在此前西北院聯(lián)合主辦的CSP Focus光熱發(fā)電創(chuàng )新大會(huì )上，韓偉博士發(fā)表了題為“塔式光熱電站施工圖設計配合問(wèn)題淺淡”的主題報告，以下為具體內容分享：

分享的主要內容包括：首先是講一下施工圖設計主要工作，還有塔式光熱電站主要設備系統劃分情況，重點(diǎn)是下面的主要設備配合及性能指標，以及施工圖設計階段的個(gè)人體會(huì )。

首先，施工圖設計的主要任務(wù)。

設計院主要是做系統設計、設備選型、管道及其附屬選型計算、布置工作，還有主機、輔機安裝，還有大量和設備廠(chǎng)家相互專(zhuān)業(yè)之間的配合工作。

第二，塔式光熱電站主要設備系統。

為什么要講這個(gè)系統呢，這個(gè)和我們設計范圍有關(guān)系的。因為對塔式光熱電站設計來(lái)說(shuō)，可以按照單個(gè)設備進(jìn)行，由設計院總體進(jìn)行設計，或者把設計工作放到設備廠(chǎng)家讓設備廠(chǎng)家做系統的設計。當然各有優(yōu)缺點(diǎn)，其實(shí)對于設計院來(lái)說(shuō)，我們做單個(gè)設備，集成之后做系統設計，這個(gè)是我們的強項，好處是全程把握整套系統所有的參數。這樣的話(huà)從一開(kāi)始就比較統一，整個(gè)過(guò)程比較容易把控。

如果把系統分給設備廠(chǎng)家來(lái)做系統集成，例如蒸汽發(fā)生系統，好處是可以把工作拆分開(kāi)大家一塊做，但是缺點(diǎn)是設計院還是要全程參與，把所有的整體參數全部都要統一，還牽扯到中間的很多工作量非常大。

第三，主要設備配合及性能指標。

按照系統的配合方式，塔式光熱電站有一個(gè)比較特別的地方，在于鏡場(chǎng)和吸熱器。鏡場(chǎng)和吸熱器現在有兩種模式，一種是鏡場(chǎng)和吸熱器單獨配合設計。另外一種方式鏡場(chǎng)和吸熱器整體進(jìn)行設計。實(shí)際上這兩種方式我們院在現在施工圖過(guò)程中，都有接觸。用不同的設計范圍的劃分方式，是跟業(yè)主設計的深入度有相關(guān)性的。

業(yè)主要把控哪些方面，尤其鏡場(chǎng)是和吸熱器單獨設計的話(huà)，可以深入到鏡場(chǎng)和吸熱器中間的配合過(guò)程，把握的更深入一些，缺點(diǎn)是稍微有一些復雜;鏡場(chǎng)和吸熱器按照整體設計，最后由一家進(jìn)行性能保證，看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是業(yè)主不能夠深入鏡場(chǎng)和吸熱器內部配合中，很多參數我們不了解。

對于鏡場(chǎng)和吸熱器如果采用單獨的設計配合過(guò)程，牽扯到鏡場(chǎng)性能指標，吸熱器性能指標和他們整體耦合性能指標的特點(diǎn)。

一般情況下對于我們描述塔式光熱電站都是從前往后，先是鏡場(chǎng)，然后吸熱器，然后再考慮整體。

實(shí)際上設計時(shí)有它的特點(diǎn)，從塔式光熱電站鏡場(chǎng)效率計算可以看出，特別是后面的截斷損失沒(méi)有辦法進(jìn)行測量，如果進(jìn)行性能保證肯定牽扯到整個(gè)光熱電站光熱效率性能保證，如果從鏡場(chǎng)效率，再乘以吸熱器效率，再得到整體效率，看起來(lái)計算比較簡(jiǎn)單，但在現實(shí)中沒(méi)有辦法實(shí)現。

設計過(guò)程中，鏡場(chǎng)會(huì )把熱流密度分布和相關(guān)的參數提供給吸熱器廠(chǎng)家進(jìn)行設計。真正做性能保證的方法可能有三種：

一是正平衡方法，雖然說(shuō)鏡場(chǎng)本身效率沒(méi)有辦法測量出來(lái)，但是一般情況下有紅外熱像儀測量吸熱器表面熱流密度分布。盡管紅外熱像儀的精度不是很高，但是可以通過(guò)在天氣良好情況下多次測量取平均值的方式，即所謂正平衡。但是不知道有沒(méi)有在工程上應用過(guò)，只是看到過(guò)這樣的理論。

二是反平衡效率理論，首先取吸熱器的效率。吸熱器效率最主要的是散熱損失，將鏡場(chǎng)整個(gè)關(guān)閉掉，僅看吸熱器自身的散熱損失就能獲得吸熱器的效率特征。但缺點(diǎn)是吸熱器表面的吸收率、發(fā)射率沒(méi)有辦法體現出來(lái)。

