太陽(yáng)能光熱發(fā)電現(xiàn)狀及前景分析

李方方 袁亞周 吳 怡 上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司

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太陽(yáng)能光熱發(fā)電現(xiàn)狀及前景分析

李方方 袁亞周 吳 怡 上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司

介紹了太陽(yáng)能發(fā)電的基本原理，對(duì)槽式、塔式、蝶式和菲涅爾式4種太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行比較；闡述了光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及典型項(xiàng)目情況，并對(duì)光熱發(fā)電的前景和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

太陽(yáng)能；光熱發(fā)電技術(shù)；CSP；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展前景

1 太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介

太 陽(yáng) 能 光 熱 發(fā) 電（Concentrated Solar Power，簡(jiǎn)稱CSP）通過(guò)數(shù)量眾多的反射鏡，將太陽(yáng)的直射光聚焦采集，通過(guò)加熱水或者其他工作介質(zhì)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后利用與傳統(tǒng)的熱力循環(huán)一樣的過(guò)程，即形成高溫高壓的水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組工作，最終將熱能轉(zhuǎn)化成為電能［1］。整個(gè)光熱發(fā)電系統(tǒng)更接近于火電，區(qū)別在于將儲(chǔ)煤廠和傳送帶變成了集熱廠，其它的冷卻系統(tǒng)、熱交換器等，與火電一樣。

太陽(yáng)能光熱發(fā)電可儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，具備基礎(chǔ)負(fù)荷特征，這是別的新能源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。白天電網(wǎng)的負(fù)荷曲線形狀與太陽(yáng)能發(fā)電自然曲線相似，上午負(fù)荷隨時(shí)間上升，下午隨時(shí)間下降，因此太陽(yáng)能發(fā)電是天然的電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷。配備專門蓄熱裝置的太陽(yáng)能光熱發(fā)電電站，不僅在啟動(dòng)時(shí)和多云狀態(tài)時(shí)可以補(bǔ)充能量，保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可以實(shí)現(xiàn)24 h不間斷發(fā)電。

2 一般技術(shù)路線

根據(jù)聚光方式的不同，光熱發(fā)電技術(shù)主要分為：塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾［2］。其共同點(diǎn)是利用不同技術(shù)加熱工質(zhì)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，4種形式發(fā)電技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)和適用范圍如下表［3］所示。世界范圍內(nèi)，槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)占比最高，但在規(guī)劃建設(shè)中的光熱電站項(xiàng)目中塔式所占的比例已經(jīng)超出了槽式技術(shù)。

圖1 光熱發(fā)電負(fù)荷趨勢(shì)圖

3 發(fā)展現(xiàn)狀

全球光熱發(fā)電市場(chǎng)主要分布在南歐、北非、中東、南非、南亞、中國(guó)、澳洲、北美與南美。截至2013年3月，西班牙共有45座太陽(yáng)能熱發(fā)電站處于商業(yè)化運(yùn)行的狀態(tài)，其中槽式電站40座（1 972.5 MWe）、塔式電站3座（49.9 MWe）、菲涅爾式電站2座（31.4 MWe）。截止2014年4月底，全球已投入運(yùn)行的光熱電站約4 000 MW，其中約93%集中于西班牙與美國(guó)；在建約1600 MW，主要分布在美國(guó)、西班牙、印度、南非、伊朗、摩洛哥、中國(guó)等國(guó)家。IEA（國(guó)際能源機(jī)構(gòu)）預(yù)測(cè)到2060年光熱直接發(fā)電及采用光熱化工合成燃料發(fā)電共占全球電力結(jié)構(gòu)約30%。［4］

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012-2014年我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電項(xiàng)目備案規(guī)模逐年穩(wěn)步上升。從已備案項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)以槽式、塔式技術(shù)為主。除未明確技術(shù)路線的項(xiàng)目外，槽式項(xiàng)目數(shù)量較多，塔式項(xiàng)目規(guī)模較大。根據(jù)各省能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止2014年，我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電備案及建成規(guī)?？傆?jì)1448.28MW，重點(diǎn)開發(fā)省份中，青海省占總體開發(fā)規(guī)模48%，位居第一。西藏、內(nèi)蒙古、甘肅三省分列第二、三。［5］

4 典型項(xiàng)目簡(jiǎn)介

（1）Crescent Dunes新月沙丘光熱電站

截至到2014年12月，美國(guó)開發(fā)的大型光熱電站總共有5個(gè)，其中裝機(jī)392 MW的Ivanpah塔式電站、280 MW Solana槽式電站、250 MW Genesis槽式電站，Mojave槽式電站均已正式投運(yùn)，110 MW的Crescent Dunes（新月沙丘）塔式電站尚未正式投運(yùn)。

新月沙丘電站是目前全球最大的塔式熔鹽光熱電站，熔鹽工作溫度為550℃。電站PPA協(xié)議購(gòu)電年限為25年，協(xié)議電價(jià)為0.135美元/kWh（約0.86元/kWh），在25年的協(xié)議期限內(nèi)電價(jià)每年將上漲1%。該電站自2014年2 月12 日試運(yùn)行，目前暫未投入商業(yè)運(yùn)行。［6］

