馬俊杰

（中核坤華能源發(fā)展有限公司）

0 引言

太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（液體或氣體），再加熱水形成蒸汽帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。光熱發(fā)電系統(tǒng)包括聚光集熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組。

1 光熱發(fā)電技術(shù)路線

目前比較有代表性的太陽能熱發(fā)電大致可以分為四大類：槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。其中槽式、菲涅爾式太陽能熱發(fā)電屬于線聚焦系統(tǒng)；塔式、碟式太陽能熱發(fā)電屬于點(diǎn)聚焦系統(tǒng)。

1.1 槽式太陽能熱發(fā)電

太陽拋物面槽式發(fā)電系統(tǒng)是利用槽式拋物面定日鏡聚光的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的簡稱，是一種分散型系統(tǒng)。槽式太陽能熱發(fā)電站是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，且運(yùn)行穩(wěn)定。

1.2 塔式太陽能熱發(fā)電

塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)是利用布置于地面的定日鏡將太陽光反射到位于塔頂?shù)奈鼰崞魃?，在吸熱器上將聚集的太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜醿?nèi)部的熱傳導(dǎo)介質(zhì)，達(dá)到一定溫度后，通過管道輸送到地面與蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生高壓過熱蒸汽來推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式太陽能熱發(fā)電站主要包括定日鏡、太陽塔、吸熱器、儲熱器和發(fā)電機(jī)組等。每個(gè)定日鏡繞雙軸旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽。塔式的聚光比在300～1000之間，因而容易實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)運(yùn)行溫度。

1.3 碟式太陽能熱發(fā)電

碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，也稱斯特林發(fā)電。它是利用旋轉(zhuǎn)拋物面定日鏡，將太陽光聚集在鏡面焦點(diǎn)處，在該處放置太陽能吸熱器吸收熱能加熱工質(zhì)驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；也可放置太陽能斯特林發(fā)電裝置直接發(fā)電。其聚焦方式為點(diǎn)聚焦，聚焦比為1000-3000，焦點(diǎn)處可產(chǎn)生1000℃以上的溫度，峰值太陽能轉(zhuǎn)化為電能的凈效率可以達(dá)到30%。

1.4 線性菲涅爾太陽能熱發(fā)電

菲涅爾式（Fresnel）太陽能熱發(fā)電也是線性聚焦。電站的所有設(shè)備都是布置于地面，吸熱器的定日鏡是由長平面或帶微彎曲的鏡子安裝在同一平面上組成的，每列定日鏡都可以單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)到不同角度，使太陽入射光線反射到位于鏡面上方幾米處的線性焦點(diǎn)上，加熱集熱管中的傳熱流體，集熱管無需進(jìn)行真空處理，降低了技術(shù)難度和成本，因此系統(tǒng)總成本相對較低。但是由于系統(tǒng)聚光比較低，運(yùn)行溫度不高，因此系統(tǒng)效率不高。

2 我國光熱發(fā)電的發(fā)展節(jié)點(diǎn)

2.1 2006年至2016年

這一階段是光熱發(fā)電技術(shù)的探索和試點(diǎn)階段，也是光熱發(fā)電的萌芽階段。

2006年，科技部863計(jì)劃啟動“太陽能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范”重點(diǎn)項(xiàng)目，2012 年我國首座1MW 塔式太陽能熱發(fā)電試驗(yàn)電站等若干小微型光熱發(fā)電系統(tǒng)成功發(fā)電，2013 年青海中控德令哈10MW 光熱示范工程正式商業(yè)化并網(wǎng)發(fā)電，上網(wǎng)電價(jià)1.2元/kWh。至此光熱發(fā)電技術(shù)正式進(jìn)入市場化運(yùn)營。

2.2 2016年至2022年

這一階段是光熱發(fā)電技術(shù)的市場化示范階段，光熱項(xiàng)目全產(chǎn)業(yè)鏈的完善階段。

2015 年9 月30 日國家能源局下發(fā)《關(guān)于組織太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)的通知》，示范項(xiàng)目申報(bào)工作隨即展開。中廣核德令哈槽式5 萬kW、中控德令哈熔鹽塔式5 萬kW、首航艾啟威敦煌塔式10 萬kW等多個(gè)項(xiàng)目陸續(xù)開工建設(shè)。

