摩洛哥努奥二期槽式光热电站设计特点

王武君

摘   要：本文详细论述了摩洛哥努奥二期槽式光热电站主要工艺系统及设计特点。电站配置采用槽式导热油换热、熔盐储热发电技术，建设1×200MW汽轮发电机组，配置7.3h双罐熔盐储热。镜场采用6.9m大开口槽式集热器，集热面积1779900m2， 共425个U型集热器回路;蒸汽发生器系统采用2×50%双列布置;熔盐储热系统采用双组四罐布置，每组储热容量为1562.5 MWth;年运行小时数3924， 年净发电量703，807MWh。本项目在大开口槽式集热器、V型空冷岛、大体积熔盐罐基础设计、多工况厂用电计算、熔盐泵平台设计及导热油支墩设计等方面具有鲜明的特点;在主要技术指标方面处于国际领先水平。

关键词：摩洛哥努奥  槽式光热  设计特点

摩洛哥努奥光热电站是中国公司首次在海外承建的光热工程，工程汇集了当今世界先进的槽式集热器技术，对中国公司掌握光热发电前沿技术，具有重要的意义。自工程建设伊始，本项目就引起了全球范围广泛关注。中央电视台财经频道、阿拉伯语频道、《人民画报》、《创新世界周刊》、摩洛哥国家阿语电视频道等国内外主流媒体争相报道，中国气候变化代表团、国家能源局、中国驻摩洛哥大使馆、青岛市政府、摩洛哥政府等先后对努奥项目进行考察、调研和指导工作，使得努奥项目成为中国海外光热的一张新的名片。通过对项目的主要设计特点的提炼总结，以便同行参考。

1  项目简介

1.1 工程概况

摩洛哥努奥二期200MW槽式光热电站位于摩洛哥努奥光热发电园区内。努奥光热园区规划装机容量510MW。一期工程装机容量160MW，采用槽式导热油技术，已于2015年11月并网发电;二期工程装机容量200MW，采用槽式导热油技术;三期工程装机容量150MW，采用塔式熔盐技术。努奥二期于2018年3月13日顺利完成机组10d可靠性运行，投产发电。

1.2 电站配置及主要技术参数

本项目采用槽式导热油换热、熔盐储热发电技术，建设1×200MW汽轮发电机组，配置7.3h双罐熔盐储热，太阳倍数为1.79。

镜场采用SENERtrough?-2大开口槽式集热器;

蒸汽发生器系统采用2×50%双列布置;

熔盐储热系统采用双组四罐布置，每组储热容量为1562.5 MWth;

年运行小时数3924， 年净发电量703，807MWh。

1.3 总平面布置

全厂总占地面积为680hm2，其中动力岛区域占地面积为12.8hm2。动力岛区布置在镜场中央，按照工艺流程划分为4个功能分区，分别为汽轮发电机组（PB）和附属设施（BOP）区、蒸汽发生器（SGS）区、导热油（HTF）区和熔盐储换热区。

2  主要工艺系统介绍

本项目主要工艺系统包括：镜场集热系统;导热油传热系统;油盐换热及储热系统;蒸汽发生器系统;常规岛发电及BOP系统。

2.1 镜场集热系统

努奥二期镜场设计采光面积为1779900m2，由425個集热器回路（LOOP）构成。每个导热油回路长约640m，由4个长约160mSCA组成，串联“U”布置，将导热油由298℃加热到393℃。

每个SCA由12个集热单元（SCE）及13个塔架（含1个驱动塔架，1个终端塔，1个共享塔和10个中间塔）组成。每个SCA配1套驱动装置，每个SCA可独立于其他SCA进行调节。每个SCE主要由32面（4×8）抛物面反射镜、3根吸热管、支撑架等构成。

2.2 导热油传热系统

HTF传热系统主要包括：镜场HTF管网系统、导热油泵、膨胀溢流系统、导热油防凝系统和气隙处理和再生系统等。导热油循环系统配置7×16.7%导热油泵，6用1备，配置变频驱动器，以便能够调整泵的流量匹配镜场、蒸汽发生系统和储热系统的要求。溢流膨胀系统设置1个膨胀箱，6个溢流罐，2×100%溢流泵和2个过滤器及氮封系统。膨胀箱高位布置，溢流罐布置于膨胀箱下方。

2.3 油盐换热及熔盐储热系统

设置2组储热设施，每组包括1座冷盐罐和1座热盐罐，冷盐罐运行温度为292℃，热盐罐运行温度为386℃，设计温度均为400℃。2组熔盐罐储存热量2×1562.5MWth。储热介质二元盐（60%NaNO3，40%KaNO3）。

每组主要系统包括：

冷盐罐（1座）：直径44.1m，高16.6m;

材质：碳钢;

冷盐泵：3x50%，变频;

油/盐换热器：配3台管壳式换热器，管侧HTF油，壳侧为熔盐;

热盐罐（1座）：直径44.1m，高16.6m;材质：碳钢;

热盐泵：3x50%，变频;

疏盐系统;

氮气系统。

2.4 蒸汽发生系统

通过SGS系统，产生满足汽轮机要求的蒸汽。本项目采用双列布置，每列各配置1台50%容量预热器（省煤器），蒸汽发生器，过热器和再热器。高温导热油分2路同时进入过热器和再热器，换热后的低温导热油回HTF循环系统。

主要设备参数：

过热器出口：10.76MPa，382.7℃，769.7t/h;

再热器出口：2.25MPa，381.6℃，635.8t/h。

2.5 常规岛及BOP系统

汽轮发电机采用西门子SST800-500机型，为中间再热高压低温机组，单机出力200MW，发电机出口电压15.75kV，1回225kV架空线送出。主要系统配置如下。

