■ 王志峰 杜鳳麗

(1.中國科學院電工研究所；2.國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟；3.中國可再生能源學會太陽能熱發(fā)電專業(yè)委員會)

0 引言

2016年，在國家發(fā)展改革委和國家能源局的共同努力下，我國啟動了首批20個太陽能熱發(fā)電示范項目，總規(guī)模達1349 MW，標志著我國太陽能熱發(fā)電的商業(yè)化進程開始起步。這20個示范項目中3個項目已于2018年年底前建成投產(chǎn)，總裝機量達200 MW，占整批示范規(guī)模的14.8%。這3個示范項目分別為：青海中廣核德令哈50 MW槽式太陽能熱發(fā)電站，于2018年10月10日投運；首航節(jié)能敦煌100 MW塔式太陽能熱發(fā)電站，于 2018年12月28日并網(wǎng)發(fā)電；青海中控太陽能德令哈50 MW塔式太陽能熱發(fā)電站，于2018年12月30日并網(wǎng)發(fā)電。另外，還有5個示范項目正加緊建設，計劃最晚于2020年6月底前并網(wǎng)，總裝機量為300 MW，占整批示范規(guī)模的22.2%。這5個示范項目分別為：中國能建哈密50 MW塔式太陽能熱發(fā)電站、中國電建共和50 MW塔式太陽能熱發(fā)電站、內(nèi)蒙古烏拉特中旗100 MW槽式太陽能熱發(fā)電站、蘭州大成敦煌50 MW熔鹽線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電站、玉門鑫能50 MW二次聚光塔式太陽能熱發(fā)電站。

除太陽能熱發(fā)電示范項目外，在國家能源局公布的多能互補集成優(yōu)化示范項目中，魯能海西州格爾木50 MW塔式熔鹽太陽能熱發(fā)電項目已于2019年9月底并網(wǎng)發(fā)電。

在與其他國家合作的太陽能熱發(fā)電項目方面，2018年上海電氣與ACWA Power公司合作，成功中標迪拜水電局(DEWA)“一塔三槽”700 MW太陽能熱發(fā)電項目，上海電氣為該項目的聯(lián)合投標方和工程總承包方(EPC)。

通過首批太陽能熱發(fā)電示范項目的建設，我國建立了太陽能熱發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈。根據(jù)國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布的《2018年度太陽能熱發(fā)電及采暖技術產(chǎn)業(yè)藍皮書》[1]的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在我國與太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)相關的行業(yè)數(shù)量如圖1所示，太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)關鍵部件、材料的年產(chǎn)能數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)相關行業(yè)的數(shù)量情況[1]

表1 我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)關鍵部件、材料的年產(chǎn)能數(shù)據(jù)[1]

由圖1和表1可知，我國的太陽能產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)覆蓋了太陽能熱發(fā)電的多個環(huán)節(jié)，即我國太陽能熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，但其中的多個行業(yè)類別仍是其他國家占主導地位。例如熔鹽材料方面，智利SQM公司為全球主要供應商；熔鹽吸熱器的供應商主要是比利時的CMI公司；電站系統(tǒng)設計方面也多以西班牙企業(yè)為主。

1 2015～2021年我國太陽能熱發(fā)電市場動態(tài)

與所有能源一樣，隨著政策的變化，我國太陽能熱發(fā)電市場的發(fā)展也經(jīng)歷了起伏。在首批太陽能熱發(fā)電示范項目中，只有3個示范項目在2018年底投產(chǎn)，而對于逾期投產(chǎn)的示范項目將實施何種電價政策一直懸而未決；至于國家對太陽能熱發(fā)電項目的后續(xù)政策也無明顯跡象。于是，因示范項目培養(yǎng)起來的建設團隊處于無事可干的狀態(tài)，整個太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)也處于“沉寂”狀態(tài)。行業(yè)內(nèi)參加太陽能熱發(fā)電相關會議的人數(shù)較前兩年也有所減少，因此，我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了2016年的熱潮后于2019年陷入了發(fā)展的低迷期。