2016年8月，國家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于太陽能熱發(fā)電標(biāo)桿電價(jià)政策的通知》，提出2018 年12 月31 日前并網(wǎng)發(fā)電的示范項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)為1.15 元/kWh，進(jìn)一步刺激示范性項(xiàng)目的建設(shè)與并網(wǎng)。9 月國家能源局正式發(fā)布《國家能源局關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的通知》，共20 個(gè)項(xiàng)目入選中國首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目名單。2021 年6 月國家發(fā)改委明確對2021 年底前全容量并網(wǎng)的首批光熱示范項(xiàng)目繼續(xù)按照1.15 元/kWh執(zhí)行，之后并網(wǎng)的中央財(cái)政不再補(bǔ)貼。

根據(jù)電規(guī)總院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止到2022 年底，我國光熱項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電9 個(gè)。包括槽式15 萬kW、塔式35萬kW、線性菲涅爾式5萬kW。

2.3 2022年至今

這一階段為光熱發(fā)電技術(shù)的市場化開發(fā)階段。

修建智慧樓宇，實(shí)現(xiàn)綠色校園 在很多高校，智慧樓宇可將建筑物的電力、照明、空調(diào)、排水、消防、弱電和安保等自動化地進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和管理，為用戶提供安全舒適、便捷高效的工作與生活環(huán)境，改變以往的教學(xué)樓使用效率不高，有時(shí)擁擠、有時(shí)閑置，中央空調(diào)、照明、電器等能源沒有得到及時(shí)合理控制，造成很大浪費(fèi)的情況。通過建設(shè)智能教學(xué)樓，使整個(gè)系統(tǒng)和各種設(shè)備處在最佳的工作狀態(tài)，并保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，以及管理的現(xiàn)代化、信息化和智能化，實(shí)現(xiàn)能耗的有效控制，減少能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色校園，提升和改善師生的校園生活品質(zhì)。

2023年3月國家能源局綜合司印發(fā)《關(guān)于推動光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》，明確提出“十四五”我國光熱規(guī)?；l(fā)展的目標(biāo)每年新開工光熱發(fā)電項(xiàng)目達(dá)300萬kW左右。

此外全國各地均有不同類型的新能源發(fā)展規(guī)劃及政策不斷出臺，推動太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的進(jìn)展。僅2023上半年，國家能源局共發(fā)布了5項(xiàng)文件，在光熱資源豐富的內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、青海等地區(qū)也陸續(xù)發(fā)布了光熱相關(guān)重要政策共計(jì)23 項(xiàng)，不斷推動光熱項(xiàng)目快速發(fā)展，同時(shí)由于技術(shù)及產(chǎn)品不斷更新，光熱項(xiàng)目的單位成本也在不斷下降。

目前我國太陽能熱發(fā)電對槽式、塔式、碟式、菲涅爾式四種太陽能熱電技術(shù)均有不同程度的技術(shù)研發(fā)與示范投入。我國光熱發(fā)電從“十三五”初期僅有個(gè)別試驗(yàn)性質(zhì)的小型項(xiàng)目，到目前裝機(jī)規(guī)模達(dá)到57 萬kW，位居全球第三。我國建成投運(yùn)的光熱發(fā)電項(xiàng)目規(guī)模從50MW~100MW；儲熱時(shí)長6~15h；成為目前全球范圍內(nèi)唯一一個(gè)擁有四種光熱發(fā)電技術(shù)路線的國家。

上述4 種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，一方面，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由于聚光比高、運(yùn)行溫度高、系統(tǒng)容量大和熱轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，較適合大規(guī)模建設(shè)；槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)因其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單、技術(shù)較為成熟，成為了第一個(gè)進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)的熱發(fā)電方式；菲涅爾式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與槽式類似，不同之處在于其使用平面定日鏡，同時(shí)集熱管是圓定的，因此建設(shè)成本相比槽式系統(tǒng)更低一些；而碟式太陽能發(fā)電因其熱效率最高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點(diǎn)，非常適合分布式小規(guī)模能源系統(tǒng)。

