,光伏发电产业尚处于起步阶段,主要是由于太阳能发电初期投资大,控制成本高,而太阳能转化效率比较低,且容易受天气等多种因素影响。2.2.3 太阳能热发电介绍 太阳能热发电是光伏发电技术以外的另一有很大发展潜力的太阳能发电技术。它是将吸收的太阳辐射热能转化成电能的发电技术。它包括两大类型：一类是利用太阳热能直接发电，如半导体或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和热离子发电以及碱金属热电转换和磁流体发电等，这类发电的特点是发电装置本体没有活动部件，但目前此类发电量小，有的方法尚处于原理性试验阶段，尚未进入商业化应用；另一类是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本组成与常规发电设备类似，只不过其热能是从太阳能转换而来，这一类主要包括塔式太阳能热发电，槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电。亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1111 页页 (1)塔式太阳能热发电。又叫集中型太阳能热发电，它是在很大面积的场地上安装许多台定日镜，每台配有独立的跟踪机构，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上。接收器的聚光倍率可超过 1000 倍。在这里把吸收的太阳光能转换成热能，再将热能传导给工质，经过储热环节，再输转换成蒸汽后推动汽轮发电机发电。原则上，主要由聚光子系统、集热子系统、储热子系统和发电子系统组成。由于储能装置的加入，发电部分可以不受日照瞬息性的变化而连续稳定发电。(2)槽式太阳能热发电。利用槽型抛物面反射镜将太阳光聚焦到集热器对传热工质加热，在换热器内产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电的系统。其特点是聚光集热器由许多分散布置的槽型抛物面聚光集热器串联、并联组成。槽型抛物面集热器是一种线聚焦集热器，其聚光比较塔式系统低得多，吸收器的散热面积也较大，因而集热器所能达到的介质工作温度一般不超过 400，属于中温系统。能量集中过程依赖于管道和泵，因而传热管路比塔式系统复杂，传热损失和阻力损失也较大。(3)碟式太阳能热发电。也称为盘式系统，主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可产生非常高的温度。这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般功率为 10 25 kW，聚光镜直径约 10 15m；也可用于较大的用电户，把数台至十数台装置并联起来，组成小型太阳能热电站。自从 1950 年原苏联设计建造了世界第一座塔式太阳能集热发电小型试验装置和1976 年法国在比利牛斯山区建成世界第一座电功率达 100kW 的塔式太阳能集热发电系统之后，20 世纪 80 年代以来，美国、意大利、法国、前苏联、西班牙、日本、澳大利亚、德国、以色列等国相继建立起各种不同类型的试验示范装置和商业化试运行装置，促进了太阳能热发电技术的发展和商业化进程。据不完全统计，仅在 19811991 年 10 年期间，全世界就共建成了 500kW 以上太阳能热发电试验电站 20 余座。20 世纪八九十年代世界上已建成的塔式太阳能集热电站如下表所示。它们基本上都是试验电站，目的是为设计建造更大型的商业电站提供技术和经济上的依据。表 2.2.3-1 世界上已建成的塔式太阳能试验电站 电站名称 额定容量(MW)国家 建设费用($106)每千瓦投资($104/kW)投运时间 EURELICS 1 欧共体 25 2.50 1981 亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1212 页页 SSPS-CRS 0.5 IEA 17.1 3.42 1981 SunShine 1 日本 21.9 2.19 1981 Solar One 10 美国 140 1.40 1982 THEMIS 2.5 法国 23.6 0.944 1983 CESA-1 1 西班牙 18 1.80 1983 CC-5 5 前苏联-1985 TSA 1 西班牙-1993 Solar Two 10 美国 48.5 4.85 1996 数据来源：综合 Solar Two 试验电站是美国太阳能热发电计划中最令人瞩目的一个项目，是推进塔式系统商业化进程的先导工程。其为建设商业规模的 30200MW 的塔式太阳能集热电站提供了经验和数据，降低了技术和经济上的风险。Solar Two 试验电站硝酸盐储热系统从 1996 年一直运行到 1999 年结束，是目前最为成熟的储热系统。Solar Two 试验电站验证了采用熔盐技术可以使电站具有较好的技术和经济性，极大地推进了塔式太阳能集热发电站的商业化进程。目前已商业运营的太阳能热电站包括美国 eSolar 的 Sierra SunTower 和西班牙Abengoa 的 PS10、PS20，其详细参数见下表。