摩洛哥努奧二期槽式光熱電站設計特點

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及設計特點。電站配置采用槽式導熱油換熱、熔鹽儲熱發電技術，建設1×200MW汽輪發電機組，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;蒸汽發生器系統采用2×50%雙列布置;熔鹽儲熱系統采用雙組四罐布置，每組儲熱容量為1562.5 MWth;年運行小時數3924， 年凈發電量703，807MWh。本項目在大開口槽式集熱器、V型空冷島、大體積熔鹽罐基礎設計、多工況廠用電計算、熔鹽泵平臺設計及導熱油支墩設計等方面具有鮮明的特點;在主要技術指標方面處于國際領先水平。

關鍵詞：摩洛哥努奧? 槽式光熱? 設計特點

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，對中國公司掌握光熱發電前沿技術，具有重要的意義。自工程建設伊始，本項目就引起了全球范圍廣泛關注。中央電視臺財經頻道、阿拉伯語頻道、《人民畫報》、《創新世界周刊》、摩洛哥國家阿語電視頻道等國內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、調研和指導工作，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計特點的提煉總結，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電園區內。努奧光熱園區規劃裝機容量510MW。一期工程裝機容量160MW，采用槽式導熱油技術，已于2015年11月并網發電;二期工程裝機容量200MW，采用槽式導熱油技術;三期工程裝機容量150MW，采用塔式熔鹽技術。努奧二期于2018年3月13日順利完成機組10d可靠性運行，投產發電。

1.2 電站配置及主要技術參數

本項目采用槽式導熱油換熱、熔鹽儲熱發電技術，建設1×200MW汽輪發電機組，配置7.3h雙罐熔鹽儲熱，太陽倍數為1.79。

鏡場采用SENERtrough?-2大開口槽式集熱器;

蒸汽發生器系統采用2×50%雙列布置;

熔鹽儲熱系統采用雙組四罐布置，每組儲熱容量為1562.5 MWth;

年運行小時數3924， 年凈發電量703，807MWh。

1.3 總平面布置

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

2? 主要工藝系統介紹

本項目主要工藝系統包括：鏡場集熱系統;導熱油傳熱系統;油鹽換熱及儲熱系統;蒸汽發生器系統;常規島發電及BOP系統。

2.1 鏡場集熱系統

努奧二期鏡場設計采光面積為1779900m2，由425個集熱器回路（LOOP）構成。每個導熱油回路長約640m，由4個長約160mSCA組成，串聯“U”布置，將導熱油由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套驅動裝置，每個SCA可獨立于其他SCA進行調節。每個SCE主要由32面（4×8）拋物面反射鏡、3根吸熱管、支撐架等構成。

2.2 導熱油傳熱系統

HTF傳熱系統主要包括：鏡場HTF管網系統、導熱油泵、膨脹溢流系統、導熱油防凝系統和氣隙處理和再生系統等。導熱油循環系統配置7×16.7%導熱油泵，6用1備，配置變頻驅動器，以便能夠調整泵的流量匹配鏡場、蒸汽發生系統和儲熱系統的要求。溢流膨脹系統設置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。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

設置2組儲熱設施，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℃，設計溫度均為400℃。2組熔鹽罐儲存熱量2×1562.5MWth。儲熱介質二元鹽（60%NaNO3，40%KaNO3）。

每組主要系統包括：

冷鹽罐（1座）：直徑44.1m，高16.6m;

材質：碳鋼;

冷鹽泵：3x50%，變頻;

油/鹽換熱器：配3臺管殼式換熱器，管側HTF油，殼側為熔鹽;

熱鹽罐（1座）：直徑44.1m，高16.6m;材質：碳鋼;

熱鹽泵：3x50%，變頻;

疏鹽系統;

氮氣系統。

2.4 蒸汽發生系統

通過SGS系統，產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%容量預熱器（省煤器），蒸汽發生器，過熱器和再熱器。高溫導熱油分2路同時進入過熱器和再熱器，換熱后的低溫導熱油回HTF循環系統。

主要設備參數：

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 常規島及BOP系統

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

汽水系統：3級低加、1級除氧和2級高加6級回熱系統;設置100%旁路。

給水泵：3×50%，配變頻。

凝結水泵：2×100%，配變頻。

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

凝汽器：直接空冷。

輔助燃油系統：設有1臺燃油輔助鍋爐和1臺HTF防凝鍋爐。

3? 主要設計特點

3.1 首次在大型商業化項目中應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，本項目的投產發電，成為全球首個應用SENERtrough?-2的大型商業項目。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。經優化系統設計，本項目機組啟動時間縮短至35min，優于同類電站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A型空冷島結構形式相比，V型結構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型結構降低了鋼平臺的高度，在結構上可以節省大量的鋼材。同時其結構采用模塊式結構，每一個單元是一個模塊，可以每個單元為模塊進行運輸，現場只需進行地面的結構框架拼裝，減少了鋼結構的高空作業和施工難度，便于現場的安裝，節省了現場的安裝工期。

本工程采用V型空冷島，較A型可節省約30%鋼結構用量，節省安裝周期2.5個月，具有良好的經濟效益。

3.4 大體積熔鹽儲罐基礎設計

本項目共設置四座熔鹽罐，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，經過對不同保溫厚度，不同風管個數及間距等方面進行分析對比，得出本項目最優設計方案：

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

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，引入運行系數來計算設備實際運行負荷，得出各工況下廠用電負荷。經現場實測，現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 全廠性能優化

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

3.7 熔鹽泵平臺結構設計

熔鹽泵平臺采用混凝土筒體支撐+頂部鋼結構懸挑方案。

熔鹽泵上部鋼結構懸臂梁采用格構式，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構，提供了較大自重，為抗傾覆提供了有利條件;同時混凝土筒結構提供較好的抗側移剛度，另外上部鋼結構橫向節點剛接，滿足了設備位移和動力速度要求。混凝土筒體內部可以布置鋼梯，作為人員檢修通道。

3.8 大推力導熱油管道支墩設計

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

4? 主要技術指標

如圖2所示。

5? 結語

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、系統最復雜的光熱項目，在新技術、新設備、新材料、新結構的應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，將槽式光熱電站的建設提升到了一個新的高度，為全球光熱發電領域提供了又一個成功的典范。

參考文獻

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