我國光熱發(fā)電發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn)

國家發(fā)展和改革委員會能源研究所 ■ 時璟麗

我國光熱發(fā)電發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn)

國家發(fā)展和改革委員會能源研究所 ■ 時璟麗

太陽能光熱發(fā)電是當前可再生能源領域的熱點之一，是需求和應用潛力巨大的可再生能源技術。國際光熱發(fā)電已進入多區(qū)域發(fā)展和持續(xù)增長時期，我國光熱發(fā)電也在2016年開始進入規(guī)模示范實施階段。本文總結了國內外光熱發(fā)電發(fā)展形勢，重點分析了支撐我國光熱發(fā)電示范推廣的技術基礎、產業(yè)條件、政策環(huán)境，從技術、經濟性、政策機制等方面剖析光熱發(fā)電發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，并提出解決方案的建議和光熱發(fā)電的發(fā)展路徑。

光熱發(fā)電；電價；示范；政策

0 引言

太陽能光熱發(fā)電是太陽能高溫利用的主要技術形式，是太陽能利用的重要領域之一。根據聚熱方式的不同，光熱發(fā)電主要分為塔式、槽式、菲涅爾式和碟式4種，其共同點是采用不同技術加熱工質，再通過汽輪機、燃氣機發(fā)電或斯特林發(fā)動機等，實現熱功轉換并發(fā)電。

光熱發(fā)電在20世紀80年代形成了建設熱潮，之后由于技術和政策障礙出現停滯；近10年來，隨著技術的進步、產業(yè)的發(fā)展、成本的下降和對清潔能源需求的增加，光熱發(fā)電在直接輻射資源豐富的多個國家和地區(qū)再次成為可再生能源領域的熱點之一。我國也在2015年9月以規(guī)模示范的方式推進光熱發(fā)電市場起步；2016年8～9月光熱發(fā)電標桿電價政策的出臺，以及首批示范項目清單的落地，標志著我國光熱發(fā)電示范和推廣進入了實質性實施階段。但與已成熟的風電、光伏發(fā)電等可再生能源產業(yè)相比，光熱發(fā)電技術、制造、市場、政策環(huán)境等方面都有待發(fā)展與完善，示范項目的實施和未來進一步的規(guī)模發(fā)展仍面臨多方面機遇和挑戰(zhàn)。

1 光熱發(fā)電發(fā)展現狀

1.1 國際市場進入多區(qū)域發(fā)展和持續(xù)增長階段

光熱發(fā)電是典型的由技術和政策雙重驅動的市場，其發(fā)展歷程也充分體現了這一特征。國際光熱發(fā)電市場共經歷了3個發(fā)展階段。

1)第一階段是20世紀80年代，意大利先行建設了兆瓦級塔式電站，其后，美國集中建設了10余座光熱發(fā)電項目，總裝機36.4萬kW。由于光熱發(fā)電自身技術問題及美國支持政策調整，進入90年代后的10多年時間里，全球沒有商業(yè)化的光熱發(fā)電站投入運行。

2)第二階段是2007～2013年，國際光熱發(fā)電市場重啟，進入新的黃金發(fā)展期。這一階段市場集中度甚高，新增裝機以西班牙和美國為主，尤其是西班牙，不但在項目數量和規(guī)模上有顯著增加，技術和產業(yè)規(guī)模也居于全球領先地位。到2013年底，全球累計裝機342.5萬kW，其中，西班牙236.5萬kW，美國88.2萬kW，二者占比合計達到95%；此外，印度、阿聯酋、阿爾及利亞、摩洛哥、澳大利亞、中國也各建設了1座萬kW級光熱電站。

3)第三個階段是2014年至今，主要特征是新興市場出現且表現活躍，光熱發(fā)電從集中市場轉為多個區(qū)域市場。由于西班牙電價補貼政策在2012年停止，其后西班牙光熱發(fā)展處于停滯階段，美國則繼續(xù)引領世界光熱發(fā)電市場發(fā)展；南非、北非、中東、南美、東亞、東南亞、南亞等新興市場表現活躍，印度、摩洛哥、南非都有5萬kW及以上的大型光熱電站投運，阿聯酋、埃及、伊朗、意大利、以色列、智利、泰國、阿曼、沙特、科威特等國也有大型光熱電站在建或籌備中。2015年全球光熱發(fā)電新增裝機42萬kW，分布在摩洛哥(16萬kW)、南非(15萬kW)和美國(11萬kW)，累計裝機達到475.5萬kW[1]；全球光熱發(fā)電在建項目超過100萬kW，計劃項目超過1000萬kW；根據國際能源署(IEA)預測，2018年全球光熱發(fā)電裝機將達到1240萬kW[2]。光熱發(fā)電市場進入持續(xù)增長階段。

