【国企】熔盐塔式光热电站建造关键技术2021

熔盐塔式光热电站建造关键技术目

录一、背景介绍二、项目概况三、关键技术一、背景介绍一、背景介绍根据《巴黎协定》设定的目标，本世纪下半叶全球实现温室气体净零排放。越来越多的国家政府都在大力发展新型清洁能源，我国国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中指出“积极发展太阳能发电，推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调解的风光热综合科再生能源发电基地，未来“光伏、光热将成为贡献“碳达峰、碳中和”的重要力量。一、背景介绍光热电站分类：1.塔式光热塔式太阳能热发电是采用大量的定日镜将太阳光聚集到吸热塔塔顶的吸热器上，吸热器接收热能产生高温加热传热介质，传热介质将热能带至地面，与水进行热交换，产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机组发电。优点：聚焦温度高，最高可达1000℃，发电效率高缺点：占地面积广一、背景介绍熔盐塔式光热电站发电原理动画一、背景介绍光热电站分类：2.槽式光热槽式太阳能热发电，采用抛物镜把反射光集中到焦点的一个导油管，管内导热油温度升高后将热能转至核心岛。导热油可与熔盐进行热交换储存热量，同时导热油可加热锅炉，产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机组发电。优点：占地面积小，技术成熟缺点：聚焦温度低，约400℃，热损耗大，发电效率低一、背景介绍槽式光热电站发电原理动画一、背景介绍光热电站分类：3.碟式光热利用旋转抛物面反射镜，将阳光聚集到焦点上，放置在焦点处的太阳能接收器收集热能，加工热介质，从而驱动斯特林发电机组发电。优点：光高转化效率高，可单机投用缺点：单位投资成本高一、背景介绍光热电站分类：4.涅菲尔式光热通过一组平板镜来取代槽式系统抛物面型的曲面聚焦镜，调整控制平面镜的倾斜角度，将阳光反射到集热管中，集热管中的水转换成水蒸气，从而带动汽轮发电机发电。优点：成本造价低缺点：储热介质温度低，约100℃，光热转换效率低一、背景介绍国内光热现状u

中国光热发电行业重点区域为：甘肃、内蒙、青海、新疆、河北，处于我国高光照强度地区。u

国内已建成的大型光热电站示范项目有7座，塔式4座，槽式2座，菲涅尔1座，其中首航敦煌100MW光热项目为国内目前最大的塔式光热电站。序号1项目名称并网时间2018.6.302018.12.282018.12.302019.09.192019.12.292019.12.312020.01.08中广核德令哈50MW槽式光热发电项目首航高科敦煌100MW熔盐塔式光热发电项目中控德令哈50MW熔盐塔式光热发电项目中电建青海共和50MW熔盐塔式光热发电项目中电工程哈密50MW塔式光热发电项目兰州大成敦煌50MW菲涅尔光热发电项目乌拉特中旗100MW槽式光热发电项目234567国内示范已并网发电项目一、背景介绍首航敦煌100MW塔式光热项目内蒙古乌拉特中旗100MW槽式光热项目青海中控德令哈50MW塔式光热项目中广核德令哈50MW塔式光热项目二、项目概况二、项目概况名目内容工程名称工程地点迪拜700MW光热与250MW光伏混合发电项目阿联酋迪拜太阳能园区，距离迪拜市区50km项目业主IPP开发商EPC方阿联酋迪拜水电局DEWA沙特水电公司AcwaPower上海电气集团股份有限公司3x200MW槽式光热西班牙EA设计院、西班牙ABENGOA、华东电力设计院设计单位占地面积工程造价100MW塔式光热44.3km²，100MW塔式三座200MW槽式光热各10km²28亿承包方式工期施工总承包2018.12月~2021.12月项目三维效果图二、项目概况1、生产临建、办公区：设置在槽式机组和塔式机组之间，入口紧邻已有道路厂区临时大门1号槽式镜场区核心岛塔式镜场区核心岛2、搅拌站区位于场地正中央,布置2台90搅拌站及现场实验室。搅拌站集中办公临建塔式镜子临时组装车间3、生活临建区：管理人员和工人生活休息区，避开施工现场且就近选择四期空余地块区域。2号槽式镜场区核心岛3号槽式镜场区核心岛4、设计要求自行设计修建塔式定日镜现场组装车间。生活区项目总平面临时设施部署二、项目概况ACC空气冷凝岛吸热塔汽轮发电机房输配电部分热熔盐罐电气楼冷熔盐罐蒸汽发生器三、关键技术关键技术0102沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术1.

