塔式太阳能光热发电站集热系统技术要求

3塔式太阳能光热发电站集热系统技术要求本文件规定了塔式太阳能光热发电站的定日镜场、吸热系统、系统协同的技术要求及测试要求。本文件适用于新建、改建、扩建的塔式太阳能光热发电站。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T156标准电压GB4208外壳防护等级（IP代码）GB/T12325电能质量供电电压偏差GB/T16839.2热电偶第2部分：允差GB/T37468直接辐射表GB/T40104太阳能光热发电站术语GB/T41303塔式太阳能热发电站吸热器技术要求GB/T41307塔式太阳能热发电站吸热器检测规程GB50057建筑物防雷设计规范GB/T51307塔式太阳能光热发电站设计标准《塔式太阳能光热电站定日镜技术要求》(在编）3术语和定义GB/T40104、GB/T51307界定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1集热系统collectorsystem将太阳能聚集并转化为热能的系统，一般由定日镜场、吸热系统及其配套设施组成。[来源：GB/T51307-2018,2.0.12]3.2定日镜场heliostatfield由多台定日镜组成将太阳辐射聚集至吸热装置的区域。[来源：GB/T51307-2018,2.0.12]3.3镜场总采光面积totalreflectiveareaofheliostatfield定日镜场中所有定日镜镜面面积的总和。3.4镜场有效采光面积effectivereflectiveareaofheliostatfield定日镜场中处于追日状态下的所有定日镜镜面面积的总和。3.5集热量heatcollection一段时间内，吸热器通过传热工质吸收的热量。3.6跟踪准确度（跟踪误差）trackingaccuracy(trackingerror)定日镜旋转中心点相对于太阳光经定日镜会聚于靶面上所形成图案的几何中心点与靶面上目标点间连线的张角，单位为mrad。3.7光热效率photothermalefficiency传热工质从集热系统中获得的能量与入射在定日镜场有效采光面积上的太阳法向直射辐射能量之3.8能流密度radiantfluxdensity单位时间内吸热器单位面积上接收的能量。3.9散焦defocus将镜场定日镜光斑从吸热器上的聚焦位置移动至吸热器以外的位置。3.10吸热器额定功率ratedpowerofreceiver吸热器在标准工况下的输出功率。[来源：GB/T41303-2022,3.14]3.11待命点standbypoint靠近吸热器的空中某位置，定日镜可以快速地将光斑从该位置投射到吸热器上。3.12堵管blockedtube熔融盐管道发生熔融盐凝固而导致的管道无法流通的情况。4总体要求4.1集热系统规模应根据太阳能资源分布、场地条件、储热小时数、汽轮发电机组容量、年利用小时数等因素确定。54.2集热系统的设计集热量应根据集热系统设计参数、典型太阳年数据、电站运行模式等进行系统运行模拟后获得。4.3计算集热系统光热效率应考虑定日镜反射率、余弦效率、清洁度、阴影损失、遮挡损失、大气衰减率、截断效率和吸热器效率等因素，集热系统设计点光热效率设计值不宜低于50％。4.4集热系统出口传热工质设计温度应根据工质物性、吸热器材料特性等因素确定，以二元硝酸盐作为传热工质的集热系统，出口工质设计温度宜为565℃。注：二元硝酸盐成分应符合GB/T363764.5集热系统设备选型应满足当地气象条件要求。4.6集热系统设计寿命不应低于25年。