浅谈某槽式50MW光热发电示范项目总平面及竖向布置

浅谈某槽式50MW光热发电示范项目总平面及竖向布置

刘岭

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摘要：槽式太阳能属新兴发电产业，我国目前在大力推广。本文基于某槽式50MW光热发电示范项目，浅谈槽式太阳能光热发电项目总平面布置及竖向布置。

关键词：槽式太阳能光热发电；总平面布置；竖向布置；年费用额

1引言

太阳能热发电主要有槽式、塔式、蝶式（盘式）、菲涅尔等类型。槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。本文主要基于某50MW槽式太阳能热发电项目的设计经验，对太阳能热发电项目总平面布置及竖向布置进行论述。

2工程及厂址概况

2.1工程概况

某导热油槽式5万千瓦光热发电示范项目规划容量50MW，一次建成。

2.2厂址概况

该项目位于循环经济产业园园区内，厂址北侧约0.26km、8.4km处分别为乡道和铁路，厂址西北侧约7km处为项目接入站，厂址东南侧约3.1km处为省道。

厂址区域地势开阔，地形较平坦，整体呈西南高东北低，厂址范围内自然标高在2013m～2077m之间，地面北→南坡度在2.5%左右，东→西坡度在1.5%左右。

3厂区总平面布置

3.1厂区总平面布置

根据厂区外部条件（交通条件、水源、接入站方位）、厂区用地范围（业主给定了可用地范围）特点等条件，结合工艺系统设计方案，对厂区总平面布置进行了多方案比选，最终提出了三个方案。三个方案中开闭站及CNG子站都分别布置在镜场北侧及西北角。

3.1.1厂区总平面布置方案一

结合工艺系统设计方案，厂区集热场布置如下：厂区围墙呈长方形，东西长1955m，南北宽1343m。集热场每个回路由4个147.47m长SCA组成，全站212个回路（包括预留的20个回路）布置在8行55列矩阵中，将每个SCA布置在不同的台阶，台阶高差为4m，回路均为“南北轴向、东西跟踪”。

集热场第二行（由北向南分别为第一行、第二行…第八行）与第三行、第六行和第七行回路之间由东西向母管相连，东西向母管由南北向母管贯通，南北向母管布置在集热场中部，道路东侧。

根据地形坡度厂区南北方向共设置了8个台阶，台阶高差为4m。

厂区每个SCA之间及第四行的南侧、第五行的北侧设置了宽4.5m、转弯半径为9m的东西向消防通道。消防通道兼做镜场清洗通道。同时镜场旁设置了宽为3.0m的清洗通道。

厂区设四个出入口，主出入口位于厂区东南角，物流出入口位于厂区西北角；东西两侧设置安全疏散出入口，位于厂区中部位置。物流出入口北接乡道，主出入口南接省道。厂区进厂道路靠近取水点，进厂道路兼做厂外输水管线检修通道。

3.1.2发电岛总平面布置方案一

发电岛布置在集热场第五、六行东西方向中部位置，扣除8个回路。

发电岛北半部分由西向东依次布置：导热油泵、蒸汽发生系统（由北向南）——导热油膨胀罐及净化系统布置区域、防凝装置（由北向南）——临时储盐场地、储热系统布置区域（由北向南）；

发电岛南半部分由西向东依次布置：主变压器、生产实验楼（由北向南）——主厂房、空冷岛、启动锅炉房及生化室（由北向南）——化学水车间——综合水泵房——辅机冷却塔——净水车间、蓄水池（由北向南）——生活污水处理室，启动锅炉房及生化室东侧布置镜场工装厂房。

由于集热场第五行与第六行有4m的台阶，为使发电岛与周边镜场布置协调统一，故发电岛北半部分与南半部分有4m的高差。

3.1.3厂区总平面布置方案二

工程可用地范围东西长2000m，南北宽1450m。结合工艺系统设计方案，厂区集热场布置如下：厂区围墙呈长方形，东西长1951m，南北宽1295m。集热场每个回路由4个147.47m长SCA组成，全站212个回路（包括预留的20个回路）布置在4行55列（以通往发电岛道路为分界点，由东往西依次命名为W-1列、W-2列…W-28列，由西往东依次命名为E-1列、E-2列…E-27列，）矩阵中，回路均为“南北轴向、东西跟踪”。

集热场第一行（由北向南分别为第一行、第二行…第四行）与第二行、第三行和第四行回路之间由东西向母管相连，东西向母管由南北向母管贯通，南北向母管布置在集热场中部，道路西侧。