圖1 光熱發(fā)電裝機及分布

圖2 2016年部分國家光熱發(fā)電項目在建容量

1.2 國內市場處于推廣初級階段

與國際光熱發(fā)電市場處于商業(yè)化應用階段相比，國內光熱發(fā)電市場剛剛起步，尚處于示范推廣的初級階段。“十二五”期間，國內陸續(xù)建設、在建的示范系統(tǒng)有30余個，這些系統(tǒng)涵蓋塔式、槽式、菲涅爾式、碟式等多種技術形式，各大類技術中的具體技術方案也有一定差別，在技術層面進行了多樣化探索。電站建設方面，截至2015年底，全國共建成6座電站，總裝機1.38萬kW；其中，萬kW級大型商業(yè)化電站僅1座，即2013年建成的浙江中控德令哈1萬kW塔式電站，該電站目前已穩(wěn)定運行3年，標志著我國已初步掌握大型光熱電站集成技術。

2016年國內光熱發(fā)電項目建設進展顯著，在國家光熱發(fā)電標桿電價尚未出臺和示范項目清單尚未公布之前，部分具備一定技術和資金實力的制造企業(yè)和開發(fā)企業(yè)已開始電站建設的實際行動。北京首航艾啟威節(jié)能技術股份有限公司在敦煌開始建設1萬kW塔式熔鹽項目，北京兆陽光熱技術有限公司在張家口開始建設1.5萬kW改良菲涅爾光熱熱電聯產項目，根據企業(yè)反饋，這兩個萬kW級商業(yè)化運行項目均有望于2016年內建成發(fā)電；此外，浙江中控德令哈光熱發(fā)電項目也在2016年8月完成了改造工程，主要是配備熔鹽儲熱系統(tǒng)，使其具備儲熱和一定的電力輸出調節(jié)能力；中廣核太陽能德全哈有限公司、蘭州大成等諸多企業(yè)也開展了前期工作。這些在國家示范項目和標桿電價政策尚未明確的情況下建成的項目，堪稱光熱發(fā)電先鋒項目，對國內光熱發(fā)電產業(yè)發(fā)展產生重要影響，可為各類光熱發(fā)電和系統(tǒng)集成、運行技術在我國不同地區(qū)適應性進行初步驗證，為項目建設探索有益經驗，為支持政策制定提供切實支撐，真正帶動全產業(yè)的起步和發(fā)展。

1.3 國內產業(yè)成長且初步具備支撐示范應用的條件

在技術進步和制造業(yè)發(fā)展方面，國內科研機構和高等院校對光熱發(fā)電從理論到實踐進行了10余年的研究，掌握了技術特性，為工程應用奠定了基礎。2010年后，國內光熱發(fā)電制造業(yè)在聚光、高溫光熱轉換、高溫蓄熱、電站系統(tǒng)設計集成等方面不斷取得進展；以國內自然和氣候條件為依據的自主研發(fā)關鍵技術取得一定突破；對于槽式、塔式、菲涅爾式等技術主要部件，多家企業(yè)擁有

生產線并具備產能；光熱發(fā)電設備和材料的國產化率可達90%以上。支撐百萬kW光熱發(fā)電示范項目，在技術和制造能力方面已具備條件。

1.4 支持政策和發(fā)展環(huán)境正在建立和形成

我國支持光熱發(fā)電發(fā)展的政策體系正在建立和形成。2015年9月國家能源局發(fā)布《關于組織太陽能熱發(fā)電示范項目建設的通知》，啟動光熱發(fā)電示范項目工作，文件明確提出希望通過示范項目擴大光熱產業(yè)規(guī)模，形成國內產業(yè)鏈，并培育系統(tǒng)集成商；同年11月，數十家企業(yè)共申報100多個項目，通過初選的項目有101個，總裝機容量達到850萬kW；2016年9月，國家能源局確定并公布了首批示范項目名單，共20個項目，裝機134.9萬kW，分布在河北、內蒙古、甘肅、新疆、青海5個省(區(qū))，采用塔式、槽式、菲涅爾3種主流技術，技術方案和電站集成將來自于國內12家單位。

首批百萬kW規(guī)模的光熱發(fā)電示范項目建設，其示范性將體現在多個方面：

1)在國內不同地區(qū)不同應用領域對各類光熱電站的適用性進行技術示范，探索適合于不同地區(qū)的太陽能、水、土地等資源條件，以及電力系統(tǒng)特性和需求的光熱發(fā)電應用模式。