表1 4種光熱發(fā)電技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)比較

（2）中控德令哈光熱發(fā)電

中控德令哈光熱發(fā)電站一期工程是我國(guó)首套投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的光熱發(fā)電項(xiàng)目，2013年7月，位于青海省內(nèi)的中控德令哈光熱發(fā)電項(xiàng)目一期工程（10 MW，塔式）成功并網(wǎng)發(fā)電，具備6 h儲(chǔ)熱能力。2014年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)了該電站的上網(wǎng)電價(jià)（含稅）為1.2元/kWh。中控德令哈10 MW塔式電站上網(wǎng)電價(jià)的落地給予行業(yè)極大的鼓舞，中國(guó)多個(gè)規(guī)劃中的光熱發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)施亟待光熱電價(jià)政策的進(jìn)一步明朗。

5 應(yīng)用前景和需要解決的問(wèn)題

（1）應(yīng)用前景光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用前景主要有以下幾個(gè)方面。1）與火電廠聯(lián)合發(fā)電，這種運(yùn)行方式將成為光熱發(fā)電的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

2）光熱發(fā)電與光伏發(fā)電形成互補(bǔ)效應(yīng)，建設(shè)光熱+光伏的綜合電站。在同一個(gè)發(fā)電區(qū)域內(nèi)平衡光熱和光伏之間的電力生產(chǎn)和輸送，可消除光伏的間歇性問(wèn)題，這兩大技術(shù)的結(jié)合從總體上可有效降低整體系統(tǒng)的發(fā)電成本。美國(guó)的新月沙丘項(xiàng)目則是光熱&光伏全集成的項(xiàng)目，該電站向需要全天候電能供給的礦業(yè)供電。

3）建立分布式發(fā)電系統(tǒng)，這種發(fā)電系統(tǒng)有助于解決偏遠(yuǎn)山區(qū)的供電問(wèn)題，蝶式發(fā)電系統(tǒng)最適合，但由于其發(fā)電技術(shù)還不成熟，因此多采用槽式發(fā)電系統(tǒng)。

4）太陽(yáng)能中高溫?zé)崂谩Ｌ?yáng)能熱發(fā)電站的聚光鏡場(chǎng)，可以用來(lái)產(chǎn)生蒸汽供工業(yè)應(yīng)用，比如用于海水淡化、紡織行業(yè)、化工和稠油開采等，國(guó)內(nèi)已有部分示范項(xiàng)目。海南樂(lè)東、臨高有太陽(yáng)能海水淡化的示范項(xiàng)目，廣東番禺有太陽(yáng)能中溫產(chǎn)生蒸汽供紡織廠用的示范，新疆克拉瑪依太陽(yáng)能預(yù)熱天然氣蒸汽鍋爐用于稠油開采等。

（2）需要解決的問(wèn)題

盡管光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)誕生多年，但其商業(yè)化應(yīng)用還處于初級(jí)發(fā)展階段，離平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)還存在一定的差距。降低成本是光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)界共同的責(zé)任和目標(biāo)。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)成套設(shè)備的技術(shù)水平有待提高和完善，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)則尚不完善，需要盡快出臺(tái)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范。

太陽(yáng)能熱發(fā)電最根本的是需要有好的太陽(yáng)能資源，但根據(jù)SolarGIS提供的中國(guó)太陽(yáng)能資源分布，除了西藏地區(qū)以外，DNI大于2 000 kWh/m2y的地方并不多，DNI資源在2 000kWh/m2y左右的地方均位于我國(guó)西北地區(qū)。而我國(guó)西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、干旱少雨、水資源貧乏、多風(fēng)沙、冬季氣溫寒冷，且同樣遠(yuǎn)離用電負(fù)荷中心，這些條件制約著光熱發(fā)電技術(shù)的大規(guī)模、充分利用。

但太陽(yáng)能在為人類提供清潔能源的同時(shí)也會(huì)為環(huán)境生態(tài)帶來(lái)一些負(fù)面影響，美國(guó)伊萬(wàn)帕（Ivanpah）塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電站測(cè)試、試運(yùn)行階段，存在發(fā)電塔殺死鳥的情況。

［1］ 張爭(zhēng)，夏勇. 太陽(yáng)能光熱發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析［J］. 長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2013， 30（01）:24-26

［2］ 張耀明.太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)［J］.山西能源與節(jié)能，2009（3）:1-4

［3］ 王澤凱. 太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展［J］. 玻璃， 2012，39（06）:30-35.

［4］ 中國(guó)產(chǎn)業(yè)洞察網(wǎng)，《2013-2016年中國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電市場(chǎng)全景調(diào)查與投資方向研究報(bào)告》

［5］ CSPPLAZA2015年會(huì)，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，易躍春，《中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)十三五發(fā)展規(guī)劃及展望》

［6］ 數(shù)據(jù)來(lái)源于 CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)

Current Situation and Prospect Analysis on Concentrated Solar Power Generation

Li Fangfang， Yuan Yazhou， Wu Yi
Shanghai Zhixin Energy Saving and Environment Protection Co.，Ltd

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10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.07.013

李方方：（1986-），女，主要從事能源智能化應(yīng)用及清潔能源研究和應(yīng)用。