5定日镜场5.1一般规定5.1.1定日镜场应包含定日镜、镜场控制系统、镜场附属系统等。5.1.2镜场的容量应能满足吸热器最大热功率要求，并根据经济性原则结合典型太阳年数据确定，宜控制全年因吸热器出力限制引起的集热量损失低于5％。5.1.3镜场的平均阴影损失宜小于2遮挡损失宜小于3％。5.1.4镜场的大气衰减损失宜小于10吸热器的光斑溢出损失宜小于10％。5.1.5镜场的定日镜排列方式可采用辐射交错式、阵列式等。5.1.6镜场的定日镜间距应避免定日镜在运行过程中发生互相碰撞，并满足定日镜的维护要求。5.1.7定日镜应设置待命点，定日镜光斑从待命点至吸热器的时间不宜大于1min。5.1.8镜场散焦时间不宜大于1min。5.2定日镜5.2.1定日镜应具有追日、回零、限位保护、位置锁定、防风保护、运行状态检测、故障诊断等功能。5.2.2定日镜选型应满足站址环境条件的要求，这些要求至少包括场站的地形、地质、风速、温度、沙尘、腐蚀、降雨及降雪等。5.2.3定日镜的功能性能应符合《塔式太阳能光热电站定日镜技术要求》的规定。5.3镜场控制系统5.3.1镜场控制系统应具有与电站主控制系统、红外测温仪、太阳辐射站、风速风向仪等系统或设备进行实时通信的功能。5.3.2镜场控制系统应具有数据采集功能，应可采集定日镜状态信息、角度信息、故障信息等。5.3.3镜场控制系统应支持自动、手动等控制方式。5.3.4镜场控制系统应具有镜场能量调度功能。5.3.5镜场控制系统应具有紧急散焦等联锁保护功能。5.3.6镜场控制系统应具有防风保护功能。5.3.7镜场控制系统室外设备的防护等级不应低于GB4208中IP65的要求。5.4镜场附属系统5.4.1镜场附属系统应包括电气系统、镜场校准系统、镜场清洗系统等。5.4.2镜场宜采用分区供电方式，低压厂用工作变压器应由就近高压厂用工作母线供电。5.4.3在断电情况下，镜场备用电源应确保全场定日镜散焦。6GB5.4.4镜场供电的工作电源可采用交流电源或直流电源。其中交流电源电压应符合GB/T156的要求，电压偏差应符合GB/T12325的要求。5.4.5镜场控制系统室内设备的接地电阻不应大于4Ω,镜场中分散布置的电气箱、控制箱及定日镜的接地电阻不宜大于10Ω。5.4.6定日镜场防雷等级应满足GB50057中第三类防雷建筑物的要求。5.4.7镜场校准系统应包括校准相机、校准服务器等。5.4.8镜场总采光面积不大于100万m2规模的镜场，校准周期不应大于60天；镜场总采光面积大于100万m2规模的镜场，校准周期不应大于120天。5.4.9定日镜经镜场校准系统校准后，跟踪准确度应同时满足以下条件：在4m/s风速下，跟踪准确度达到3.5mrad的概率应大于99%;在8m/s风速下，跟踪准确度达到3.5mrad的概率应大于62%;在11m/s风速下，跟踪准确度达到3.5mrad的概率应大于33％。5.4.10镜场清洗可采用水清洗或干式清洗方式，在气温低于0℃时，宜采用干式清洗方式。5.4.11镜场外围应设置不少于3台风速风向仪，安装位置周围环境不应影响风速风向仪正常测量。5.4.12镜场内应设置不少于2套太阳辐射站，每套太阳辐射站应含有直射辐射表、总辐射表、散射表，其安装位置应保证在全天任意时刻至少有一套太阳辐射站不被遮挡。6吸热系统6.1一般规定6.1.1吸热系统根据传热工质的不同可分为熔融盐吸热系统、水/水蒸汽吸热系统等。6.1.2熔融盐吸热系统应包括吸热器、进口缓冲罐、出口缓冲罐、管道及阀门、电伴热、高压空气系统、仪表与控制系统及附属系统等。6.1.3水/水蒸汽吸热系统应包括吸热器、汽包、管道及阀门、仪表与控制系统及附属系统等。