李方方 袁亞周 吳 怡 上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司

?

太陽能光熱發(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

介紹了太陽能發(fā)電的基本原理，對槽式、塔式、蝶式和菲涅爾式4種太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的優(yōu)劣勢進(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，并對光熱發(fā)電的前景和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

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

1 太陽能光熱發(fā)電技術(shù)簡介

太 陽 能 光 熱 發(fā) 電（Concentrated Solar Power，簡稱CSP）通過數(shù)量眾多的反射鏡，將太陽的直射光聚焦采集，通過加熱水或者其他工作介質(zhì)，將太陽能轉(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。

太陽能光熱發(fā)電可儲能，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，具備基礎(chǔ)負(fù)荷特征，這是別的新能源無法比擬的優(yōu)勢。白天電網(wǎng)的負(fù)荷曲線形狀與太陽能發(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)荷趨勢圖

3 發(fā)展現(xiàn)狀

全球光熱發(fā)電市場主要分布在南歐、北非、中東、南非、南亞、中國、澳洲、北美與南美。截至2013年3月，西班牙共有45座太陽能熱發(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；在建約1600 MW，主要分布在美國、西班牙、印度、南非、伊朗、摩洛哥、中國等國家。IEA（國際能源機(jī)構(gòu)）預(yù)測到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年我國太陽能熱發(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，我國太陽能熱發(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，我國太陽能熱發(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)目簡介

（1）Crescent Dunes新月沙丘光熱電站

截至到2014年12月，美國開發(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首套投入商業(yè)運(yùn)營的光熱發(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儲熱能力。2014年國家發(fā)展和改革委員會批復(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。

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）太陽能中高溫?zé)崂?。太陽能熱發(fā)電站的聚光鏡場，可以用來產(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，國內(nèi)已有部分示范項(xiàng)目。海南樂東、臨高有太陽能海水淡化的示范項(xiàng)目，廣東番禺有太陽能中溫產(chǎn)生蒸汽供紡織廠用的示范，新疆克拉瑪依太陽能預(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，需要盡快出臺相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范。

太陽能熱發(fā)電最根本的是需要有好的太陽能資源，但根據(jù)SolarGIS提供的中國太陽能資源分布，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西北地區(qū)。而我國西北地區(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。

但太陽能在為人類提供清潔能源的同時(shí)也會為環(huán)境生態(tài)帶來一些負(fù)面影響，美國伊萬帕（Ivanpah）塔式太陽能光熱發(fā)電站測試、試運(yùn)行階段，存在發(fā)電塔殺死鳥的情況。

［1］ 張爭，夏勇. 太陽能光熱發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析［J］. 長江工程職業(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］ 中國產(chǎn)業(yè)洞察網(wǎng)，《2013-2016年中國太陽能光熱發(fā)電市場全景調(diào)查與投資方向研究報(bào)告》

［5］ CSPPLAZA2015年會，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，易躍春，《中國太陽能熱發(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

The article introduces working principle of solar power generation and compares advantages and disadvantages of 4 types solar power solar-thermal power generation technology， such as tank type， tower type， butterfly type， fresnel type. It demonstrates development situation and typical projects of solar power solar-thermal power generation technology and analyzes its prospect and challenges.

Solar Energy， Concentrated Solar Power Generation Technology， CSP， Development Situation， Development Prospect

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。