汽水系统：3级低加、1级除氧和2级高加6级回热系统;设置100%旁路。

给水泵：3×50%，配变频。

凝结水泵：2×100%，配变频。

闭冷水系统：采用WSAC（WET SURFACE AIR COOLER），介质为除盐水。WSAC的喷水为蒸汽发生器的排污水和RO浓盐水。

凝汽器：直接空冷。

辅助燃油系统：设有1台燃油辅助锅炉和1台HTF防凝锅炉。

3  主要设计特点

3.1 首次在大型商业化项目中应用更大开口槽式集热器- SENERtrough?-2

本项目采用了开口尺寸大、聚光比高的大开口槽式集热器SENERtrough?-2，本项目的投产发电，成为全球首个应用SENERtrough?-2的大型商业项目。另外SENERtrough?-2配置了80mm的集热管，进一步减少了镜场的溢出损失，提升镜场的光学效率。

3.2 世界首台单机容量最大的光热型汽轮机

本项目汽轮机采用西门子单轴两缸两排汽中间一次再热机型，单机出力为200MW，是世界上首台单机容量最大的光热型汽轮机。与常规汽轮机相比，光热型汽轮机具有快速启动、频繁启停和快速变负荷等特点，从而保证最大程度的满足光资源变化对机组运行提出的各项要求。经优化系统设计，本项目机组启动时间缩短至35min，优于同类电站40min最快启动指标。

3.3 世界首台200MW等级“V”型直接空冷凝汽器

与传统A型空冷岛结构形式相比，V型结构风机布置在空冷散热器的上方，风机采用引风式，空气扩散效果更好，取消了挡风墙，热风回流影响更小。由于V型结构降低了钢平台的高度，在结构上可以节省大量的钢材。同时其结构采用模块式结构，每一个单元是一个模块，可以每个单元为模块进行运输，现场只需进行地面的结构框架拼装，减少了钢结构的高空作业和施工难度，便于现场的安装，节省了现场的安装工期。

本工程采用V型空冷岛，较A型可节省约30%钢结构用量，节省安装周期2.5个月，具有良好的经济效益。

3.4 大体积熔盐储罐基础设计

本项目共设置四座熔盐罐，冷热熔盐罐各两座。通过理论计算和FLUENT模拟分别对罐底散热损失进行计算，经过对不同保温厚度，不同风管个数及间距等方面进行分析对比，得出本项目最优设计方案：

地基保温层厚度为1100mm ， LECA层厚度为800mm，通风管个数为56根，管间距为0.77m时，最终底部温度能达最优。该项目的成功实施，首次解决和验证了大型熔盐的基础设计。

3.5 多工况厂用电计算

光热电站运行工况繁多，且受天气影响大，运行工况多变。在本工程设计时，通过对运行工况和厂用电负荷特性的分析，引入运行系数来计算设备实际运行负荷，得出各工况下厂用电负荷。经现场实测，现场各工况下的实际厂用电与采用上述方法计算的厂用电差别很小，计算值与实测值非常接近。通过本项目的成功实施，首次掌握了槽式光热电站多工况厂用电的计算方法。

3.6 全厂性能优化

性能指标中的太阳倍数关系到电站集热系统容量与发电系统容量之间的差别，对一个光热电站的镜场设计及全场效率性能至关重要。而储热系统能保障电站的电力输出平稳性和连续运行性，在满足电网需求的同时获得最大的经济效益。相同装机要求的电站可对应不同采光面积的聚光场，太阳倍数与储热时长这两个参数是影响聚光场面积的决定性参数。综合考虑业主对镜场采光面积、发电量、储热时间的要求以及项目初投资成本和经济性因素，本项目最终确定：太阳倍数为1.79，储热时长7.3h，有效储热容量为3208MWht。本项目年总净发电量为703807MWh，年可利用小时数达3924。

3.7 熔盐泵平台结构设计

熔盐泵平台采用混凝土筒体支撑+顶部钢结构悬挑方案。

熔盐泵上部钢结构悬臂梁采用格构式，增加悬臂刚度，解决了盐泵平台悬挑跨度较大，荷载较大的问题;本工程风荷载很大，在基础无空间加大，且不能深埋的情况下，钢平台下部采用钢筋混凝土筒式结构，提供了较大自重，为抗倾覆提供了有利条件;同时混凝土筒结构提供较好的抗侧移刚度，另外上部钢结构横向节点刚接，满足了设备位移和动力速度要求。混凝土筒体内部可以布置钢梯，作为人员检修通道。

3.8 大推力导热油管道支墩设计

针对镜场厂家提出的导热油管道限位支架的位移要求（10mm）和线刚度要求（1800kg/mm），通过优化比选确定采用混凝土底板+短柱墙的基础形式利用回填土对基础提供一部分竖向力，以此来增大基础底面的摩擦力，抵抗导热油管道的水平推力。较努奥一期传统支墩基础，本次导热油管道支墩的设计节省混凝土用量约7500m3，节约项目成本约1500万元。

4  主要技术指标

如图2所示。

5  结语

摩洛哥努奥二期200MW槽式光热电站，作为世界上单机容量最大、系统最复杂的光热项目，在新技术、新设备、新材料、新结构的应用等方面具有鲜明的特点，在光熱电站各要素的整合，性能保证等方面做了很多有益的尝试。本项目的建成投产，将槽式光热电站的建设提升到了一个新的高度，为全球光热发电领域提供了又一个成功的典范。

参考文献

[1] 王志峰.太阳能热发电站设计[M].北京：化学工业出版社，2014.

[2] GBT 50660-2011，大中型火力发电厂设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[3] GB 50229-2006，《槽式太阳能热发电设计规范》（报批稿）[Z].