光熱發(fā)電商業(yè)化從此啟動
發(fā)布者：fa716888 發(fā)布時間：2013-11-06 16:20:41
由我國自主研發(fā)的10kW碟式太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)樣機(jī)，日前在寧夏石嘴山市進(jìn)行測試及試運(yùn)行，填補(bǔ)了我國在碟式太陽能聚光發(fā)電技術(shù)方面的空白。
而此前，2007年6月，國內(nèi)首座70千瓦的太陽能塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)在南京通過鑒定驗收。2010年7月，亞洲首座塔式太陽能光熱發(fā)電站在北京延慶動工興建。
2011年4月，內(nèi)蒙古50兆瓦槽式太陽能項目中標(biāo)結(jié)果揭曉，大唐新能源[1.60 -3.61%]股份有限公司以0.9399元／千瓦時的最低價中標(biāo)。有關(guān)資料顯示，內(nèi)蒙古光熱發(fā)電項目總投資約16億元，每年可發(fā)電1.2億千瓦時以上。中國科學(xué)院電工研究所研究員馬勝紅介紹，這是我國首個光熱發(fā)電特許權(quán)招標(biāo)項目，這次招標(biāo)是“零的突破”。
6月1日，國家發(fā)改委頒布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》正式實施，在指導(dǎo)目錄鼓勵類新增的新能源門類中，太陽能光熱發(fā)電被放在突出位置。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，光熱發(fā)電設(shè)備市場即將迎來新一輪競爭。
目前，我國以火力發(fā)電為主，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響巨大。隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化，煤、天然氣等一次性能源的日益枯竭，太陽能發(fā)電以其綠色、無污染、可持續(xù)等特點，成為新能源的熱點。
據(jù)上海交通大學(xué)太陽能研究所所長沈文忠介紹，我國屬于太陽能資源儲量豐富的國家之一，年日照時數(shù)大于2000小時的地區(qū)面積，約占全國總面積的三分之二以上，其中，有條件發(fā)展太陽能電站的沙漠和戈壁面積約為30萬平方公里，占我國沙漠總面積的23%，太陽能發(fā)電在我國發(fā)展?jié)摿薮蟆?
太陽能光熱發(fā)電是繼光伏發(fā)電后的一種新的太陽能發(fā)電方式，是一個新型的朝陽產(chǎn)業(yè)。目前，這一產(chǎn)業(yè)在我國雖處于起步階段，但卻是新能源利用的一個重要方向。
過去一年多，幾大能源企業(yè)在四川、青海、甘肅、寧夏等多個地區(qū)開始籌建數(shù)個太陽能光熱發(fā)電項目，規(guī)模從100MW到500MW不等。華泰聯(lián)合證券新能源行業(yè)首席分析師王海生介紹，目前大唐在內(nèi)蒙古、國電在新疆、華電在青海、華能在西藏都開始運(yùn)作不同規(guī)模的光熱發(fā)電。
據(jù)了解，日前在石嘴山開始試運(yùn)行的10kW碟式太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)樣機(jī)，由浙江華儀康迪斯太陽能科技有限公司自主研發(fā)。該公司首席執(zhí)行官萬斌介紹，這臺太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)組合應(yīng)用了多項新技術(shù)、新材料和新工藝，比美國僅僅晚了半年；與其他太陽能發(fā)電系統(tǒng)比較，這套碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30%以上，且具有安裝靈活、制造和維護(hù)成本低的優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景。今年8月，該公司還將推出25kW太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)。
何為太陽能光熱發(fā)電
太陽能光熱發(fā)電的原理是，利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，推動傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)和硅晶光伏發(fā)電相比，前者可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用，還有一個其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢，即太陽能燒熱的水可以儲存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個小時，仍然能夠帶動汽輪發(fā)電。
光熱發(fā)電有槽式、塔式和碟式三種系統(tǒng)。
槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為：槽式拋物面反射鏡光熱發(fā)電系統(tǒng)，是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，收集熱量，燒水產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
上世紀(jì)70年代，太陽能電池價格昂貴，效率較低，相對而言，光熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將光熱發(fā)電作為重點，投資興建了一批試驗性太陽能光熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1981～1991年，全世界建造的太陽能光熱發(fā)電站(500kW以上)約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW 。20世紀(jì)80年代初期，以色列和美國開始研究槽式拋物面聚光反射鏡太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)。從1985~1991年，在美國加州沙漠相繼建成了9座槽式太陽能光熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量353.8MW，并入網(wǎng)營運(yùn)。經(jīng)過努力，電站的初次投資由1號電站的4490美元/kW降到8號電站的2650美元/kW，發(fā)電成本從24美分/kWh降到8美分/kWh。