表 2.2.3-2 世界上已商业运营的塔式太阳能热电站 Sierra SunTower PS10 PS20 装机容量(MW)5 11 20 国家 美国 西班牙 西班牙 建设单位 eSolar Abengoa Abengoa 年发电量(MWh)-23400 48000 投入时间 2009 2007 2009 数据来源：NREL Abengoa Solar 公司建于西班牙Seville的PS10 电站是世界上第一座商业化的并网运行的塔式太阳能集热电站。电站装机容量 11MW，2005 年奠基，于 2007 年 6 月并网发电。亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1313 页页 图 2.2.3 PS10 和 PS20 电站 与 PS10 比肩而立的 PS20 是世界上第二座投入商业运营的塔式太阳能集热电站，也是世界上最大的运行的塔式太阳能集热电站。该电站在 PS10 的基础上做了许多改进。包括高效的接收器，控制系统上的改进以及一套更加完善的储热系统。PS20 电站装机容量为 20MW，年发电量超过 40000MWh。2.2.4 国内太阳能热发电的发展和现状 我国的太阳能热发电技术研究起步比较晚，直到 20 世纪 70 年代才开始进行基础研究，在“七五”期间，湘潭电机厂与美国空间电子公司合作，研制了 2 套 5kW 的抛物面聚焦型太阳热发电机，但由于价格过高，加上工艺、材料、部件及相关技术等没有得到根本解决，而未能得到推广使用。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，中国科学院电工研究所内建造了小型抛物面槽式真空管高温集热装置。近年来，我国对太阳能热发电技术的研究给予了相当大的重视，得到了一定的发展，南京江宁区 2005 年建成了国内第一座太阳能热发电示范电站（容量 70kW）。为此，我国政府在“十一五”计划中安排了数亿元资金，开发太阳能塔式聚光发电技术。上个世纪 80 年代，有关部门组织进行过槽式聚光太阳热发电项目的论证，但最终亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1414 页页 因投资成本高等原因被搁浅。国家科技部也相继部署过一些槽式聚光太阳热发电项目，但亦未形成专有技术和产品。国家“十一五”可再生能源发展规划明确提出，要建 50MW 等级的太阳热发电示范项目。国家“可再生能源中长期发展规划”及“可再生能源发展十一五规划”均明确指出，“太阳能热发电已经历了较长时间的试验运行，基本上可达到商业运行要求”，“为促进我国太阳能发电技术的发展，做好太阳能技术的战略储备，建设若干个太阳能光伏发电示范电站和太阳能热发电示范电站。到 2010 年，建成大型并网光伏电站总容量 2 万千瓦、太阳能热发电总容量 5 万千瓦。到 2020 年，全国太阳能光伏电站总容量达到 20 万千瓦，太阳能热发电总容量达到 20 万千瓦。”2.3 太阳能资源分析 2.3.1 我国太阳能资源的时空分布 我国属世界上太阳能资源丰富的国家之一。根据 1971-2000 年的近 30 年平均，年单位面积上我国太阳辐射总量约在 10502450kWh/之间，大于 1050kWh/的地区占国土面积的 96%以上。全国总面积 2/3 以上地区年日照时数大于 2000 h。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属世界太阳能资源丰富地区之一。每年太阳辐射到我国 960 万平方千米的土地上的能量，相当于 1.7万亿吨标准煤。因此，我国太阳能资源的总量十分丰富。我国太阳能资源的年分布，总的来看具有高原大于平原、内陆大于沿海和气候干燥大于气候湿润区等特点。青藏高原为一稳定的辐射高值区，高中心在雅鲁藏布江流域一带，我国太阳年总辐射量最大值可达到 2450kWh/(相当于 280W/)以上。高值带由此向东北延伸，内蒙古高原也为一相对的高值区，等值线在高原东部边缘密集。与青藏高原东部紧邻的四川盆地辐照量很快下降，为我国辐射资源相对较低的地区。计算可得 1961-1990 年我国太阳年总辐照量的分布，通过比较可以看出我国太阳年总辐照量在前三十年（1961-1990 年）与后三十年（1971-2000 年）的变化大致为：（1）低值区明显地向东扩展。原位于贵州、重庆、四川东南部的 1050 kWh/（相当于 120 W/）低值中心向北略有扩大，但 1230kWh/(相当于 140W/)等值线向东向南明显扩展至整个长江中下游及江南和华南的大部。（2）东北低值范围扩大。原来低于 1400kWh/(相当于 160W/)的范围为黑龙江、吉林及内蒙古北部，现向南扩展至辽宁大部及内蒙古中部地区。亚洲新能源德令哈 50MW 太阳能热发电项目工程 可行性研究报告 可行性研究阶段 第第 1515 页页 （3）西部地区太阳年总辐照量略有增加。原来西北东南走向的 1580kWh/(相当于 180W/)等值线基本上被 1750kWh/(相当于 200W/)线所代替，即 1580kWh/(相当于 180W/)等值线向东略有扩展。青藏高原上原来两个 1930kWh/(相当于 220W/)高中心现已连成一片，这可能是机器绘制与手工绘图的误差，有待今后进一步仔细分析。总的结论是，前三十年与后三十年我国太阳年总辐照量总的分布趋势大致不变，但东部年总辐照量有所减弱，尤其是长江中下游、江南、华南大部以及东北地区；我国西部地区后三十年太阳年总辐照量值略有增加。图 2.3.1-1 我国年平均太阳日太阳辐照度分布图（W/）我国 1961-1990 年间的年太阳直射辐射分布见图