塔式光热电站设计国家标准与IEC 标准的对比研究

高 嵩，许继刚

( 中国能源建设集团有限公司工程研究院，北京 100022)

0 引言

塔式太阳能发电技术是在广阔面积的场地上布置大量配有跟踪机构的太阳能定日镜，每台定日镜均准确地将太阳光反射集中到场内一座高塔顶部的吸热器上。吸热器把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给工质，通过工质将热能输入热动力机，膨胀做功带动发电机，最后以电能的形式输出。在工质传递的过程中，可通过储能系统实现能量的储存，该系统主要由聚光集热子系统、传热储热子系统、换热子系统、发电子系统等部分组成[1]。塔式光热电站发电出力特性与火力发电较为相近，具备热电解耦运行能力，在新型电力系统中可起到调峰电源的重要作用。近年来，我国的塔式光热发电技术实现了大规模快速发展，首批光热示范发电项目中已建成投运5 座光热电站[2-3]，装机容量达到300 MW。随着我国新型电力系统的大规模建设，光伏、光热大基地项目在新疆、青海、甘肃、吉林等地得到了大规模开发，已开始规划建设总容量3 GW以上的塔式光热电站。

为促进和规范太阳能光热发电技术的发展，住房和城乡建设部在《关于印发2015 年工程建设标准规范制定、修订计划的通知》(建标[2014]189 号)中明确提出制定国家标准《塔式太阳能光热发电设计标准》(以下简称“国家标准”)[4]。于2018 年发布实施。中国主导编制的国际标准《塔式太阳能光热发电设计总体要求》(以下简称“IEC 国际标准”)于2022 年9 月发布实施[5]。本文对这两项标准主要差异进行对比分析，以供设计人员在今后工作中进行参考。

1 国家标准

国家标准是指导我国塔式光热发电站设计建设的统领性标准，除总则、术语、基本规定以外，还包括了电力系统、太阳能资源评估、站址选择、总体规划、集热场布置、发电区布置、集热系统及设备、传热储热与换热系统及设备、汽轮机设备及系统、水处理设备及系统、信息系统、仪表与控制、电气设备及系统、水工设施及系统、辅助系统及附属设施、建筑与结构、供暖通风与空气调节、环境保护与水土保持、职业安全和职业卫生、消防等20 个章节[4]。

国家标准的编制框架是先从电厂外部条件再到内部工艺，即先从外部电网接入条件、太阳能资源以及水文气象开始，再到聚光、集热、发电等具有光热特点的工艺系统。在电厂内部的工艺系统中，先对总图、集热场、发电区的布置进行有关规定，再对各相关技术专业按照聚光、集热、储热、传热、发电的工艺流程开展系统选型设计方面的规定。

2 IEC国际标准

IEC 国际标准是指导全球塔式光热发电站设计建设的统领性标准，除规定了适用范围、引用标准、定义、基本规定以外，还编制了电力系统接入、太阳能资源评估、站址选择、总体规划、集热场布置、发电区布置、集热系统、传热、储热及换热系统、汽轮机系统、水处理系统、信息系统、仪表与控制、电气设备及系统、职业安全与卫生的技术要求等14 个章节。

该标准基于国家标准的工作基础编制而成。保留了光热特色鲜明的主要工艺流程，省略了水工设施及系统、辅助系统及附属设施、建筑与结构、供暖通风与空气调节、环境保护与水土保持等6 个与火力发电厂相近的常规章节，并且在接入系统、太阳能资源评估、汽轮发电系统及水处理系统的章节里进行简化，引用已发布的IEC 标准。

3 两项标准主要内容差异对比

国家标准和IEC 国际标准在适用范围、名词定义、系统划分等共性方面保持一致。在标准内容方面均包括总体规划、集热场布置、发电区布置、集热系统、传热储热及换热系统等重要的、具有光热特色的工艺系统方面内容。在接入系统、太阳能资源评估、汽轮发电系统及水处理系统、信息系统、电气系统等章节的具体内容上，存在差异。两部标准主要章节对比见表1 所列。

