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(shè)計(jì)配合問題淺淡”的主題報(bào)告，以下為具體內(nèi)容分享：

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

首先，施工圖設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。

設(shè)計(jì)院主要是做系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、管道及其附屬選型計(jì)算、布置工作，還有主機(jī)、輔機(jī)安裝，還有大量和設(shè)備廠家相互專業(yè)之間的配合工作。

第二，塔式光熱電站主要設(shè)備系統(tǒng)。

為什么要講這個(gè)系統(tǒng)呢，這個(gè)和我們?cè)O(shè)計(jì)范圍有關(guān)系的。因?yàn)閷?duì)塔式光熱電站設(shè)計(jì)來說，可以按照單個(gè)設(shè)備進(jìn)行，由設(shè)計(jì)院總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者把設(shè)計(jì)工作放到設(shè)備廠家讓設(shè)備廠家做系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)然各有優(yōu)缺點(diǎn)，其實(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)院來說，我們做單個(gè)設(shè)備，集成之后做系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這個(gè)是我們的強(qiáng)項(xiàng)，好處是全程把握整套系統(tǒng)所有的參數(shù)。這樣的話從一開始就比較統(tǒng)一，整個(gè)過程比較容易把控。

如果把系統(tǒng)分給設(shè)備廠家來做系統(tǒng)集成，例如蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，好處是可以把工作拆分開大家一塊做，但是缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)院還是要全程參與，把所有的整體參數(shù)全部都要統(tǒng)一，還牽扯到中間的很多工作量非常大。

第三，主要設(shè)備配合及性能指標(biāo)。

按照系統(tǒng)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(xiàn)在有兩種模式，一種是鏡場(chǎng)和吸熱器單獨(dú)配合設(shè)計(jì)。另外一種方式鏡場(chǎng)和吸熱器整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際上這兩種方式我們?cè)涸诂F(xiàn)在施工圖過程中，都有接觸。用不同的設(shè)計(jì)范圍的劃分方式，是跟業(yè)主設(shè)計(jì)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(dú)設(shè)計(jì)的話，可以深入到鏡場(chǎng)和吸熱器中間的配合過程，把握的更深入一些，缺點(diǎn)是稍微有一些復(fù)雜;鏡場(chǎng)和吸熱器按照整體設(shè)計(jì)，最后由一家進(jìn)行性能保證，看起來比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是業(yè)主不能夠深入鏡場(chǎng)和吸熱器內(nèi)部配合中，很多參數(shù)我們不了解。

對(duì)于鏡場(chǎng)和吸熱器如果采用單獨(dú)的設(shè)計(jì)配合過程，牽扯到鏡場(chǎng)性能指標(biāo)，吸熱器性能指標(biāo)和他們整體耦合性能指標(biāo)的特點(diǎn)。

一般情況下對(duì)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(shè)計(jì)時(shí)有它的特點(diǎn)，從塔式光熱電站鏡場(chǎng)效率計(jì)算可以看出，特別是后面的截?cái)鄵p失沒有辦法進(jìn)行測(cè)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，看起來計(jì)算比較簡(jiǎn)單，但在現(xiàn)實(shí)中沒有辦法實(shí)現(xiàn)。

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

一是正平衡方法，雖然說鏡場(chǎng)本身效率沒有辦法測(cè)量出來，但是一般情況下有紅外熱像儀測(cè)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，但是可以通過在天氣良好情況下多次測(cè)量取平均值的方式，即所謂正平衡。但是不知道有沒有在工程上應(yīng)用過，只是看到過這樣的理論。

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)射率沒有辦法體現(xiàn)出來。

不管是正平衡還是反平衡，都還是有一定的局限性，據(jù)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家配合經(jīng)驗(yàn)。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(cè)試50%和100%的工況，進(jìn)行公式計(jì)算，就可以獲得相應(yīng)的吸熱器比較精確的效率情況，也是被很多吸熱器廠家認(rèn)可的測(cè)試方式。

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

所有配合中，我們作為設(shè)計(jì)院，要有能力評(píng)估他們的方案，當(dāng)然我們也有自己的評(píng)估軟件進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)定日鏡，包括對(duì)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似，可以導(dǎo)入，對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。只有在這種情況下我們才能夠?qū)φ麄€(gè)方案進(jìn)行更深入的了解，也會(huì)對(duì)中間的評(píng)價(jià)更為客觀。

如果不考慮鏡場(chǎng)和吸熱器單獨(dú)配合過程，按鏡場(chǎng)和吸熱器整體設(shè)計(jì)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(biāo)，當(dāng)然這些性能指標(biāo)不僅僅包括聚光集熱部分，還包括全場(chǎng)性能指標(biāo)。

對(duì)于蒸汽發(fā)生系統(tǒng)一樣，我們?cè)O(shè)計(jì)院可以進(jìn)行整體的全場(chǎng)熱平衡計(jì)算來確定整套性能參數(shù)，這個(gè)工作實(shí)際上不管是設(shè)計(jì)院還是供貨方來做都必須要完成計(jì)算。當(dāng)然我們有自己的Thermoflex軟件可以進(jìn)行全場(chǎng)性能計(jì)算，而且在現(xiàn)在的幾個(gè)工程當(dāng)中也都有使用這個(gè)工具進(jìn)行這方面的評(píng)估。

蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的性能指標(biāo)：

第四，施工圖設(shè)計(jì)主要配合的工作體會(huì)。

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

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

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

首先是組裝車間和定日鏡的安裝，因?yàn)橐粋€(gè)塔式光熱電站鏡場(chǎng)，包括定日鏡少說幾千，多則幾萬，工作量必然很大，會(huì)貫穿整個(gè)塔式光熱電站的施工過程。

除此之外熔鹽儲(chǔ)罐，現(xiàn)在做了幾個(gè)工程都是儲(chǔ)熱時(shí)長比較長，儲(chǔ)熱量比較大，儲(chǔ)罐非常大，本身儲(chǔ)罐是高溫、大的容器，本身設(shè)計(jì)周期就很長。

還有一個(gè)問題，我們知道塔式光熱電站是一個(gè)解耦運(yùn)行的過程，實(shí)際上真正耦合環(huán)節(jié)就在于儲(chǔ)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(tǒng)都相關(guān)，會(huì)導(dǎo)致配合口非常多，是配合量非常困難的一個(gè)環(huán)節(jié)。除此之外吸熱塔本身也是設(shè)計(jì)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(shè)備，但是實(shí)際上供貨周期都很長，也是我們應(yīng)該關(guān)注的點(diǎn)。

再說施工圖前期我們應(yīng)該考慮哪些因素。首先是鏡場(chǎng)相關(guān)的各個(gè)專業(yè)之間的提資，因?yàn)檎麄€(gè)鏡場(chǎng)面積非常大，數(shù)量又非常多，所以能夠盡早提出一些資料的話對(duì)于后期設(shè)計(jì)有很大的好處。對(duì)于性能模型輸出結(jié)果。這個(gè)可能有的人不是很理解，為什么一開始要確定這個(gè)參數(shù)，我后面會(huì)講到，它是關(guān)系到設(shè)計(jì)參數(shù)，可以作為一些參考。除此之外還有吸熱器主要參數(shù)，吸熱器本身系統(tǒng)也很復(fù)雜，供貨周期也很長，而且主要參數(shù)和全場(chǎng)熱平衡的參數(shù)也是相關(guān)的。

還有總圖設(shè)計(jì)的一些數(shù)據(jù)。我們知道總圖對(duì)于光熱電站來說，絕對(duì)坐標(biāo)是非常重要的，一旦發(fā)生絕對(duì)坐標(biāo)之間的誤差，會(huì)對(duì)整個(gè)電站的性能造成非常大影響。比如說吸熱塔絕對(duì)標(biāo)高發(fā)生錯(cuò)誤，可能整個(gè)鏡場(chǎng)都需要重新設(shè)計(jì)，所以它的參數(shù)也非常重要。

儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)，儲(chǔ)罐本身包含很多計(jì)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(nèi)部分配環(huán)，混溫系統(tǒng)也是和系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)。

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

性能模型的輸出結(jié)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的數(shù)據(jù)結(jié)果，數(shù)據(jù)量很大。這些結(jié)果首先可以分析出來各個(gè)系統(tǒng)、各個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)次數(shù)，還有熔鹽儲(chǔ)罐里面的溫度特征。這些雖然不能直接用來作為我們招標(biāo)的依據(jù)，例如說啟動(dòng)次數(shù)如果直接采用性能模型的額計(jì)算結(jié)果就可能過于理想化，因?yàn)樾阅苣Ｐ椭皇怯肨MY文件，一種典型年來計(jì)算出來的次數(shù)，但是有一定參考意義。如果我們給各個(gè)設(shè)備提供的啟動(dòng)次數(shù)要求都小于啟動(dòng)次數(shù)的話，肯定是不合理的。還有儲(chǔ)罐溫度分析，整套系統(tǒng)全場(chǎng)熱平衡計(jì)算下來，冷罐溫度是由SGS回鹽溫度來確定，而熔鹽從吸熱器出口出來之后進(jìn)入熱罐,會(huì)牽扯到一個(gè)熱罐平均溫度問題。如果不通過比較精確的計(jì)算軟件分析的話，只能通過假設(shè)，這樣肯定會(huì)有很大的偏差。

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

剛才一直提到全場(chǎng)熱平衡計(jì)算，牽扯到整套系統(tǒng)的參數(shù)確定，所以一開始的時(shí)候就應(yīng)該把這一項(xiàng)工作完成，確定全場(chǎng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，只有在這種情況下整套系統(tǒng)才是統(tǒng)一的。如果一開始的時(shí)候不進(jìn)行這個(gè)工作，可能會(huì)導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中都采用自己的設(shè)計(jì)參數(shù)，最后就會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)整套參數(shù)是不能夠匹配的。

比如說一開始不做全場(chǎng)熱平衡計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致SGS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候提不出來非常有效的輸入輸出參數(shù)。按照常規(guī)印象中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，最終會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的偏差。

最后講一下儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)配合，為什么放到最后呢，因?yàn)閮?chǔ)罐這一塊的配合工作量非常大，而且實(shí)際上儲(chǔ)罐計(jì)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的想象。常規(guī)的來說，首先儲(chǔ)罐計(jì)算包括儲(chǔ)罐容量計(jì)算、儲(chǔ)罐幾何形狀計(jì)算，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的計(jì)算，儲(chǔ)罐有限元分析，儲(chǔ)罐內(nèi)部CFD模擬，包括對(duì)管嘴的設(shè)計(jì)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(chǔ)罐設(shè)計(jì)相關(guān)。

儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)周期非常長，而且本身加工周期也很長，所以這一項(xiàng)工作盡快開展，過程中不斷完善，否則會(huì)影響到整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)程。

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