2020～2021 年期間，國家首批太陽能熱發(fā)電示范項目將基本劃上句點，面臨“十三五”結束和“十四五”即將開局的節(jié)點，在多方因素驅動下，關于太陽能熱發(fā)電的相關規(guī)劃、政策將逐步明晰；如果相關激勵政策出臺，2022年將是太陽能熱發(fā)電大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的起始年。

2015～2021 年我國太陽能熱發(fā)電市場的動態(tài)情況為：

1) 2015年，國家能源局啟動首批太陽能熱發(fā)電示范項目的申報工作，市場進入準備階段；

2) 2016年，國家發(fā)展改革委和國家能源局分別公布了示范項目名單和電價，市場開始啟動；

3) 2018年，少數(shù)示范項目建成，并不斷進行調(diào)試；

4) 2019年，是我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為困難的一年，主要原因在于針對延期投產(chǎn)項目及未來項目的政策尚不明朗；

5) 2020年，太陽能熱發(fā)電技術基本成熟，對于成本下降空間和降低成本的方式較為了解；

6) 2021年，產(chǎn)業(yè)內(nèi)部將不斷降低成本，外部將多方爭取政策方面的支持，產(chǎn)業(yè)蓄勢待發(fā)；

7) 2022年，將是我國太陽能熱發(fā)電大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的起始年。

2 2019年是我國太陽能熱發(fā)電發(fā)展最困難時期的原因分析

1)只有極小部分示范項目建成(3/20)，導致社會各層面對太陽能熱發(fā)電技術產(chǎn)生了質疑；

2)關于延期投產(chǎn)示范項目電價的政策未出臺，造成未開工項目融資困難；

3)由于建成的項目仍處于調(diào)試期，尚無電站連續(xù)運行12個月后的發(fā)電量數(shù)據(jù)，導致出臺第二批示范項目電價政策的依據(jù)不足；

4)由于國家未公布明確的電價機制，金融機構、央企、國有企業(yè)的投資受到較大約束，整個太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)缺少現(xiàn)金流；

5)已建成項目的工程建設方在無新開工項目時仍需維持昂貴的人員費用，壓力巨大；

6)央企投資的大部分項目還未建成，比如，中國能建哈密50 MW塔式太陽能熱發(fā)電站、中國電建共和50 MW塔式太陽能熱發(fā)電站、內(nèi)蒙古烏拉特中旗100 MW槽式太陽能熱發(fā)電站等項目，這些項目預計在2019年底才能建成，導致2019年國家投資的項目整體發(fā)聲不足。

上述原因導致2019年成為我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)自國家啟動首批太陽能熱發(fā)電示范項目并給予標桿電價以來發(fā)展最困難，也是最困惑的一年。

3 2020年我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主要事件預測

2020年是“十三五”結束，“十四五”開始的年份。在這一年，我國已投產(chǎn)及處于調(diào)試的首批太陽能熱發(fā)電項目與多能互補項目將達到550 MW。根據(jù)國際上太陽能熱發(fā)電站的投產(chǎn)經(jīng)驗及對各示范項目業(yè)主的調(diào)研，截至2020年底，這些電站預計將全部可以達到設計發(fā)電量。

首批多能互補集成優(yōu)化示范項目中的魯能海西州格爾木50 MW塔式熔鹽太陽能熱發(fā)電項目將在2020年顯示出調(diào)峰功能，這將引起電力行業(yè)很大的興趣，青海附近也將興起一批太陽能熱發(fā)電站的建設，為青海成為可再生能源電源基地提供支撐。