2)通過示范，創(chuàng)造一定規(guī)模的國內市場，從而帶動產業(yè)成長，尤其是自主創(chuàng)新技術和裝備的產業(yè)化。目前數十家制造企業(yè)看好首批示范項目市場，整裝待發(fā)，若示范項目順利實施則可大浪淘沙，使真正有技術實力和能力的制造企業(yè)得到培育和成長?？山梃b國內風電制造業(yè)的發(fā)展路徑，2010年前后國內風電整機制造企業(yè)約有80家，通過國內市場帶動，經過3年左右的時間，風電整機制造企業(yè)保持在約20家，龍頭企業(yè)技術能力和規(guī)模實力大幅提升，5家企業(yè)位列全球前10且市場占比達到42%，希望光熱發(fā)電產業(yè)能復制這樣的成功路徑。

3)以示范項目解決產業(yè)和政策互相等待的問題。通過競爭性比選，發(fā)現電價需求，確定示范電價水平，并在優(yōu)惠信貸政策、并網和調度運行政策、土地政策多個方面進行政策示范和創(chuàng)新機制探索。

1.5 標桿電價是促進產業(yè)發(fā)展的基石性政策

作為尚處于起步和成長中的可再生能源產業(yè)和市場，光熱發(fā)電需要有效的政策支持和驅動。政策支持體系由電價、并網、消納、金融、土地、稅收等政策組成，其中電價是這一支持體系的基石性政策。光熱發(fā)電的成本相對于化石能源發(fā)電成本較高，在不考慮煤電的外部性成本的情況下，目前我國光熱發(fā)電成本約為煤電成本的3～4倍。因此，沒有明確的電價政策作為基礎，單靠配套其他政策難以支撐光熱發(fā)電發(fā)展。

2016年8月，國家發(fā)展改革委頒布了《關于太陽能熱發(fā)電標桿上網電價政策的通知》，核定全國統(tǒng)一的光熱發(fā)電(含4 h以上儲熱功能)標桿上網電價為1.15元/kWh(含稅)，并明確電價僅適用于納入國家能源局2016年組織實施的光熱發(fā)電示范范圍的項目，且必須在2018年底前建成投運。

光熱發(fā)電應用領域廣泛，具體技術類型多樣，各地區(qū)光熱資源和其他條件也有較大差別，除電價外的政策條件也有一定的不確定性，這些因素使各光熱發(fā)電項目的實際成本有較大差距。盡管如此，不分技術類型和地區(qū)的統(tǒng)一的標桿電價政策仍可給予光熱發(fā)電項目開發(fā)企業(yè)明確的價格、經濟性和投資回收預期，能夠吸引制造企業(yè)投入、開發(fā)企業(yè)投資，企業(yè)可以對項目投資自行判斷和選擇，統(tǒng)一的電價水平能使有競爭力、技術較為先進和相對成熟的項目推出，有利于優(yōu)勢項目先期開發(fā)。

2 光熱發(fā)電發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展路徑

2.1 技術發(fā)展層面

技術發(fā)展層面的挑戰(zhàn)主要在兩個方面。

1)國內光熱發(fā)電系統(tǒng)集成和運維技術尚需要大型電站長期運行驗證。光熱發(fā)電關鍵設備、系統(tǒng)集成、電站運行等技術要求高，雖然近年來我國在集熱、反射鏡、聚光器、儲熱等核心裝備上的技術水平有了長足進步，但萬kW級電站僅有

1座有3年連續(xù)運行的經驗，對于技術種類多樣化的光熱發(fā)電來說，在技術可行性、集成技術適用性和長期運行可靠性方面仍存在潛在風險。

2)依據國內實際需求創(chuàng)新光熱發(fā)電技術是必然。我國的自然和氣候條件對光熱發(fā)電技術提出了不同于國外光熱發(fā)電市場地區(qū)(美國南部、西班牙、南非、北非等)的要求，如“三北”地區(qū)風沙大、溫差大、污染重，聚光系統(tǒng)及其跟蹤部件需要有很強的抗風、防沙、防塵能力，集熱、傳熱和儲能系統(tǒng)需要適應大溫差和溫度的快速變化等。因此，完全照搬國外技術、直接使用國外部件和產品集成、套用國外商業(yè)化運行的光熱電站的運行模式，在我國應用可能會遇到較多的問題，可能會使我國的光熱發(fā)電發(fā)展走彎路。集熱、傳熱、儲熱、系統(tǒng)集成、電站運行技術的創(chuàng)新是必須的。