6.1.4吸热塔高度应根据镜场容量、镜场效率、吸热器参数、熔融盐泵特性等因素确定。6.1.5熔融盐吸热系统的高压空气储气罐应与进口缓冲罐连接，并宜靠近进口缓冲罐布置。6.1.6吸热器受光面的上部和下部位置应设置防护区域，在光斑溢出或漂移时，防护区域应能防止其对吸热器支撑钢结构和内部设备造成破坏。6.1.7吸热器顶部应设置检修吊车，检修吊车应满足吸热器管屏、防护部件等设备检修和维护时物件吊挂的载荷要求。6.1.8对于直接产生过热蒸汽的水工质吸热器宜自下而上设置预热段、蒸发段和过热段。6.2吸热器6.2.1吸热器应具有接收太阳辐射能并转换为传热工质热能的功能。6.2.2吸热器的功能、性能应满足GB/T41303的规定。6.3管道及阀门6.3.1熔融盐吸热系统管道应包含上升管、下降管和其他辅助管道。6.3.2熔融盐上升管设计温度不应低于吸热器进口传热工质最高工作温度。以二元硝酸盐作为传热工质的上升管设计温度不宜低于350℃。6.3.3熔融盐下降管设计温度不应低于吸热器出口传热工质最高工作温度。以二元硝酸盐作为传热工质下降管设计温度不宜低于565℃。6.3.4熔融盐吸热系统上升管和下降管之间应设有旁路管。7GB6.3.5熔融盐吸热系统管道公称直径不大于DN80的熔盐管道坡度不宜小于5％。6.3.6熔融盐吸热器疏盐阀开关时间不宜超过30s。6.3.7熔融盐吸热系统下降管应配置调节阀，调节阀应冗余配置。6.3.8水工质吸热系统的管道系统中蒸汽管道应避免水击。6.4电伴热6.4.1熔融盐吸热系统中除受光熔融盐管束外，与熔融盐接触的管道、阀门及仪表、进口缓冲罐及出口缓冲罐等设施应配备电伴热。6.4.2在严寒地区，水工质吸热系统疏水和仪表管道宜设置电伴热。6.4.3电伴热的控制宜纳入电站主控制系统，并宜具备手动控制、自动控制、串级控制等控制模式。6.4.4以二元硝酸盐作为传热工质的吸热系统电伴热应能将被加热至270℃以上。6.4.5熔融盐吸热系统电伴热配置宜增加50％的裕量。6.5高压空气系统6.5.1熔融盐吸热系统应配置高压空气系统，高压空气系统应由空压机、储气罐、阀门、仪表和管道组成。6.5.2熔融盐吸热系统的高压空气系统应能在冷盐泵失效时避免吸热器过热损毁，储气量应满足事故工况下定日镜紧急散焦的时间要求。6.5.3高压空气系统的压力、储气量、流量均应满足吸热系统运行需求，高压空气系统的压力不应小于进口缓冲罐额定工况下的工作压力。6.5.4高压空气系统应设置不少于2台空压机。空压机的吸气系统，应设置空气过滤器或其他空气过滤装置。6.6仪表与控制系统6.6.1熔融盐吸热器应在两个支路管屏进口前分别设置流量计，流量计应满足以下要求：a)流量计宜选用超声波流量计；b)流量计的测量精度应优于1.0级。6.6.2熔融盐吸热系统进口缓冲罐和出口缓冲罐宜各配置两种不同原理的液位测量装置，其中一种宜采用雷达液位计，雷达液位计应满足以下要求：a)防护等级不应低于GB4208中IP65的要求；b)输出响应时间不应大于200ms；c)测量精度应优于1.0级。6.6.3管屏出口管道上宜设置插入式热电偶，热电偶配置不宜少于2台/支路，热电偶应满足以下要求：a)热电偶精度允差值应满足GB/T16839.2规定的1级允差要求；b)热电偶应采用焊接插入式保护管。6.6.4集热系统应设置红外热像仪，红外热像仪应满足以下要求：a)红外热像仪量程应覆盖吸热器壁温范围；b)对于外置式吸热器，红外热像仪的视野应覆盖吸热器受光面范围。6.6.5吸热系统的控制宜纳入电站主控制系统。6.6.6吸热系统控制系统应能实时采集并记录流量、温度、压力、液位等信息。