不管是正平衡還是反平衡，都還是有一定的局限性，據我所知，有一些工程的鏡場(chǎng)的提供方，他們有一些和吸熱器廠(chǎng)家配合經(jīng)驗。例如Solar two電站，取兩天光資源條件比較好的情況，分別取兩個(gè)點(diǎn)，測試50%和100%的工況，進(jìn)行公式計算，就可以獲得相應的吸熱器比較精確的效率情況，也是被很多吸熱器廠(chǎng)家認可的測試方式。

這種測量方式首先確定吸熱器廠(chǎng)家的效率，還要知道全廠(chǎng)性能指標要求，再反推到鏡場(chǎng)。就是說(shuō)，吸熱器能夠滿(mǎn)足自己所有的指標，這些指標包括功率、效率，包括輸出的參數，還有阻力特性等情況，在這種情況下由鏡場(chǎng)滿(mǎn)足最后的整體性能指標，這就是現在常見(jiàn)的一種配合方式。

所有配合中，我們作為設計院，要有能力評估他們的方案，當然我們也有自己的評估軟件進(jìn)行相應的評估，可以實(shí)現對定日鏡，包括對鏡場(chǎng)，還有吸熱器的建模。這種建模是比較深層次的建模，和提供方的方案非常類(lèi)似，可以導入，對其性能進(jìn)行評價(jià)。只有在這種情況下我們才能夠對整個(gè)方案進(jìn)行更深入的了解，也會(huì )對中間的評價(jià)更為客觀(guān)。

如果不考慮鏡場(chǎng)和吸熱器單獨配合過(guò)程，按鏡場(chǎng)和吸熱器整體設計配合的情況下更關(guān)注整個(gè)集熱單元輸出情況，有一些主要的性能指標，當然這些性能指標不僅僅包括聚光集熱部分，還包括全場(chǎng)性能指標。

對于蒸汽發(fā)生系統一樣，我們設計院可以進(jìn)行整體的全場(chǎng)熱平衡計算來(lái)確定整套性能參數，這個(gè)工作實(shí)際上不管是設計院還是供貨方來(lái)做都必須要完成計算。當然我們有自己的Thermoflex軟件可以進(jìn)行全場(chǎng)性能計算，而且在現在的幾個(gè)工程當中也都有使用這個(gè)工具進(jìn)行這方面的評估。

蒸汽發(fā)生系統的性能指標：

第四，施工圖設計主要配合的工作體會(huì )。

現在我做的施工圖過(guò)程中確實(shí)遇到了不少問(wèn)題，自己稍微有一些體會(huì )，拿出來(lái)跟大家分享一下，可能不一定正確，希望大家多指教。

整個(gè)施工過(guò)程中，進(jìn)度是業(yè)主非常關(guān)注的問(wèn)題。

設計過(guò)程中，首先要把握整個(gè)施工圖過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)，這些關(guān)鍵點(diǎn)主要是一些設計、施工，或者交貨周期比較長(cháng)的環(huán)節。這些環(huán)節我列舉幾個(gè)，并不一定全面：

首先是組裝車(chē)間和定日鏡的安裝，因為一個(gè)塔式光熱電站鏡場(chǎng)，包括定日鏡少說(shuō)幾千，多則幾萬(wàn)，工作量必然很大，會(huì )貫穿整個(gè)塔式光熱電站的施工過(guò)程。

除此之外熔鹽儲罐，現在做了幾個(gè)工程都是儲熱時(shí)長(cháng)比較長(cháng)，儲熱量比較大，儲罐非常大，本身儲罐是高溫、大的容器，本身設計周期就很長(cháng)。

還有一個(gè)問(wèn)題，我們知道塔式光熱電站是一個(gè)解耦運行的過(guò)程，實(shí)際上真正耦合環(huán)節就在于儲罐，既和前端的吸熱器相關(guān)，也和后端的SGS相關(guān)，所以和前后系統都相關(guān)，會(huì )導致配合口非常多，是配合量非常困難的一個(gè)環(huán)節。除此之外吸熱塔本身也是設計施工都很困難的部分。

再就是熔鹽泵、熔鹽閥，看似是一些輔助設備，但是實(shí)際上供貨周期都很長(cháng)，也是我們應該關(guān)注的點(diǎn)。

再說(shuō)施工圖前期我們應該考慮哪些因素。首先是鏡場(chǎng)相關(guān)的各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的提資，因為整個(gè)鏡場(chǎng)面積非常大，數量又非常多，所以能夠盡早提出一些資料的話(huà)對于后期設計有很大的好處。對于性能模型輸出結果。這個(gè)可能有的人不是很理解，為什么一開(kāi)始要確定這個(gè)參數，我后面會(huì )講到，它是關(guān)系到設計參數，可以作為一些參考。除此之外還有吸熱器主要參數，吸熱器本身系統也很復雜，供貨周期也很長(cháng)，而且主要參數和全場(chǎng)熱平衡的參數也是相關(guān)的。