示范項目推進為我國光熱發(fā)電產業(yè)提供了自主技術發(fā)展和技術進步的契機，制造業(yè)必須注重自主技術的創(chuàng)新，基于本土環(huán)境和條件研發(fā)技術并進行產業(yè)鏈建設，一方面要適應我國特殊的條件，更重要的是要避免走國內某些制造業(yè)曾經經歷的大量引進技術和生產線、多環(huán)節(jié)簡單重復、惡性競爭、貿易紛爭不斷的老路，建立真正自主的光熱發(fā)電產業(yè)。通過示范項目，可積累項目建設運行經驗，驗證國產化設備和材料的可靠性、性能指標，推動形成核心設備自主知識產權，培育系統(tǒng)集成能力，真正掌握核心和關鍵技術。

2.2 經濟性層面

光熱發(fā)電的經濟性和競爭力尚有待提升。隨著技術的進步，光熱發(fā)電的成本已實現了較大幅度的下降，國外新投運光熱電站電價水平已從2010年的30～35美分/kWh降低到2015年的15美分/kWh左右，2016年智利招標項目中，光熱發(fā)電的投標價更低至6.3美分/kWh；我國光熱發(fā)電成本也下降顯著，2010年到2016年降低了近60%。但與其他電源相比，光熱發(fā)電成本仍偏高，目前光熱發(fā)電電價約是煤電的3.3倍，是風電的2.3倍，是光伏發(fā)電的1.3倍。通過培育市場帶動國內產業(yè)發(fā)展，通過產業(yè)發(fā)展推動技術進步、規(guī)模提升，進而實現成本下降，是光熱發(fā)電適宜的發(fā)展路徑。

光熱發(fā)電成本降低潛力大。許多國際機構對光熱發(fā)電成本競爭力有較好預期，主要基于光熱發(fā)電設備制造、效率提升及系統(tǒng)集成技術、運行技術方面的進步潛力。IEA預期，2020年前后光熱發(fā)電的平準化成本可達10美分/kWh；2025年光熱發(fā)電的平準化成本，國際可再生能源機構(IRENA)和美國能源部(USDOE)分別預期達到9美分/kWh和5～7美分/kWh。經過5年左右的培育期，隨著國內光熱制造業(yè)成熟，我國光熱發(fā)電成本也有望在目前的基礎上降低1/3左右。

2.3 政策機制層面

在電價政策出臺后，并網消納、金融、土地、稅收等政策對光熱發(fā)電發(fā)展也至關重要，應結合光熱發(fā)電產業(yè)自身特點積極爭取。在上述電價文件中，也提出了相應建議，“鼓勵地方相關部門采取稅費減免、財政補貼、綠色信貸、土地優(yōu)惠等措施，多措并舉促進光熱發(fā)電產業(yè)發(fā)展”。

1)在稅收方面，目前國家對大部分可再生能源實行增值稅優(yōu)惠政策，如風電享受增值稅50%即征即退，農林廢棄物發(fā)電和垃圾發(fā)電等增值稅100%即征即退，光伏發(fā)電在2013～2018年也享受增值稅50%即征即退等。初步測算，光熱發(fā)電如享受增值稅50%即征即退，可降低電價需求約6分/kWh。

2)金融政策方面，對于光熱發(fā)電示范項目，可考慮爭取專門的貸款安排。初步測算，利率降1%，可降低電價需求約6分/kWh。

3)用地政策方面，土地能否利用及合適的征地費和使用費標準對光熱發(fā)電市場持續(xù)發(fā)展十分重要?？山梃b并申請與光伏發(fā)電同等的土地政策，即利用荒漠土地且不涉及專用，不占用土地年度計劃指標，考慮采用劃撥或租賃的形式獲得用地。

3 光熱發(fā)電發(fā)展趨勢

3.1 需求和優(yōu)勢

光熱發(fā)電是戰(zhàn)略性的可再生能源技術，雖然

當前尚有前述的一些技術、產業(yè)和經濟性問題需要解決，但發(fā)展光熱發(fā)電并不存在不可逾越的障礙。相對于其他電源，光熱發(fā)電具有如下獨特的優(yōu)勢。

