太陽(yáng)能光伏與光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展概述

◎ 胡 玉 白玉忠

太陽(yáng)能光伏與光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展概述

◎ 胡 玉1白玉忠2

近年來(lái)?xiàng)夛L(fēng)棄光率高與風(fēng)電光伏出力間歇性和低能量密度有關(guān)。從關(guān)鍵技術(shù)、投資建設(shè)成本、光熱與光伏綜合利用、光熱與傳統(tǒng)能源互補(bǔ)利用等方面，對(duì)太陽(yáng)能利用技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，明確了太陽(yáng)能光熱發(fā)電中鏡場(chǎng)投資占比最大，集熱儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵，與光伏和火電等常規(guī)能源結(jié)合互補(bǔ)利用，規(guī)模化、高參數(shù)、高聚光比、連續(xù)發(fā)電、分布式發(fā)展等將是太陽(yáng)能最主要、最高效的利用方向，可緩解乃至消除單獨(dú)發(fā)電存在的許多問(wèn)題，具有非常好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益與發(fā)展空間。

當(dāng)前，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步形成，但全面開展仍有障礙，部分關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力不足，技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的重點(diǎn)是提高集熱效率和蓄能能力，提升太陽(yáng)能綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

光伏與光熱發(fā)電技術(shù)對(duì)比分析

光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)很成熟，過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)機(jī)，無(wú)燃料，無(wú)噪聲﹑無(wú)污染。光伏發(fā)電最具發(fā)展理想特征，是可再生﹑可持續(xù)的新能源清潔發(fā)電技術(shù)。但目前存在的主要問(wèn)題也很多：占地面積大，轉(zhuǎn)換效率低，運(yùn)行不可持續(xù)性，并網(wǎng)安全性和電能質(zhì)量問(wèn)題突出，受氣候環(huán)境因素影響大，地域依賴性強(qiáng)，系統(tǒng)成本高且下降空間已不大，晶體硅電池的制造過(guò)程高污染﹑高能耗等。這些因素嚴(yán)重制約了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著近年來(lái)?xiàng)夛L(fēng)棄光形勢(shì)的加劇，國(guó)家已叫停多省新增新能源項(xiàng)目。

太陽(yáng)能光熱發(fā)電最新進(jìn)展

關(guān)鍵技術(shù)方面。我國(guó)在太陽(yáng)能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備方面的研究進(jìn)展依然緩慢。光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于太陽(yáng)能的高效收集，主要技術(shù)包括受光面光學(xué)設(shè)計(jì)﹑選擇性表面技術(shù)﹑裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及集熱體熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)主要的考慮問(wèn)題有機(jī)械碰撞﹑光學(xué)損失（包括余弦損失﹑陰影和阻擋損失﹑衰減損失﹑溢出損失等）﹑性能問(wèn)題等。

槽式反射鏡的性能指標(biāo)包括反射率﹑聚光性能﹑機(jī)械強(qiáng)度﹑抗風(fēng)沙性能﹑抗腐蝕性能﹑抗疲勞性能和重量等。目前主要使用的太陽(yáng)能收集裝置有平板型﹑真空管﹑陶瓷和聚焦集熱器（槽式﹑碟式和塔式）四種。光熱產(chǎn)業(yè)鏈上的系統(tǒng)集成﹑集熱管﹑聚光鏡等核心技術(shù)和裝備還未完全掌握，尤其是聚焦跟蹤系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，嚴(yán)重阻礙太陽(yáng)能光熱市場(chǎng)發(fā)展。

塔式光熱電站鏡場(chǎng)面積的選擇主要由設(shè)計(jì)點(diǎn)吸熱器額定功率﹑太陽(yáng)直射輻射（DNI）﹑吸熱塔高決定。在吸熱器額定功率和DNI相同的前提下，吸熱塔高越高鏡場(chǎng)的面積會(huì)略有減小。定日鏡布置距離受吸熱塔高﹑定日鏡與吸熱塔的相對(duì)位置關(guān)系﹑DNI﹑吸熱器最大允許熱流密度﹑吸熱器功率等多種因素的限制。