6.6.7吸热系统应能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在集中控制室内通过操作员实现系统的启停、运行工况监视和调整、异常工况事故处理等。GB6.6.8吸热系统仪表、控制设备的选型宜与电站同类型仪表设备相统一，并应满足机组运行、自动化系统的功能和接口要求。6.7吸热系统附属系统6.7.1附属系统应包括电气系统、隔热及防护设施、暖通设施等。6.7.2吸热系统电气设备的接地电阻不应大于4Ω。6.7.3吸热系统电气设备的防护等级应符合以下规定：a)安置在有空调或通风装置的室内的电气设备，其外壳的防护等级不应低于GB4208中IP42的要求；b)安置在室外或半室外的仪表控制箱和配电箱等电气设备，其外壳的防护等级不应低于GB4208c)有特殊要求的电气设备的外壳的防护等级应根据实际情况确定。6.7.4吸热器的防护区域最高允许温度不宜低于650℃。6.7.5对于受热膨胀的管屏管束上部、管屏管束下部以及管屏的集管，应设置可随热膨胀活动的保温结构，保温结构应在任何工况贴紧管束或集管。6.7.6保温防护应符合GB/T41303中隔热保温的规定。7系统协同7.1数据交互7.1.1集热系统应能和电站主控制系统进行数据通信，通讯协议可采用OPC、ModBus等。7.1.2集热系统应能响应电站主控制系统的控制命令。7.2系统控制7.2.1集热系统应能通过调节镜场能量和传热工质流量等实现吸热器壁面温度和吸热器出口工质温度的控制。7.2.2集热系统在晴天且功率大于50％额定功率的工况下，宜能控制出口工质温度与设计值偏差不超过5℃。7.2.3吸热器受光面从开始预热到目标温度的时间不宜大于30min。7.2.4集热系统宜能实时调整镜场组合光斑。7.2.5集热系统应能保证吸热器表面最大能流密度和最高温度在设计范围内。7.2.6集热系统应具有吸热器管屏堵管自动检测及报警功能，并能将管道中凝固的熔融盐融化。7.3系统保护7.3.1集热系统应具有镜场供电监测功能，当断电时，应能自动紧急散焦。7.3.2熔融盐集热系统应具备以下保护功能：a)当吸热器出口熔融盐温度超限时，应能自动紧急散焦，以二元硝酸盐作为传热工质的出口超限温度不宜大于575℃;b)当熔融盐泵出现异常工况停止工作时，应能自动紧急散焦，同时自动启动高压空气系统，维持吸热器内介质流动，防止管屏超温；c)当吸热器爆管时，应能紧急散焦和疏盐。7.3.3水工质集热系统应具备以下保护功能：a)当吸热器出口水/蒸汽温度超限时，应能自动紧急散焦；GBb)当汽包压力超限时，应能自动紧急散焦；c)当给水泵出现异常工况停止工作或吸热器爆管时，应能自动紧急散焦。8测试8.1测试内容集热系统测试应包含定日镜测试、吸热器测试、出口传热工质温度控制测试、散焦保护测试和光热效率测试，出口盐温测试和光热效率测试应在现场开展。8.2定日镜测试定日镜测试应符合《塔式太阳能光热发电站定日镜技术要求》的规定。8.3吸热器测试吸热器测试应符合GB/T41307的规定。8.4出口传热工质温度控制测试出口传热工质温度控制测试应按本文件附录A的规定进行。8.5散焦保护测试散焦保护测试应按本文件附录B的规定进行。8.6光热效率测试光热效率测试应按本文件附录C的规定进行。GB出口传热工质温度控制测试A.1测试设备和仪器A.1.1传热工质温度传感器：量程应根据传热工质温度范围选择，精度应优于±1℃。A.1.2传热工质流量计：精度等级应优于1.0级。A.1.3辐射表：应选用GB/T37468规定的一级直接辐射表。A.1.4环境温度测量仪器（液体气温计或铂电阻）：量程宜为-40℃~60℃,精度应优于±0.5℃。