根据地形坡度厂区南北方向共设置了4个台阶，分别设置第一行和第二行之间、第二行和第三行之间、第三行和第四行之间。台阶高差为8.5m。

厂区出入口规划同方案一。

厂区总平面布置方案二见图3-2。

3.1.4发电岛总平面布置方案二

发电岛布置在集热场第三行东西方向中部位置，东侧28个回路以东，扣除8个回路。

发电岛北半部分由西向东依次布置：导热油泵、蒸汽发生系统（由北向南）——导热油膨胀罐及净化系统布置区域、防凝装置（由北向南）——储热系统布置区域；

发电岛南半部分由西向东依次布置：主变压器——主厂房、空冷岛、生产实验楼（由北向南）——化学水车间、综合水泵房、辅机冷却塔、蓄水池及净水车间、生活污水处理站（由北向南）——镜场工装厂房——临时储盐场地。启动锅炉房布置在生产实验楼东侧。

3.1.5厂区总平面布置方案三

厂区总平面布置同方案一，不同之处在于发电岛布置。

3.1.6发电岛总平面布置方案三

发电岛布置在集热场第二行、第三行东西方向中部位置，东侧28个回路以东，两行都扣除4个回路。

发电岛北半部分由北向南依次布置：生活污水处理室——生产实验楼、启动锅炉房及生化室（由西向东）——净水车间、蓄水池（由西向东）——辅机冷却塔——综合水泵房。水务区东侧布置镜场工装厂房。

发电岛南半部分由西向东依次布置：蒸汽发生系统、导热油泵（由北向南）——防凝装置、导热油膨胀罐及净化系统布置区域（由北向南），导热油泵南侧由西向东布置储热系统布置区域——临时储盐场地。

由于集热场第二行与第三行有8.5m的台阶，为使发电岛与周边镜场布置协调统一，故发电岛北半部分与南半部分有8.5m的高差。

3.2厂区总平面布置浅析

光热发电项目作为新兴的产业，由于国内缺乏设计经验及已运行的电厂经验。在设计过程中应充分借鉴国外的设计成果。更重要的是满足工艺专业提出的要求。

第一：在设计过程中充分考虑自然地形对厂区布置的影响。本项目厂区地形南高北低，南北高差约30m，集热器布置不能沿地形坡度进行布置（集热器效率下降、影响发电量）。为充分解决30m的高差需对厂区进行分台阶布置，可分为两种，四个台阶及八个台阶。如地形变化不规则时可根据实际情况进行处理。

第二：充分考虑SCA之间的间距，SCA之间的间距影响集热场发电量及厂区总占地面积，这是两个相互制约的因素，设计时需充分考虑，以达到一个整体的良好状态。本项目SCA之间间距为17.1m。