自制固化材料固沙技术2.

沙漠地带挡风抑尘技术3.

沙漠地带机械自动化场平施工技术高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术1.

一种适应“方变圆”筒体结构施工的滑模平台2.

高温环境下滑模综合控制方法3.

预应力梁模架一体化技术03041600t吸热器整体滑移、提升技术大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术1.

快速精准定位安装技术2.

数字化安装技术05储热罐高承载力隔热基础施工技术关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术沙漠腹地环境恶劣项目位于代赫纳沙漠，距离迪拜市区50km，沙丘地貌原始，最大高差约40m。高温达50℃，持续时间长约6个月；年均降水量42mm，极度缺水；每年5月-6月为风沙多发季节，风速可超过11m/s。工程体量大场平工程量4780万立方，固沙面积4400万平米，挡风墙长度约52千米。关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术1.自制固化剂固沙技术为了形成场区工作环境，设计要求二种的地面，一种普通场区固化地面，一种98%压实系数时60%CBR的车行承载道路路面。但传统生物固沙方法和化学固沙造价高，亟需一种属地化且造价低的固沙材料。经地勘报告分析和化学试验研究，场地内存在的石灰质胶结砂中的碳酸钙和碳酸镁在强日照高温作用下形成游离离子，温度下降时重组形成致密的碳酸钙镁（白云石微晶体）。化学实验压实后的样本固化材料用途将硅酸铁铝、偏铝酸钠、水玻璃、聚合硫酸铝和聚醚磺化油按照3:1:1:1:0.2的比例混合，配制成5%浓度的水溶液，与石灰质胶结砂进行充分拌和作为普通固化地面固沙材料，提高强度的同时提高其耐水能力。石灰质胶结砂+11.4%化学药剂水溶液普通区固化地面，CBR值为29%检修道路路基，CBR值为60%石灰质胶结砂+25%碎石+16%化学药剂水溶液将普通固化地面材料掺入一定比例的碎石后，作为检修道路路基材料。关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术2.沙漠地带挡风抑尘技术为减小风沙天气对场区设备运行的影响和场地顶部横杆φ73.1*4.77mm风积沙的危害，要求在场地周边设置挡风抑尘措施，安装挡风墙后最外侧定日镜的风压降低50%以上。首先通过9不同高度、不同孔隙率的挡风墙进行风洞试验，明确挡风墙高度、孔隙率、距离最外围定日镜距离、挡沙网高度等4项技术指标。其次通过结构计算验算挡风墙的结构稳定性和刚度，获得所需挡风墙设计。150mm宽铝板φ114.3*6.02mm立柱@4000腰杆φ88.9*5.16mmφ63.5*4.78mm镀锌管φ16mm镀锌钢丝@40000φ10mm镀锌钢丝高密度聚乙烯网底杆方钢80*80*4mm挡风墙基础为独立混凝土基础，上部结构由钢立柱、钢索、横杆、铝板和斜撑等组成，挡沙网材质为高密度聚乙烯，挡风板材质为铝板。基础基础基础40004000断面图挡风抑尘墙设计图（兼防攀爬功能）关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术3.

沙漠地带机械自动化场平施工技术数字化地形测量三维建模与计算机械升级改造自动化作业原始地形的坐标、标高数据1.土方挖填工程量2.方格网土方调配图GNSS数据导入，自动化作业具备自动化控制功能数字化地形测量：对原始地形采用无人机倾斜摄影测量技术进行测量，获得原始地形的坐标与高程。关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术数字化地形测量三维建模与计算机械升级改造自动化作业原始地形的坐标、标高数据1.土方挖填工程量2.方格网土方调配图GNSS数据导入，自动化作业具备自动化控制功能三维建模与计算：利用CIVIL3D三维软件将无人机测量的原始地形数据与设计场平的3D平面叠加计算，获得方格网内土方挖填工程量，用于对机械、土方调配和成本测算等。关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术数字化地形测量三维建模与计算机械升级改造自动化作业原始地形的坐标、标高数据1.土方挖填工程量2.方格网土方调配图GNSS数据导入，自动化作业具备自动化控制功能机械改造：通过加装GNSS天线、传感控制器、自动化控制系统等对场平机械（推土机、平地机）进行升级改造，使机械获得GPS数据和自动化控制的功能。关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术数字化地形测量三维建模与计算机械升级改造自动化作业原始地形的坐标、标高数据1.土方挖填工程量2.方格网土方调配图GNSS数据导入，自动化作业具备自动化控制功能自动化作业：将生成的场平设计GNSS数据导入机械自动化控制系统，通过定位机械坐标实时控制铲刀高度，实现机械自动化场平作业，并通过无线传输实时回传机械状态至服务器。关键技术一：沙漠地带自制固化剂机械自动化固沙技术固化层关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术顶部集热器高37m，重1501t＋222.000圆形段：内径23.8m，壁厚500mm＋102.000＋82.000＋51.000外径变化，内径23.8m，壁厚700mm-500mm变径段：壁厚800mm-700mm方形段：内边长25.8m，壁厚800mm，门洞25.8m×47m±0.000关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术高温干燥天圆地方滑模工艺吸热塔主体结构施工6月-10月，其中6-10月正值迪拜夏季，高温达50℃，地表温度达60℃以上。吸热塔主体结构0-51m为方形段，51-82m为方变圆段，最大倾角11°,82-222m为圆形段，