1)大規(guī)模發(fā)展光熱發(fā)電有助于推動可再生能源的整體發(fā)展和電力供應結構轉型。我國政府提出要推動能源生產和消費革命，發(fā)展可再生能源是不可或缺的途徑之一。2015年底我國風電和光伏發(fā)電并網裝機容量分別達到1.29億kW和4318萬kW，80%以上容量為西部、北部大基地集中開發(fā)。但由于光伏和風電難以存儲，已呈現出嚴重的限制出力問題，部分地區(qū)的限電比例超過40%。而光熱發(fā)電可通過技術可行、成本相對低廉的儲熱裝置實現按電力調度需求發(fā)電，既可作為基礎支撐電源，也具備較為靈活的調峰能力。大規(guī)模開發(fā)光熱發(fā)電可緩解西部和北部的風電、光伏限制出力情況，并共同組成清潔發(fā)電系統(tǒng)，大幅提高可再生能源在電源結構中的比例。

2)發(fā)展光熱發(fā)電對經濟和相關產業(yè)的拉動作用顯著。光伏和光熱發(fā)電的產業(yè)鏈均很長，但與光伏產業(yè)鏈不同的是，光熱發(fā)電產業(yè)鏈的絕大部分環(huán)節(jié)為傳統(tǒng)制造業(yè)，如太陽集熱島所需的大量鋼材、玻璃、水泥、鍍膜、儲熱材料等，1個5萬kW裝機配4～8 h儲熱的光熱發(fā)電系統(tǒng)，需要鋼材、玻璃、混凝土都在萬噸級，發(fā)展光熱發(fā)電可適度緩解我國鋼鐵、玻璃、水泥等產能過剩問題；此外，汽輪機、發(fā)電機也是我國的傳統(tǒng)優(yōu)勢產業(yè)，光熱發(fā)電系統(tǒng)集成、運行控制則有潛力成為新興產業(yè)。因此，光熱發(fā)電不僅是提供一種清潔能源供應方案，更為重要的是，其可拉動經濟和多項傳統(tǒng)、新興產業(yè)的發(fā)展。

3.2 潛力和前景展望

光熱發(fā)電發(fā)展?jié)摿薮?。我國太陽能資源豐富，從資源支撐角度，大型光熱發(fā)電項目的建設需要考慮到自然資源條件及當地基礎設施建設條件，主要有太陽能法向直射輻射、地形和土地、水資源和建設地區(qū)電網基礎設施等。根據中科院電工所對國內集中式光熱發(fā)電開發(fā)潛力評估，我國太陽能直接輻射資源不低于5 kWh/(m2·d)的光熱開發(fā)潛力為160億kW，其中不低于7 kWh/ (m2·d)的光熱開發(fā)潛力為14億kW；此外，東中部地區(qū)還有光熱資源較為豐富、適于建設分布式熱電聯產的廣闊區(qū)域。

光熱發(fā)電市場面廣，未來發(fā)展可著眼于兩大類市場：一方面是建設配備儲能裝置的大規(guī)模光熱電站，以及建設光熱天然氣聯合電站、光熱煤電聯合電站、20萬kW及以下煤電機組改造光熱電站等；另一方面是光熱發(fā)電的分布式應用，包括在海島、偏遠地區(qū)利用光熱發(fā)電實現供電、供熱和海水淡化，在有工業(yè)用熱需求的地區(qū)推廣建設光熱熱電聯產、光熱工業(yè)蒸汽等。

“十三五”光熱發(fā)電規(guī)劃目標尚未正式公布，當前討論中的目標為2020年裝機達到500萬kW，這一目標是導向性目標，體現國家發(fā)展光熱發(fā)電的決心和方向。從中長期發(fā)展角度，我國政府已提出2030年非化石能源占一次能源比例達到20%的目標。初步測算，要實現這一目標，屆時風電、太陽能發(fā)電均需要達到4～5億kW裝機的水平，光熱發(fā)電貢獻度將取決于未來5年內的技術成熟度、產業(yè)規(guī)模和經濟競爭力。

4 結語

我國光熱發(fā)電市場已經啟動，在技術儲備、制造業(yè)方面已經具備能力，根據國際光熱發(fā)電發(fā)展經驗、國內風電和光伏等其他可再生能源發(fā)展經驗，以及我國發(fā)展光熱發(fā)電的基礎條件和需求，經過5年左右的項目示范期，2020年光熱發(fā)電將成為繼風電、光伏之后的又一可再生能源的重要應用領域，并成為推進能源供應轉型的重要力量。

[1] REN21. Renewables 2016 Global Status Report[R]. 2016,06.

[2] IEA. Technology Roadmap: Solar Thermal Electricity (2014 Edition)[R]. 2014-10.

2016-10-09

時璟麗(1969—)，女，碩士、研究員，主要從事可再生能源政策方面的研究。shjingli2002@163.com