還有總圖設計的一些數據。我們知道總圖對于光熱電站來(lái)說(shuō)，絕對坐標是非常重要的，一旦發(fā)生絕對坐標之間的誤差，會(huì )對整個(gè)電站的性能造成非常大影響。比如說(shuō)吸熱塔絕對標高發(fā)生錯誤，可能整個(gè)鏡場(chǎng)都需要重新設計，所以它的參數也非常重要。

儲罐設計參數，儲罐本身包含很多計算，包括容量、大小，上面各個(gè)接口的位置和后期的管道布置都是非常相關(guān)的，而且本身內部分配環(huán)，混溫系統也是和系統設計相關(guān)。

除此之外全場(chǎng)熱平衡，EPC合同中要求的參數，都毋庸置疑是必須要關(guān)注的數據。

性能模型的輸出結果，這是我自己體會(huì )比較特殊的地方。后面的表格實(shí)際上是我們用軟件算出來(lái)的數據結果，數據量很大。這些結果首先可以分析出來(lái)各個(gè)系統、各個(gè)設備的啟動(dòng)次數，還有熔鹽儲罐里面的溫度特征。這些雖然不能直接用來(lái)作為我們招標的依據，例如說(shuō)啟動(dòng)次數如果直接采用性能模型的額計算結果就可能過(guò)于理想化，因為性能模型只是用TMY文件，一種典型年來(lái)計算出來(lái)的次數，但是有一定參考意義。如果我們給各個(gè)設備提供的啟動(dòng)次數要求都小于啟動(dòng)次數的話(huà)，肯定是不合理的。還有儲罐溫度分析，整套系統全場(chǎng)熱平衡計算下來(lái)，冷罐溫度是由SGS回鹽溫度來(lái)確定，而熔鹽從吸熱器出口出來(lái)之后進(jìn)入熱罐,會(huì )牽扯到一個(gè)熱罐平均溫度問(wèn)題。如果不通過(guò)比較精確的計算軟件分析的話(huà)，只能通過(guò)假設，這樣肯定會(huì )有很大的偏差。

吸熱器參數有很多，首先幾何參數、物性參數和鏡場(chǎng)設計息息相關(guān)。流量功率曲線(xiàn)、阻力曲線(xiàn)，這些又是和熔鹽泵設計相關(guān)。進(jìn)口溫度、出口溫度和儲罐設計溫度相關(guān)。壓縮空氣、壓縮系統的壓力、充氣時(shí)間和壓縮空氣系統的選型相關(guān)。還有運行模式和我們整套系統設計都相關(guān)，所以吸熱器如果不盡早確定參數，會(huì )影響鏡場(chǎng)設計、吸熱塔設計、熔鹽泵設計、熔鹽管道設計、壓縮空氣系統的設計等。

剛才一直提到全場(chǎng)熱平衡計算，牽扯到整套系統的參數確定，所以一開(kāi)始的時(shí)候就應該把這一項工作完成，確定全場(chǎng)的設計基準，只有在這種情況下整套系統才是統一的。如果一開(kāi)始的時(shí)候不進(jìn)行這個(gè)工作，可能會(huì )導致各個(gè)系統在設計的過(guò)程中都采用自己的設計參數，最后就會(huì )發(fā)現系統設計整套參數是不能夠匹配的。

比如說(shuō)一開(kāi)始不做全場(chǎng)熱平衡計算，會(huì )導致SGS系統設計的時(shí)候提不出來(lái)非常有效的輸入輸出參數。按照常規印象中的參數進(jìn)行設計的話(huà)，最終會(huì )導致設計的偏差。

最后講一下儲罐的設計配合，為什么放到最后呢，因為儲罐這一塊的配合工作量非常大，而且實(shí)際上儲罐計算遠遠超過(guò)我們的想象。常規的來(lái)說(shuō)，首先儲罐計算包括儲罐容量計算、儲罐幾何形狀計算，儲罐基礎的計算，儲罐有限元分析，儲罐內部CFD模擬，包括對管嘴的設計配合和管道布置的配合，還有底下電加熱器的功率選型都是和儲罐設計相關(guān)。

儲罐設計周期非常長(cháng)，而且本身加工周期也很長(cháng)，所以這一項工作盡快開(kāi)展，過(guò)程中不斷完善，否則會(huì )影響到整個(gè)項目的進(jìn)程。

這就是我做施工圖到現在的體會(huì )，不是很多，歡迎大家多多指點(diǎn)，謝謝!