。吸热塔结构施工要求采用滑模施工工艺。地表温度关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术序号工种钢筋工数量50工作范围说明负责安装水平钢筋和垂直钢筋负责混凝土浇筑和振捣123混凝土工焊工306负责支撑杆的安装和清理456操作工6206负责平台液压设备操作和油管道检查负责修复内外壁并确保外观质量负责钢筋进料抹灰工人钢筋运输工人789机械工电工44液压系统的维护负责平台电源和线路检测混凝土残渣清理、冰块运输等安全通道杂工15141合计平面布置每班劳动力配置中建三局集团有限公司第

29

页关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术张悬梁式滑模平台钢桁架式滑模平台关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术1.一种适应“方变圆”

筒体结构施工的滑模平台Ø

设计一种刚度大、可适应大角度收分的滑模平台，实达到可实施“方变圆”结构的目的。Ø

滑模平台由8榀主辐射梁，32榀副辐射梁组成的可变形平台体系，辐射梁高度2m，每榀门架可根据收分角度需要在辐射梁滑动。吸热塔变形段平台骨架模型关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术Ø

变形收分设计：设计平台系统上可调千斤顶支座、门架横向液压千斤顶调节装置、多处可调节模板角度和收缩模板的丝杆等，使得滑模根据施工需求在一定的范围内调节模板变化（理论允许偏位20度），达到施工异形结构的目的。②

调整横向千斤顶拉杆拖动门架向内收缩①

5t千斤顶顶升每个行程2.5cm④

调整门架之间的丝杆-横向收紧③

调整模板丝杆-调整模板角度模架变形收分操作流程关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术2.高温环境下滑模综合控制方法向迪拜市政府申请取消混凝初凝时间配合比(h)Ø减水剂缓凝剂塌落度

Cement(mm)

(OPC)水序号强度等级硅粉SilicaFumeMS砂BASFBASFSlag(GGBS)碎石碎石碎石FreeWater(DEWA)早强剂土中的GGBS（矿渣粉）以减小混凝土的粘度；DunesandMasterRheobuild

MasterPozzolit

25℃40℃20mm10mm0-5mmACC400805(8-14)hRMC4(0-2)225±212C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/20C50/2041741741741741741741741741741741741741700000000000001313131313131313131313131360160160160160160160160160160160160160132832832832832832832832832832832832832859259259259259259259259259259259259259237373737373737373737373737167167167167167167167167167167167167167008.98.98.98.98.911.510.801.51.41.31.21.1016161412119.3915.515131085225±25225±2305225±240Ø制作不同温度条件下不同初凝时间的配合比，共计13组。225±25505225±26085225±270075225±287075.54.545225±297.37.780065225±2101112130055225±2004.5445225±28.512003.535225±2003.55关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术Ø

控制混凝土入模温度不高于30°；Ø

钢模增加隔热措施；Ø

滑模平台外侧采用防火毯遮阳；Ø

滑模平台内外均安装空调；Ø

增加喷淋措施；Ø

钢模外保温棉冷水降温。实施效果：有效控制了钢模温度和混凝土入模温度差关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术3.预应力梁模架一体化技术吸热塔门洞上方设置一道预应力梁，梁底标高47m，截面1.5m*4m。通过设计并制作一种钢结构桁架，采用双机抬吊的方式安装，解决了预应力梁施工的难题。两侧的门垛采用可微调的悬臂模架体系作为施工操作平台。关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术吸热塔主体结构施工完成后，采用三维激光扫描技术测量吸热塔结构的实际尺寸，按照间隔1m的高度进行切面与设计尺寸进行对比，最大偏差小于50mm。设计轮廓线设计轮廓线实际轮廓线实际轮廓线Section:

GF+76.000Elevation

:

237.000Section:

GF+75.000Elevation

:

236.000the

designedshapeiscolored

in

redthe

designed

shape

iscolored

in

redthe

designedshape(EA

old

version)

iscolored

inblack标高+75.0m与+76.0m设计尺寸与实际尺寸叠加图吸热塔外形3D激光扫描结果数据模型关键技术二：高温干燥气温条件下“方变圆”吸热塔建造技术吸热塔主体结构已于2020年1月9日顺利施工完成。方变圆段：平均滑模速度2m/d；圆形段：平均滑模速度3.5m/d，最快5m/d。关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术重量大吸热器净重量为1501t，提升重量为1586t。就位高度高吸热器提升至221m高度后进行就位。狭窄空间提升

吸热塔83-222m内径23.8m，吸热器外径23.2m，提升过程中最小间隙仅225mm。关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术吸热器滑移提升动画演示关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术1.

仿真模拟计算提升前，针对提升门架、法兰底座等进行仿真计算，并针对提升过程中可能出现的各种工况对吸热器结构变形进行仿真计算。吸热器钢结构仿真结构计算吊装门架法兰底座仿真结构计算关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术2.

滑移、提升提升技术滑移阶段：设计了一套用于承载吸热器组装和滑移的支撑环梁，作为吸热器组装和滑移的平台；滑移时，4台600t滑移靴将支撑环梁和吸热器向上顶升200mm，通过地面铺设的轨道按照600mm每行程滑移至塔内。吸热器滑移靴与支撑底座组合吸热器滑移关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术提升阶段：利用塔顶部的16套液压提升门架作为支撑，通过由1套同步系统控制的16台183t穿心液压千斤顶，将吸热器稳步提升至塔顶。过程中每个千斤顶夹片张弛往复计1100次，在每个吊点外安装有1组氟橡胶板防止吸热器与筒壁碰撞。16组提升门架液压千斤顶同步控制系统防碰撞块关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术就位阶段：设计了一种支撑横梁就位装置，在吸热器提升至设计标高后利用就位装置将支撑横梁推送至指定位置，解决了吸热器筒内有限空间内顶部就位难题。推拉滑轨塔顶筒壁及牛便携液压千斤顶腿上下支撑横梁吸热器支撑结构

液压推进至塔顶牛腿槽吸热器就位推进装置设计图关键技术三：1600t吸热器整体滑移、提升技术吸热器已于2020年6月12日顺利提升并就位完成。提升速度均速5m/h，最快10m/h。关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术5大组件ü

立柱ü

扭矩管与方位角驱动组合件（TT-AD）ü

俯仰角驱动ü

定日镜镜片组件（4个）ü

动力控制模组单面定日镜背面及侧面实物图关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术规模大定日镜数量共7万面，单面尺寸约25㎡，安装过程中数据近百万个。精度高立柱垂直度允许偏差为1°，坐标和高程偏差允许为5cm，方位角偏差为3°。工期紧定日镜的基础施工至镜面安装工期仅12个月。关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术1.大规模定日镜微型立柱桩精准定位安装技术1）立柱桩施工：研发了一整体套用于立柱桩基施工的成孔方法、立柱固定、混凝土浇筑等工具，追光镜立柱安装高效及定位精准。1.

沙漠桩基基础成孔-长螺旋湿成孔盐水护壁工艺。2.改造吊装叉车进行立柱吊装3.差分GPS技术确定立柱方位角4.机械设备改造5.自制三脚架进行立柱固定6.自研改造的混凝土转运铲车及混凝土浇筑小推车基础断面图关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术2）定日镜上部结构安装组件工厂化预拼装：扭矩管与方位角组件、镜片组件、TT-AD杆组件均在预组装车间流水化作业拼装成半成品。上下片机械手镜片清洗与烘干上片机械手关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术研发了一套运输或安装工器具，包括定日镜组件的转运车、镜面储存及安装装置、安装平台共计12种，提高了安装的便捷性。TT-AD杆运输设备镜面安装采用吸盘镜面组装改装皮卡控制模块转运车镜面转运自研支架临时固定杆关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术2.