A.1.5风速测量仪：量程宜为（0～35）m/s，精度应优于±0.5m/s。A.1.6环境湿度测量仪：量程宜为（0～+100相对湿度精度应优于±2.5相对湿度）。A.2测试条件A.2.1环境温度：-25℃~40℃。A.2.2风速：10分钟内的平均风速不宜高于5m/s。A.2.3环境相对湿度：不高于95％。A.2.4天气条件：晴天，试验期间法向直射辐照度相对变化宜小于±10波动值应小于100W/㎡。A.3测试前准备A.3.1测试前应检查伴热装置，确保吸热器管道、阀门和集箱的伴热功能正常。A.3.2吸热系统应进行隔离检查，确认无泄漏。A.3.3泵及流量控制装置应处于正常运行状态。A.3.4镜场和吸热器应处于正常运行状态。A.3.5以二元硝酸盐作为传热工质的吸热系统出口工质温度初始值不应低于400℃。A.4测试步骤A.4.1根据标准工况，确定吸热器出口温度的设定值。A.4.2调节传热工质流量，使其大于50％额定流量。A.4.3将镜场定日镜分批投入运行，使吸热器出口工质温度达到设定值。A.4.4通过调节镜场能量和传热工质流量，控制吸热器出口工质温度在设定值±5℃范围内，并持续10min以上。A.4.5读取吸热器运行稳定后的出口工质温度及流量。A.4.6每隔1min记录一组参数，同一时刻的参数记为一组数据，记录的数据应不少于10组。A.5合格判定10组数据的出口传热工质温度的算术平均值应在温度设定值在±5℃范围内。GB散焦保护测试B.1测试设备和仪器B.1.1计时设备：精度应优于±1秒。B.1.2环境温度测量仪器（液体气温计或铂电阻）：量程宜为-40℃~60℃,精度应优于±0.5℃。B.1.3风速测量仪：量程宜为（0～35）m/s，精度应优于±0.5m/s。B.1.4环境湿度测量仪：量程宜为（0～+100相对湿度精度应优于±2.5相对湿度）。B.2测试条件B.2.1环境温度：-25℃~40℃。B.2.2风速：10分钟内的平均风速不宜高于5m/s。B.2.3环境相对湿度：不高于95％。B.2.4镜场投射能量：不低于80。B.3测试前准备B.3.1测试前应检查伴热装置，确保吸热器管道、阀门和集箱的伴热功能正常。B.3.2测试前应对吸热系统进行隔离检查，确认无泄漏。B.3.3泵及流量控制装置应处于正常运行状态。B.3.4镜场和吸热器应处于正常运行状态。B.4测试步骤B.4.1通过模拟信号触发保护联锁命令。B.4.2用计时设备记录从触发保护联锁到吸热器上光斑完全消散的时间，该时间即为散焦时间。B.5合格判定散焦保护测试应进行3次，3次的散焦时间均应符合本文件5.1.8要求。GB光热效率测试C.1测试设备和仪器C.1.1传热工质温度传感器：量程应根据传热工质温度范围选择，精度应优于±1℃。C.1.2压力传感器：量程应根据吸热器的设计压力选择，精度等级应优于0.5级。C.1.3传热工质流量计：精度等级应优于1.0级。C.1.4辐射表：应选用GB/T37468规定的一级直接辐射表。C.1.5环境温度测量仪器（液体气温计或铂电阻）：量程宜为-40℃~60℃,精度应优于±0.5℃。C.1.6风速测量仪：量程宜为（0～35）m/s，精度应优于±0.5m/s。C.1.7环境湿度测量仪：量程宜为（0～+100相对湿度精度应优于±2.5相对湿度）。C.2测试条件C.2.1环境温度：-25℃~40℃。C.2.2风速：10min内的平均风速不宜高于5m/s。C.2.3环境相对湿度：不高于95％。C.2.4法向直射辐照度：试验期间相对变化宜小于±10波动值应小于100W/m2。C.2.5出口温度与设计值的偏差：应小于±5℃。C.2.6流量：吸热器达到稳定运行状态后相对变化应小于±2％。C.2.7时间：