3 光熱發(fā)電商業(yè)模式及收益分析

3.1 光熱發(fā)電技術(shù)特性

隨著可再生能源的快速發(fā)展，電源結(jié)構(gòu)中新能源比重逐漸增大，出現(xiàn)了電力系統(tǒng)靈活性不足、調(diào)節(jié)能力不夠等短板。光熱技術(shù)清潔、環(huán)保，可儲熱，連續(xù)發(fā)電調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，安全性高，可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，適合大容量儲能使用等優(yōu)勢，技術(shù)進(jìn)步及成本降低均有空間，是適應(yīng)西北地區(qū)新能源大開發(fā)的一體化技術(shù)解決方案。

從環(huán)保角度來說，光熱發(fā)電技術(shù)與光伏發(fā)電相似，能源來自于太陽能，沒有Sox、Nox 等氣體污染物的排放，滿足國家“3060”戰(zhàn)略要求。

從發(fā)電特性來說，光熱發(fā)電兼具調(diào)峰電源和儲能的雙重功能，可以實(shí)現(xiàn)用新能源調(diào)節(jié)、支撐新能源；可以為電力系統(tǒng)提供更好的長周期調(diào)峰能力和轉(zhuǎn)動慣量，具備在部分區(qū)域作為調(diào)峰和基礎(chǔ)性電源的潛力，是新能源安全可靠替代傳統(tǒng)能源的有效手段；光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈長，可消化提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還可帶動新材料等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3.2 光熱發(fā)電商業(yè)模式

從目前收集到的首批國家示范項(xiàng)目大致數(shù)據(jù)（表1）來看，不同技術(shù)路線下，塔式項(xiàng)目單位造價(jià)為25662 元/kW，槽式項(xiàng)目為30725 元/kW，線性菲涅爾項(xiàng)目為41893 元/kW。而且受到市場情況與電價(jià)政策的影響，光熱項(xiàng)目整體投資都遠(yuǎn)大于同期光伏項(xiàng)目的投資，對普通項(xiàng)目建設(shè)主體而言，資金規(guī)模大、貸款融資難度高。因此若以目前上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)測算，單純光熱發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性較差，這也是較長一段時(shí)間各大發(fā)電企業(yè)不愿涉足光熱產(chǎn)業(yè)的重要原因之一。

表1 首批國家示范項(xiàng)目儲熱時(shí)長及投資

表2 近兩年部分光熱項(xiàng)目及EPC中標(biāo)價(jià)格一覽

表3 電化學(xué)儲能與光熱電站收益分析

2023 年3 月20 日，國家能源局印發(fā)《關(guān)于推動光熱規(guī)?；l(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》，提出要促進(jìn)光熱發(fā)電規(guī)?；l(fā)展，充分發(fā)揮光熱發(fā)電在新能源占比逐步提高的新型電力系統(tǒng)中的作用，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。通過政策解讀，可以看出：

1）光熱發(fā)電已不再是單純的電源項(xiàng)目，它正在向區(qū)域調(diào)峰、儲能和電網(wǎng)支撐的新型能源角色轉(zhuǎn)化，有利于光熱一體化基地的推進(jìn)。

2）雖然光熱發(fā)電目前成本偏高，但產(chǎn)業(yè)鏈較長，光熱發(fā)電規(guī)?；_發(fā)利用可帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，成為新能源產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)，同時(shí)也有利于光熱發(fā)電成本的降低。

3）光熱發(fā)電是構(gòu)建新能源供給消納體系中的新型支撐電源，逐步替代使用化石能源的火電機(jī)組，以新能源支撐新能源，打造新能源自支撐、自調(diào)節(jié)、電網(wǎng)友好、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的電源系統(tǒng)。

基于以上政策解讀，初步分析光熱發(fā)電的商業(yè)模式主要分為兩種：

1）以風(fēng)光熱儲多能互補(bǔ)聯(lián)合開發(fā)為基礎(chǔ)，助力沙戈荒風(fēng)光大基地建設(shè)