第三：需考虑每个SCA清洗的通道，根据调研本项目SCA清洗车辆为大型的清洗车辆，清洗车两侧自带清洗头，体积较大，设计中考虑SCA回路中设置清洗通道。

第四：蒸汽发生系统、导热油系统与常规岛之间的相互联系，蒸汽发生系统、导热油系统与储热系统的相互联系，做到相互协调，工艺流程合理。

第五：考虑导热油膨胀罐与厂区最高SCA回路之间的衔接，需将导热油膨胀罐布置在与厂区最高SCA一个标高处。因此，规划发电岛位置需考虑厂区的整体竖向布置。

第六：考虑厂区内高大建构筑物对SCA的遮挡影响。因此布置建构筑物时，要避免将高大建构筑物布置在发电岛边缘。

4厂区竖向布置

4.1厂区竖向布置

厂址区域地势开阔，地形较平坦，整体呈西南高东北低，厂址范围内自然标高在2013m～2077m之间，地面南北坡度在-2.5%左右，东西坡度在1.5%左右。

厂区竖向布置时，充分考虑自然地形条件，结合集热场的布置特点，采用台阶式布置方案，利用台阶充分降低高差，减少土石方量。

厂区竖向布置进行了多方案比选，现将各个方案进行简要论述。

厂区竖向布置( 方案一 )，将场地分为八个台阶，集热场每个台阶上南北方向设置0坡度，东西方向利用地形设置1.5%的坡度。台阶高差为4m。

厂区竖向布置( 方案二 )与厂区竖向布置( 方案二 )不同之处在于，集热场每个台阶上南北方向设置-1%坡度，台阶高差为2.5m。

厂区竖向布置( 方案三 )，将场地分成四个台阶，集热场每个台阶上南北方向设置0坡度，东西方向利用地形设置1.5%的坡度。台阶高差为8.5m。

区竖向布置( 方案四 )与厂区竖向布置( 方案三)不同之处在于，集热场每个台阶上南北方向设置-1%坡度，台阶高差为5.0m。

厂区平整后，厂区范围内每个台阶南部区域为挖方，北部区域为填方区。

4.2方案技术经济比较

方案一优点：集热场布置充分利用地形高差，进行多台阶布置，土方量较省，场地填方整体高度较低，支架基础工程量较小；台阶高度较小，护坡工程量较小。

缺点：一个回路不在一个完整的平台上，回路之间支架、管道工程量较大；发电量有损失；发电岛位于两个台阶上，造成道路工程量增加。

方案二优点：集热场布置，一个回路在一个完整的平台上，节约支架、管道等工程量，发电岛布置工艺顺畅，蒸汽发生系统靠近主厂房布置；空冷岛布置充分利用风向；台阶较少，发电岛位于一个完成的平台；道路工程量较少。

缺点：土方工程量较大；护坡工程量较大；场地填方整体高度较高，支架基础工程量较大。

方案三优点：功能分区明确，工艺顺畅。电缆壕沟线路较短。储能区域和常规发电区域分别布置在两个台阶，蒸汽发生系统和主厂房距离较近，将发电区域和储能区域紧密的联系在一起。

缺点：厂区中部留有台阶，交通联系较为不便利。

 经分析后推荐方案一。

方案技术经济比较表见表4-1

表4-1   方案技术经济比较表

备注：

1. 本表格中除发电量以外其他数据的基点均按212个回路（包括预留的20个回路）考虑。

2. 土方工程量中的净方由基槽余土补充，只考虑回填工作量。

3. 单旋转接头价格按3000.00元/个考虑，双旋转接头价格按6000.00元/个考虑。

4. 集热器南北方向平坡时发电量损失按零考虑，发电量损失按192个回路计算。

5. 发电量损失金额按25年计算。

6.年值计算时，少投资部分按照少贷款考虑，折算率按照贷款利率4.9%，折算期按照25年计算，节约的投资折算到每年少支出的成本。

4.3厂区竖向布置浅析

第一：本项目厂区地形南高北低，南北高差约30m。由于我国处于北半球，当充分利用地形将集热器布置沿自然地形布置（南高北低）时，每个SCA不能充分利用太阳能，造成发电量损失。在竖向设计时，为充分解决30m高差，将厂区均匀分为8个台阶布置。

通过竖向布置的比选可知，设置8个台阶时，土方量最省。虽然每个SCA布置在不同的台阶，造成一定的发电量损失。但根据经济比较，依旧选择前期投入少的方案。

第二：每个台阶之间连接，需通过道路连接，设置道路时，应从上一台阶坡到下一台阶。避免场地内道路隆起对周边集热器造成遮挡影响。

第三：每个台阶内应充分考虑场地排水。可设置南北方向3‰的坡度，东西方向利用自然地形坡度。更好的将场地内雨水顺利排出厂外。

后期可根据现场实际情况，在每个台阶上方或者下方布置水沟，避免雨水冲刷地面。

第四：充分考虑前期投资高和后期盈利少之间的矛盾，从企业自身角度出发，分析前期少投资带来的经济效益。

4.4厂区方案技术经济比较浅析

第一：通过对影响方案选择的各个重要项目进行经济比较。常规有占地、土方、护坡、道路、集热器基础工程量。光热太阳能方案选择时，还应对集热器支架、过度支架、单旋转接头、双旋转接头、集热器连接管道等进行比较。

第二：比较各个方案时，还应对集热器效率产生的影响，直观体现为发电量的变化进行比较。

第三：技经比较时，不应该单纯的比较工程量带来的投资增加或减少。应将初投资差值折算到年费用额，运行周期差值折算到年费用额。为业主方提供更全面的技经比较，方便业主进行方案决策。

5结语

围绕50MW槽式太阳能热发电站的设计经验，积极了解国内外光热电站设计理念，对槽式太阳能热发电站总平面布置及竖向布置作简要的分析，仅供同行参考，望指正。

参考文献

[1]武一琦等 《火力发电厂厂址选择与总图运输设计》 中国电力出版社 2006

[2]《槽式太阳能热发电站设计规范》

作者简介：刘岭，性别：男，陕西榆林人，出生于1989年11月，本科学历，工程师，长期从事电力行业总图设计工作