研究 | 提升光热电站内部收益率，首先要做好这两项工作

电力18讯：

 近日，数项最新研究显示，光热电站如果能在设计和建设阶段提前做好决策和规划，就可以持久有效地降低运维成本，提高利润。

 

根据华北电力大学相关研究人员此前所做的“中国光热电站成本效益分析报告”，如果运维成本下降20%，塔式、槽式和菲涅尔式三种技术路线光热发电站的内部收益率可分别从12.33%、11.72%和11.43%提高至13.41%、12.79%和12.49%。

 

而参考现有的工程估算和新近拟建的项目，国际可再生能源机构（IRENA）预测，光热电站的运维成本从20美元/MWh到40美元/MWh不等。因为不涉及燃料成本，运维成本只包括两个方面：保险费用（每年的成本大约是初期投资的0.5%-1%）和维护费用（主要涉及反射镜的清洗和更换）。

 

Exera能源公司的运维主管Juan Manuel Medel在接受媒体采访时表示，降低运维成本的唯一方法是做好电站的维护工作。降低维护成本的一个方法是使用预测分析软件，另一个是在设计电站时，尽量让清洗成本最小化。

 

定日镜大小和排列精度至关重要

未来光热电站的维护成本会受到电站技术路线、定日镜（或反射镜）尺寸大小和排列精度的影响。意大利帕多瓦大学工业工程系教授Giovanni Manente就在研究中发现，线性菲涅尔电站的反射镜占整个太阳岛面积的60%-70%，槽式系统占33%，相比来说菲涅尔反射镜更容易被接触到，维护成本也就更低。

 

定日镜的排列精度也同样重要。2016年，全球装机最大的光热发电项目Ivanpah光热电站的三号塔曾发生一起小型火灾，导致电站事故之后一个多月的发电量降低了三分之一，而火灾发生的原因正是定日镜的排列出现偏差，聚焦的强大光束射向了集热塔的2/3高度约300英尺（约91米）处，最终引起电线起火并导致蒸汽管道等相关设备受损。

因此Medel强调，在可再生能源领域，生产延迟是不可逆转的损失，因此运行人员必须采取主动，有效预测维护中可能出现的问题，确保电站保持良好的状态。

 

南非斯泰伦博斯大学的工程教授Arvind Sastry Pidaparthi在最新的研究报告中指出，选择合适的定日镜尺寸是降低塔式光热电站固定维护成本的的关键因素。根据他此前在SolarPACES2013年发表的一项研究结果，如果考虑到组件、安装和检测和运维的因素，定日镜最佳尺寸应为140㎡。

此后通过研究美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的成本模型以及他自己设计的南非配备8小时储热系统的100MW光热电站的成本模型，Pidaparthi得出结论：定日镜的最佳面积大小大约为115.56㎡。

 

按照美国国家可再生能源实验室（NREL）的成本模型，如果一个塔式电站配备8709台定日镜，每台148㎡，那么该电站每年的维护成本就是1064万美元。而在Pidaparthi的成本模型中，一个电站如果配备8131台定日镜，每个面积为115.56㎡的话（总面积939618.36㎡），所需的维护人员与更大的镜场相同，也需11人，但每年的维护成本仅为811万美元。

而如果总体规模类似，定日镜的尺寸越小，所需的数量就越多，从而需要更多的维护人员，成本也就更高。比如，单台定日镜尺寸43.33㎡，总数量21，679台的镜场（总面积939351.07㎡），每年需要12个维护人员，每年的维护成本为827万美元。

 

镜面清洗如何安排？算好时间最关键

 

IRENA发布的2017年可再生能源发电成本报告显示，光热电站最大的费用支出板块是镜面清洗，包括用水成本、因镜面破损导致的反射镜和集热管更换。

 

反射镜的清洁度直接影响反射镜的反射率，并最终影响着光热电站的发电量。《国际可持续与绿色能源》杂志上月发表的一篇关于美国路易斯安那州槽式试验电站的维护报告指出，如何用更经济有效的方式保持镜面清洁是光热技术面临的最大挑战。

 

西班牙研究人员之前的一项研究发现，最有效的清洗方式是使用去离子水和刷子，雨季的平均清洗效率是98.8%，旱季则是97.2%。路易斯安那州槽式光热电站在采用高压清洗装置时，就使用了去离子水和3M公司设计的一种顶端带有超细纤维布料的请洗刷。这种清洗方式可将反射镜的反射率恢复到最初性能的95.5%。

 

此外，镜面清洗的时间安排也至关重要，在电站规划期间就可以着手计算，并确保在后期运行过程中定期更新。为了制定出一个成本效益最高的清洗计划，路易斯安那州槽式光热电站的工作人员设计了一个公式，并输入一系列相关参数：反射镜清洗间隔的最佳天数、每平方米的镜面清洗成本、反射镜的光学效率、每平方米镜面平均每天可接收的太阳能、镜面腐蚀率占反射率恢复值的百分比、当地度电成本等。

 

在路易斯安那州，反射镜清洗最大的时间间隔是114天，每年大约三次。2017年7月，这里每度电是0.092美元，比西部的几个州都要低。在加州，度电成本为每度电0.177美元，反射镜清洗的相隔时间是82天。因此，每次清洗间隔的时间长一些，有助于降低成本。

 

尽管根据每个电站的不同情况结果会有所差别，但同样的方法也可用来为其它电站制定最佳清洗计划。