自2022 年起，風(fēng)電光伏成本不斷下降，以光伏為例，組件效率從13.8%已躍升到現(xiàn)在的22%左右，組件單價(jià)從2元/W已降低至目前的1.3元/W。風(fēng)機(jī)單價(jià)也從2.3元/W已降低至目前的1.7元/W。

因此通過多能互補(bǔ)模式，借助風(fēng)光成本不斷降低的趨勢，從而促進(jìn)光熱與風(fēng)光一體化項(xiàng)目綜合度電成本的下降，利用風(fēng)光發(fā)電的利潤空間彌補(bǔ)光熱發(fā)電的虧損，使一體化項(xiàng)目具備經(jīng)濟(jì)可行性，在此基礎(chǔ)上逐步縮小風(fēng)光發(fā)電與光熱發(fā)電的價(jià)差，進(jìn)一步提高一體化項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性。

通過上表可以看到，光熱發(fā)電項(xiàng)目的單位投資已從最初示范性質(zhì)的2.5 萬/kWh 以上降低至1.1 萬/kWh 左右，再通過匹配風(fēng)光項(xiàng)目分?jǐn)偝杀?，?xiàng)目整體造價(jià)可以降低至6000 元/kWh 以內(nèi)，儲能時(shí)長均在8~12h。

從建設(shè)角度考慮，由于近幾年新能源項(xiàng)目的飛速發(fā)展，可用于風(fēng)光發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)的區(qū)域越來越少，各地對單純的風(fēng)光發(fā)電項(xiàng)目也開始持謹(jǐn)慎態(tài)度，指標(biāo)獲取越來越難。而以“光熱+”模式帶動的風(fēng)光大基地項(xiàng)目反而受到青睞，容量也都是以GW級起步。

根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)，第一、二批沙戈荒大基地中已經(jīng)明確光熱發(fā)電項(xiàng)目約1.5GW。已上報(bào)沙戈荒風(fēng)光大基地實(shí)施方案中提出光熱發(fā)電項(xiàng)目 2.8GW（其中內(nèi)蒙古800MW、甘肅700MW、青海1000MW、寧夏100MW，新疆200MW）。配建光熱的大型風(fēng)光基地風(fēng)光中，風(fēng)光裝機(jī)和光熱的裝機(jī)配比約為8：1。

2）結(jié)合光熱電站的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，明確光熱電站在電力市場中的定位，參與電力市場的運(yùn)行調(diào)度

三北地區(qū)因其特有的資源優(yōu)勢，能夠大力發(fā)展新能源發(fā)電項(xiàng)目，但同時(shí)又因地理因素，大型風(fēng)光基地一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，風(fēng)電、光伏發(fā)電出力波動性強(qiáng)、對電網(wǎng)安全穩(wěn)定支撐能力弱，調(diào)峰能力不足、電力消納受限、送出線路利用率低，均需要配置較高比例或較長時(shí)長的儲能系統(tǒng)。如部分地區(qū)要求配置10%~20%儲能，山東地區(qū)甚至有項(xiàng)目儲能比例接近40%，但儲能時(shí)長都不超過4h。

而光熱發(fā)電特有的長時(shí)儲能優(yōu)勢，在建項(xiàng)目中，儲能時(shí)長最低也在8h 以上，因此現(xiàn)階段，光熱可定位為儲能電站或調(diào)峰電站，通過光伏/風(fēng)電+光熱儲能電站的模式帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展的起步，在一定程度上替代電化學(xué)儲能，并在此基礎(chǔ)上參與電力市場調(diào)節(jié)。同時(shí)也可獲得更多調(diào)峰收益，從而提高一體化項(xiàng)目的整體收益。