表1 国家标准与IEC国际标准章节对比

3.1 接入系统

国家标准中，对大中型太阳能光热发电站提出了应具有参与电网调峰和调频的能力要求，在IEC 国际标准中，未在调峰调频方面提出相应要求。

国家标准电能质量条款中，要求电站并网点的电能质量指标应符合GB/T 12325—2008《电能质量-供电电压偏差》[6]、GB/T 12326—2008《电能质量—电压波动和闪变》[7]和GB/T 15543—2008《电能质量—三相电压不平衡》[8]的规定。IEC 国际标准中，要求该指标应符合IEC 62749 ED2.0《电能质量评估—公共电网供电特性》[9]。

国家标准中，对电站接入方案及主变压器选型提出了进行技术经济比较后再确定的要求，鉴于国外投资项目技术经济性比较侧重的因素也各有不同，所以未在IEC 国际标准中做统一要求。

3.2 太阳能资源评估

国家标准对参考气象站、现场观测站、太阳辐射数据验证与分析做了较为详尽的规定。IEC 国际标准中，有关设计要求须符合IEC 62862 1-2 ED1.0《太阳能热电厂第1-2部分：太阳能热电厂模拟的年辐射数据》[10]和IEC 62862 1-3 ED1.0《太阳能热电厂第1—3 部分：气象数据集格式》[11]。

3.3 汽轮机系统

国家标准中，汽轮机系统对汽轮机设备、主蒸汽、再热蒸汽和旁路系统、给水系统及给水泵、除氧器及给水箱、凝结水系统及凝结水泵、疏放水系统、辅机冷却水系统等做了详细的选型设计规定。IEC 国际标准中，原则性地提出对主汽温度的设计要考虑储换热系统的匹配，以及汽轮机额定功率设计要考虑与镜场和储热容量匹配；对于汽轮机系统，汽轮机系统应满足IEC 60045-1 ED1.0《汽轮机第1 部分：技术规范》[12]，其余并未做详细规定。

3.4 水处理系统

国家标准中，水处理系统涵盖了水质及水的预处理、水的预脱盐、除盐水处理系统、凝结水精处理、热力系统的化学加药和水汽取样、冷却水处理、定日镜清洗水处理、废水处理、药品储存等内容。在IEC 国际标准中，鉴于镜场定日镜清洗用水是一项独有的特殊技术内容，会对水处理系统的能力提出不同于常规火电厂的要求，所以在IEC 国际标准中保留了包括水质及水的预处理、水的预脱盐、除盐水处理系统、定日镜清洗水处理、废水处理等具有光热特点的规定内容。

3.5 信息系统

国家标准中，信息系统中包括电站信息系统总体规划、管理信息系统、安全防范系统、生产视频监视系统、视频会议系统、信息系统布线、信息安全等内容。IEC 国际标准中，鉴于各国信息化发展的程度不尽相同，从光热电站的镜场占地较大，定日镜数量众多等特点考虑，仅对安全防范系统、生产视频监视系统、信息系统布线、信息安全等一些必要内容做了相关规定。

3.6 电气系统

国家标准中，电气系统中包括发电机与主变压器、电气主接线、交流站用电系统、直流电源系统及不间断交流电源、高压配电装置、电气监测与控制、元件继电保护、照明系统、接地系统、站内通信等内容。IEC 国际标准中，上述大部分内容在IEC 已发布实施的标准中已有对应，所以在电气系统部分引用了较多的现有IEC 标准。同时考虑到不同国家及欠发达地区对站内通信需求不同，未对站内通信系统作相关技术规定。

4 对比分析

我国设计标准大多明确了需要通过技术经济性比较来确定有关参数。在国际标准的编制习惯中，技术经济性比较几乎不作为设计规定的要求，而是提出要满足建设方的要求或设备产品的技术要求。

国家标准编制内容全面，IEC 国际标准仅对IEC 标准体系中尚未明确规定的技术内容编制有关的技术要求，能够参照已有火电标准的章节，不再进行详细编制。

5 结语

国家标准涵盖了设计塔式光热电站涉及的所有专业，编制内容的布局特点及全面性与GB 50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》[13]编制结构和内容相近。IEC 国际标准主要对塔式光热发电的工艺系统做出相关设计规定，在常规的技术内容，更多的借鉴引用现有已发布的IEC 国际标准。两本标准在聚光、集热、传热、换热等光热主要工艺环节的技术规定内容一致性较强，均起到了指导工程建设的作用。