数字化建造技术应用u

大数据存储：施工过程中近100万个数据均采用数据库录入。u

云平台：采用镜场施工管理云平台，可视化管理提高现场管理效率。u

物联网技术：将主要构件进行编码，快速识别并实现可追溯性。u

无线传输技术：现场端与云平台实时数据交互，可快速获取数据。终端全过程记录镜场施工管理系统云平台主要构件编码关键技术四：大规模定日镜快速精准定位及数字化安装技术目前，定日镜安装并初调完成。关键技术五：储热罐高承载力隔热基础施工技术材料新颖工艺复杂熔盐罐内熔盐约3.3万吨，熔盐温度290℃、565℃。基础为复合结构，由通风管、钢环墙、耐火砖、耐火保温砖、陶粒等组成，具备承载和保温隔热功能。罐体内壁罐体保温层耐火混凝土热电偶及套管耐火保温砖级配碎石层罐体底板砂层耐火混凝土散水地面保温砖钢环墙不锈钢丝网通风管陶粒通风方向沥青层砂层混凝土垫层混凝土垫层关键技术五：熔盐储热罐高承载力隔热基础施工技术熔盐罐基础施工流程：熔盐罐基础施工顺序：通风管安装、沙层回填、钢环墙安装、保温砖砌筑、耐火砖砌筑、陶粒填充、耐火混凝土浇筑、弧形钢顶板安装等；耐火混凝土与弧形钢顶板通风管道环状钢板墙陶粒基础底部敷设管道，焊接连接环形混凝土上预埋钢板基础边由环状钢板围绕焊接质量要求高，难度大基础内由陶粒分层回填压实材料要求特别、陶粒易破碎分仓浇筑以控制耐火混凝土顶标高进行二次浇筑，然后将钢顶板安装在耐火混凝土上。钢顶板平整度偏差可控制在2mm以内。熔盐罐基础施工流程关键技术五：储热罐高承载力隔热基础施工技术陶粒压实与检测①陶粒压实施工方式确定确定了“满铺钢板，小型压路机振动分层（200mm）压实”的压实工艺；②首次提出检测方法动态试验指标：动态变形模量Evd不得小于14MPa；静载试验指标：（二次循环静载试验）Ev2/Ev1≤2.2，且Ev1≥40MPa。陶粒土压实-3t小型手持压路机动态平板荷载试验质量检测静态平板荷载试验关键技术五：储热罐高承载力隔热基础施工技术热盐罐和冷盐罐基础均已施工完成，罐体内热熔盐已经注入。关键技术五：储热罐高承载力隔热基础施工技术CT区热熔盐罐业主：上海电气25%注水高度沉降50%注水高度沉降75%注水高度100%注水高度排空后沉降测点

注水前标高平面3500350035003500350035003500350035003500350035003500350035003500累计(mm)平面6700670067006700670067006700670067006700670067006700670067006700累计(mm)平面沉降累计(mm)平面沉降累计(mm)平面0累计(mm)12159.599159.602159.602159.601159.613159.6159.597159.600159.601159.599159.611159.597159.595156.597159.600159.602159.591159.596159.598159.592159.59-2-2-1-2-2-3-30159.590159.596159.596159.594159.608159.594159.591156.594159.603159.598159.586159.591159.595159.590159.588159.588-9-610300103001030010300103001030010300103001030010300103001030010300103001030010300159.589159.596159.596159.594159.608159.595159.591156.594159.597159.598159.586159.593159.595159.588159.586159.586-10-614250142501425014250142501425014250142501425014250142501425014250142501425014250159.592159.596159.597159.597159.601159.595159.592156.597159.599159.600159.588159.592159.594159.589159.586159.588-7-6159.592159.596159.597159.595159.605159.594159.591156.593159.600159.599159.587159.593159.593159.588159.587159.589-7-6-5-6-8-6-7-4-2-5-6-8-8-10-13-903-6-6-504-7-7-405-5-5-12-506-6-507159.598156.597159.602159.604159.593159.601159.601159.598159.6-7-7-608-3-3009-2-2-2-5-3-6-10-31-5-3010111213141516-6-6-40-7-7-50-10-6-8-90-6-70-8-10-14-12-90-12-10-14-100159.598159.5950热盐罐沉降观测数据表关键技术五：储热罐高承载力隔热基础施工技术CT区冷熔盐罐业主：上海电气25%填充高度沉降50%填充高度沉降75%填充高度100%填充高度排空后沉降测点

注水前标高平面4100410041004100410累计(mm)平面6500650065006500650065006500650065006500650065006500650065006500累计(mm)平面沉降累计(mm)平面沉降累计(mm)平面0累计(mm)-12-12-13-13-12-16-512159.599159.603159.605159.602159.600159.597159.598156.593159.590159.606159.604159.603159.603159.603159.598159.602