投資建設(shè)成本方面。光熱電站成本受國(guó)家補(bǔ)貼﹑光資源條件﹑儲(chǔ)熱容量﹑系統(tǒng)效率﹑設(shè)備價(jià)格﹑融資渠道等因素影響較大，而目前在國(guó)家未出臺(tái)上網(wǎng)電價(jià)情況下，基于度電成本為衡量經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是目前較好，也是較科學(xué)的考核方法。目前我國(guó)光熱電站建設(shè)成本居高不下，約30元/W，而光伏發(fā)電成本為7～8元/W，太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的主要障礙是成本。定日鏡的成本變化對(duì)光熱電站造價(jià)影響很大，是建造成本占比最大的部分。儲(chǔ)熱成本與儲(chǔ)熱時(shí)間和裝機(jī)容量有關(guān)。熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)成本主要由熔鹽﹑熔鹽泵﹑儲(chǔ)罐﹑換熱器﹑電伴熱﹑儀表閥門等設(shè)備材料費(fèi)用構(gòu)成。塔式電站的造價(jià)包括太陽(yáng)島﹑常規(guī)島和儲(chǔ)熱系統(tǒng)成本等。常規(guī)島﹑基礎(chǔ)設(shè)施﹑場(chǎng)地等參照火電相關(guān)系統(tǒng)估算。與光伏發(fā)電相比，光熱發(fā)電不需昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可大大降低成本，也可實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。光熱發(fā)電是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，是未來(lái)電力能源發(fā)展的主要方向之一，然而制約其發(fā)展的主要瓶頸依然是發(fā)電成本過(guò)高，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)不理想，而且國(guó)內(nèi)仍處于試驗(yàn)研究及工程示范階段，實(shí)驗(yàn)裝置及商業(yè)示范項(xiàng)目太少，技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，部分設(shè)備存在技術(shù)瓶頸，且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)都在保密狀態(tài)，設(shè)備性價(jià)比不好評(píng)判，技術(shù)路線的選取存在風(fēng)險(xiǎn)。隨著光伏成本的一再降低，特別是高倍聚光砷化鎵技術(shù)的運(yùn)用，使光伏成本大幅降低，非儲(chǔ)能光熱發(fā)電很難與之抗衡，光熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性也因此受到了質(zhì)疑。國(guó)外目前新建的光熱電站大多匹配有儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)發(fā)電，其電網(wǎng)友好性較光伏發(fā)電具有明顯優(yōu)勢(shì)。

光伏﹑光熱綜合利用發(fā)展情況。太陽(yáng)能光伏光熱綜合利用將流體加熱后用于采暖或熱水，降低電池板工作溫度，提升光電效率，從而大大提升太陽(yáng)能綜合利用效率。目前主要關(guān)注的是集熱與冷卻系統(tǒng)的匹配問(wèn)題，如何選擇循環(huán)工質(zhì)，以及不同工況的控制問(wèn)題等。鑒于多晶硅生產(chǎn)造成的污染問(wèn)題，以及光伏發(fā)電的不可調(diào)性，光伏電站僅適合分布式有限發(fā)展（例如當(dāng)前開展比較廣泛的屋頂光伏等項(xiàng)目），而光熱發(fā)電則在技術(shù)應(yīng)用成熟和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈形成時(shí)便可規(guī)?；l(fā)展，而且二者可以綜合利用，特別是現(xiàn)在比較火熱的屋頂光伏產(chǎn)業(yè)，既利用了太陽(yáng)能，又節(jié)約了占地面積，光熱電站的生活及部分廠用電等可以考慮引入光伏發(fā)電設(shè)計(jì)。

（作者單位：1.神華國(guó)華（北京）電力研究院有限公司；2.寧夏國(guó)華寧東發(fā)電有限公司）