以風電和光伏發(fā)電為主的新能源電力已成為我國第二大電源。然而，高比例的可再生能源電力接入電網(wǎng)給能源轉型中的電力系統(tǒng)帶來了重大技術挑戰(zhàn)，面臨的問題包括風能、太陽能資源的波動性和隨機性，以及風電、光伏發(fā)電設備的低抗擾性和弱支撐性，因此，風電、光伏發(fā)電的高效消納和安全運行等將是我國新能源電力系統(tǒng)長期面臨的重大挑戰(zhàn)[3]。而太陽能熱發(fā)電是集發(fā)電和儲能為一身的可再生能源發(fā)電方式，其具有電力輸出穩(wěn)定、可靠、調(diào)節(jié)靈活的特性，可提供可靠的電力保障，即100%參與電力平衡，不需要額外配備儲能設備，能夠解決目前風電和光伏發(fā)電并網(wǎng)面臨的消納與安全運行問題。

4 2022年將成為我國太陽能熱發(fā)電大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的起步年份的基本判斷

1)經(jīng)過2年左右的性能爬坡期及經(jīng)驗積累，預計到2022年，并網(wǎng)的太陽能熱發(fā)電示范項目的年發(fā)電量將達到設計值，裝備和運維技術也將逐步成熟，可為后續(xù)電價的出臺提供基本依據(jù)，為民眾和決策者提供信心；

2)已投運的電站全天候24 h連續(xù)發(fā)電的優(yōu)勢，讓人們從實際應用中看到了帶有儲能功能的太陽能熱發(fā)電站的運行優(yōu)勢。

3)度電成本大幅降低。國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟于2013年組織編制的《中國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)政策研究報告》對太陽能熱發(fā)電電價的預測與當前我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的實際發(fā)展情況吻合度很高。據(jù)此報告預測，到2021年，我國太陽能熱發(fā)電的度電成本(LCOE)在0.65～0.76元/kWh之間[2]。度電成本的降低將極大促進我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)商業(yè)化的開展。

圖2 太陽能熱發(fā)電的LCOE發(fā)展路線圖[2]

4)強大的“國家隊”集體發(fā)聲。2021年，國家投資的太陽能熱發(fā)電項目將集體達標，屆時中廣核、中國能建、中國電建、中船重工等央企項目運行，會帶動更高地啟動下一批太陽能熱發(fā)電項目的呼聲。首航節(jié)能和中控太陽能的熱發(fā)電站運行達標后可能會出售給央企，界時電站業(yè)主的主流將全部變?yōu)閷嵙驮捳Z權強大的國企、央企。

5)隨著光伏發(fā)電的裝機量猛增，預計其每年的裝機量都會超過43 GW，電網(wǎng)的凈負荷曲線，即“鴨型曲線”(實際電力需求與供給量之間的曲線變化，反映了峰值需求與可再生能源生產(chǎn)之間的時間不平衡)的曲率會日益明顯，需要縮小供需差距，而帶有儲能功能的太陽能熱發(fā)電站可以改善“鴨型曲線”。目前，摩洛哥和阿聯(lián)酋已成功實施了裝機規(guī)模為500～950 MW的“光伏發(fā)電+太陽能熱發(fā)電”混合電站，二者都充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。

5 影響我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾大因素

影響我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素主要包括：國家宏觀政策、能源生產(chǎn)與消費革命、其他可再生能源電力的聯(lián)合發(fā)展、與自身產(chǎn)業(yè)鏈建設的關系、能源的梯級利用帶來的效率和成本優(yōu)化。

5.1 國家宏觀政策

公用事業(yè)規(guī)模的光伏發(fā)電成本極其低廉，僅次于陸上風電。光伏發(fā)電的度電成本上限為43～53美元/MWh[4]。太陽能發(fā)電增長了3000萬t油當量，僅低于風電(3200萬t油當量)，并貢獻了超過40%的可再生能源增長[5]。圖3為2018年全球各類能源的消費情況，從圖中可看出，在全球范圍內(nèi)，亞太地區(qū)的可再生能源發(fā)展最快，其中中國的貢獻最大。我國在宏觀政策層面對可再生能源的支持力度是不言而喻的。