以配儲20%，4h 為例，1GW 的新能源項(xiàng)目，需配儲800MWh，以1400 元/kWh 計(jì)，電化學(xué)儲能初投資約為11.2 億，僅考慮運(yùn)營期中的一次換電成本約為4 億元；100MW 光熱項(xiàng)目，儲能時(shí)長12h，按14000 元/kWh 計(jì)，初投資約為14 億，根據(jù)已投產(chǎn)光熱項(xiàng)目運(yùn)營成本數(shù)據(jù)，保守按照6500 萬元考慮。雖然光熱電站初投資比電化學(xué)儲能高2.8 億元，但運(yùn)營期成本比電化學(xué)儲能節(jié)省3.35 億元，整體節(jié)約5500萬元。

當(dāng)儲能占比越大，時(shí)長越長，光熱電站與電化學(xué)儲能相比的優(yōu)勢就越明顯，由于不同省份峰、平、谷時(shí)間段不同，光熱電站的調(diào)度策略也是不同的。因此需要建立一種“光熱+光伏+風(fēng)電+儲能”多能互補(bǔ)一體化分析軟件，對各種工況進(jìn)行全年發(fā)電量分析，形成最優(yōu)電源配比方案及運(yùn)行調(diào)度策略。

3）綜合能源供應(yīng)

以西藏扎布耶源網(wǎng)荷儲項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目為西藏扎布耶鹽湖綠色綜合開發(fā)利用萬噸電池級碳酸鋰項(xiàng)目提供電負(fù)荷和熱負(fù)荷，采用“光熱+光伏+儲能”技術(shù)路線，是全球首個(gè)在高海拔地區(qū)，實(shí)現(xiàn)清潔能源綜合供能的試點(diǎn)項(xiàng)目。當(dāng)白天陽光充足時(shí)光伏滿發(fā)，為負(fù)荷側(cè)提供電力負(fù)荷，多余部分進(jìn)行電化學(xué)儲能，光熱低負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)通過熔鹽罐儲熱，以供熱負(fù)荷為主；夜間光熱滿發(fā)，為負(fù)荷側(cè)提供電、熱負(fù)荷。光熱項(xiàng)目不僅存在發(fā)電收益，還有一定程度的供熱收益，同時(shí)清潔能源又最大限度降低了對西藏地區(qū)的環(huán)境影響。

4 初投資估算

新疆是我國光資源大省，并且新疆出臺了多項(xiàng)促進(jìn)光熱發(fā)電發(fā)展的政策，新疆2022 年第二批市場化并網(wǎng)新能源項(xiàng)目清單中包括“光伏+儲熱型光熱發(fā)電”項(xiàng)目，因此，選取光資源較好的新疆地區(qū)，按照光熱與光伏1：9 配比，來進(jìn)行收益測算。本次測算對儲熱型光熱發(fā)電僅考慮發(fā)電收益，未考慮調(diào)峰收益。

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5 收益率測算

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6 結(jié)束語

以現(xiàn)階段光熱發(fā)電的初投資測算，僅光熱發(fā)電項(xiàng)目的收益無法滿足要求，需要光熱發(fā)電與光伏或風(fēng)電聯(lián)合開發(fā)，通過上面分析，在光資源較好的地區(qū)，控制好造價(jià)等關(guān)鍵邊界，找到風(fēng)光熱儲多能互補(bǔ)聯(lián)合開發(fā)的配比平衡點(diǎn)，項(xiàng)目收益率是可以滿足要求的。

建議在三北地區(qū)光資源較好的地方，先搶占光熱項(xiàng)目資源，以光熱項(xiàng)目配置光伏或風(fēng)電的模式整體開發(fā)，結(jié)合光熱建設(shè)優(yōu)勢區(qū)域打造風(fēng)光熱一體化項(xiàng)目，消納更多可再生能源電力，提高新能源發(fā)電能量品質(zhì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光熱參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，參與電力輔助服務(wù)市場，爭取享受相應(yīng)儲能調(diào)峰電價(jià)政策，提高新能源消納比例，保障電網(wǎng)安全。

結(jié)合三北地區(qū)礦區(qū)、工業(yè)園區(qū)等用電大戶，打造源網(wǎng)荷儲一體化項(xiàng)目，開展冷熱電汽聯(lián)供、新能源發(fā)電制氫合成氨等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)新能源電力就地消納，同時(shí)可促進(jìn)上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，帶動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。