圖3 2018年全球不同地區(qū)的能源消費情況[5]

5.2 能源生產(chǎn)與消費革命

自2015年起，可再生能源的新增裝機量首次超過化石能源的新增裝機量，且可再生能源裝機量超過了所有化石能源發(fā)電的裝機量總和，全球電力系統(tǒng)發(fā)生了結構性轉變。由于太陽能資源的廣泛性，其在我國電力結構中具有舉足輕重的地位。圖4為我國電力結構中各種能源貢獻的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，從圖中可知，未來太陽能的貢獻最大。

圖4 不同能源形式的發(fā)電量情況及預測[6]

5.3 其他可再生能源電力的聯(lián)合發(fā)展

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由于帶有儲能裝置，因此其可與風電和光伏發(fā)電組合，以增加可再生能源電力的上網(wǎng)比例。

根據(jù)中國電力科學研究院新能源研究所的研究成果，風電和光伏發(fā)電與太陽能熱發(fā)電相結合的發(fā)電方式，可顯著降低電站的棄風、棄光率。表2為電力系統(tǒng)中棄風、棄光率，以及太陽能熱發(fā)電站與風電和光伏發(fā)電結合后的棄風、棄光情況。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，當400 MW的風電裝機量與200 MW的光伏發(fā)電裝機量及50 MW的太陽能熱發(fā)電裝機量相配合時，其外送通道容量占比較單一的風電或光伏電站有大幅提高，棄風、棄光率也有大幅下降。

表2 太陽能熱發(fā)電站與風電和光伏發(fā)電結合后的棄風、棄光情況[7]

目前，全球已實施和正在實施的“光伏發(fā)電+太陽能熱發(fā)電”項目中，摩洛哥總裝機量為580 MW的Noor Ouarzazate項目為全球最大。該項目的第1期Noor 1槽式太陽能熱發(fā)電站(160 MW)已于2016年開始運行，第2期 Noor 2槽式太陽能熱發(fā)電站(200 MW)及第3期Noor 3的塔式太陽能熱發(fā)電站(150 MW)先后于2018年并網(wǎng)。

摩洛哥Noor Midelt“光伏發(fā)電+太陽能熱發(fā)電”項目的第1期總裝機量為825 MW，其中包含300 MW的太陽能熱發(fā)電及525 MW的光伏發(fā)電。Noor Midelt項目的第2期也同樣將采用此發(fā)電形式，并已于2019年7月9日發(fā)布了招標公告，Noor Midelt項目兩期的總裝機量高達1030 MW。

迪拜太陽能主題公園項目由迪拜水電局(DEWA)實施，總投資達33億美元。該項目的電量結構采用“光伏發(fā)電+太陽能熱發(fā)電”方案，總裝機量為1100 MW，其中包括1座100 MW的塔式太陽能熱發(fā)電站和3座200 MW的槽式太陽能熱發(fā)電站，太陽能熱發(fā)電總裝機量為700 MW，每座太陽能熱發(fā)電站均配置11～15 h的儲熱系統(tǒng)。在電量結構中，太陽能熱發(fā)電的占比為88%，光伏發(fā)電的占比為12%。電價體現(xiàn)了太陽能熱發(fā)電的儲能調(diào)峰優(yōu)勢和價值：在為期7個月的夏季時間段的10:00～16:00，購電方收購的太陽能熱發(fā)電電價為29美元/MWh，在其他時間段的電價為92美元/MWh。

魯能集團實施的海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程是國家能源局于2017年1月25日公布的首批23個多能互補集成優(yōu)化示范工程之一[8]。該項目包括50 MW的太陽能熱發(fā)電、200 MW的光伏發(fā)電、400 MW 的風電及50 MWh的磷酸鐵鋰電池儲能電站，項目已于2019年9月全部完成。該項目中采用的技術可對風電、光伏發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、儲電等組合方案進行實時柔性控制和智能調(diào)控，能最大限度地減少棄光、棄風率。

華源電力有限公司、綠巨人新能源有限公司和張北縣瑞凱新能源有限公司共同實施開發(fā)的張家口張北縣風光熱儲輸多能互補集成優(yōu)化示范項目也屬于國家能源局的首批多能互補集成優(yōu)化示范工程之一，工程總裝機量為475 MW，包括50 MW的太陽能熱發(fā)電、250 MW的光伏發(fā)電及25 MWh的蓄電池儲能電站。

5.4 與自身產(chǎn)業(yè)鏈建設的關系

隨著2016年我國啟動太陽能熱發(fā)電示范項目建設，太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，截至目前，該產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟。圖5和圖6為民營企業(yè)、央企和國企在太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上的分布情況。從圖中可以看出，我國各類企業(yè)側重點不同，但民企、央企和國企的結合構成了我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，這個鏈條為我國的太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了至關重要的基礎，是國家啟動首批太陽能熱發(fā)電示范項目的重大成果。

圖5 民營企業(yè)在太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上的分布[1]

圖6 央企和國企在太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上的分布[1]

未來在更多項目的拉動下，在這些已經(jīng)形成的基礎上，我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會更加迅猛，會使度電成本的下降幅度更大。鏡場在太陽能熱發(fā)電站投資中的占比近50%，因此未來太陽能熱發(fā)電站度電成本下降的突破口在于聚光器的總體設計，主要包括降低用鋼量和降低傳動成本兩方面。

5.4 能源的梯級利用帶來的效率和成本優(yōu)化

將太陽能熱發(fā)電的余熱用于采暖及海水淡化可大幅提高太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的綜合能源利用效率。將我國采暖負荷區(qū)與太陽能資源情況進行對比可以發(fā)現(xiàn)，太陽能資源豐富地區(qū)一般也是冬季需要進行采暖的地區(qū)。

在太陽能海水淡化方面包括太陽能熱發(fā)電的電水聯(lián)產(chǎn)，美國能源部(DOE)啟動了 2100 萬美元的科技項目支持太陽能海水淡化，旨在加快太陽能熱發(fā)電海水淡化技術的創(chuàng)新突破，降低海水淡化的成本，將大容量、低鹽度的海水淡化處理成本降至0.5美元/m3。項目的具體內(nèi)容包括4方面：1)太陽能熱發(fā)電海水淡化技術創(chuàng)新；2)低成本的太陽熱能收集和存儲技術；3)集成的太陽能熱發(fā)電海水淡化系統(tǒng)；4)太陽能熱發(fā)電海水淡化過程中分析工具的開發(fā)。

以上研究對推動太陽能熱發(fā)電的電水聯(lián)產(chǎn)技術進步有明顯推動作用。

6 結論

通過首批太陽能熱發(fā)電示范項目的建設，我國建立了太陽能熱發(fā)電的全產(chǎn)業(yè)鏈。然而由于逾期投產(chǎn)的示范項目將實施的電價政策，以及國家對于太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的后續(xù)支持政策一直懸而未決，導致整個太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)處于“沉寂”狀態(tài)，2019年成為我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的低迷期。我們期待在多方因素驅動下，關于太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關規(guī)劃、政策能夠逐步明晰；如果相關激勵政策出臺，2022年將是我國太陽能熱發(fā)電大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的起始年。

未來非水可再生能源發(fā)電裝機量占高比例的電力系統(tǒng)必須要有更多可靠、靈活的電源和儲能電站提供電力保障。太陽能熱發(fā)電是集發(fā)電和儲能為一體的可再生能源發(fā)電方式，其可與風電和光伏發(fā)電組合，以解決目前大規(guī)模風電和光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的消納和安全運行問題。希望政府相關職能部門能夠關注太陽能熱發(fā)電的電力品質，充分發(fā)揮太陽能熱發(fā)電站作為調(diào)峰電源且兼具儲能功能的優(yōu)勢，盡快出臺相關的支持政策。