從1981~1991年，全世界建造了裝機(jī)容量500kW以上的各種不同形式的兆瓦級太陽能熱發(fā)電試驗電站，其中主要形式是塔式電站，最大發(fā)電功率為80MW。
碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
過去，我國在太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域受經(jīng)費(fèi)和技術(shù)條件的限制，開展的工作比較少。在“六五”期間僅建立了一套功率為lkW的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkW的平板式太陽能低熱發(fā)電模擬裝置。此外，我國還與美國合作設(shè)計并試制成功率為5kW的碟式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。
上世紀(jì)80年代中期，人們對建成的太陽能光熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽能光熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過大，且降低造價十分困難，所以各國都改變了原來的計劃，使太陽能光熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。
馬勝紅告訴記者，就幾種形式的太陽熱發(fā)電系統(tǒng)相比較而言，槽式熱發(fā)電系統(tǒng)是最成熟，也是達(dá)到商業(yè)化發(fā)展的技術(shù)，塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的成熟度目前不如拋物面槽式熱發(fā)電系統(tǒng)，而配以斯特林發(fā)電機(jī)的拋物面碟式熱發(fā)電系統(tǒng)，雖然有比較優(yōu)良的性能指標(biāo)，但目前主要還是用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型獨立供電，大規(guī)模應(yīng)用成熟度則稍遜一籌。另外，槽式技術(shù)雖然較為成熟，但發(fā)電過程需要大量用水；塔式技術(shù)也需要大量用水；只有碟式技術(shù)發(fā)1千瓦時電只需1.4升水，能適應(yīng)日照時間長的沙漠和戈壁地區(qū)，在三種光熱發(fā)電技術(shù)中轉(zhuǎn)化率最高。
應(yīng)該指出，槽式、塔式和碟式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)同樣受到世界各國的重視，并正在積極開展工作。
商業(yè)化缺乏集成經(jīng)驗
目前，我國科學(xué)家已經(jīng)對碟式發(fā)電系統(tǒng)、塔式發(fā)電系統(tǒng)以及槽式聚光單元進(jìn)行了研究，掌握了一批太陽能光熱發(fā)電的核心技術(shù)，如高精度高反射率的反射鏡、高精度雙軸跟蹤控制系統(tǒng)、高熱流密度下的傳熱、太陽能熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。
要提高槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)的效率與正常運(yùn)行，涉及到兩個方面的控制問題：一是自動跟蹤裝置，要求聚光器時刻對準(zhǔn)太陽，以保證從源頭上最大限度的吸收太陽能，據(jù)統(tǒng)計，跟蹤比非跟蹤所獲得的能量要高出37.7%。二是要控制傳熱液體回路的溫度與壓力，滿足汽輪機(jī)的要求，實現(xiàn)系統(tǒng)的正常發(fā)電。針對這兩個問題，國內(nèi)外學(xué)者都展開了研究，取得了一定的進(jìn)展。
德州華園新能源應(yīng)用技術(shù)研究所與中科院電工所、清華大學(xué)等單位聯(lián)手研制開發(fā)的槽式太陽能中高溫?zé)崂孟到y(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，整體使用壽命可達(dá)20年，很好的應(yīng)用于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
槽式太陽能中高溫?zé)崂孟到y(tǒng)最大的特點是，太陽能反射鏡是固定在地上的，所以不僅能更有效地抵御風(fēng)雨的侵蝕破壞，而且還大大降低了反射鏡支架的造價。更為重要的是，該設(shè)備技術(shù)突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制，可以對數(shù)百面反射鏡進(jìn)行同時跟蹤，將數(shù)百或數(shù)千平方米的陽光聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上(聚光度約50倍，可以產(chǎn)生300~400℃的高溫)，改變了以往整個工程造價大部分為跟蹤控制系統(tǒng)成本的局面，使其在整個工程造價中只占很小的一部分。
同時，該系統(tǒng)對集熱核心部件——鏡面反射材料，以及太陽能中高溫直通管采取國產(chǎn)化生產(chǎn)，降低了成本，并且在運(yùn)輸安裝費(fèi)用上降低了大量費(fèi)用。
這兩項突破徹底克服了長期制約槽式太陽能中高溫系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)障礙，為實現(xiàn)太陽能中高溫設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化運(yùn)作，開辟了廣闊的道路。
盡管我國光熱發(fā)電商業(yè)化示范項目已經(jīng)起步，但是業(yè)界人士仍然認(rèn)為，對企業(yè)來說，過去的技術(shù)研發(fā)都是針對單個器件，最大的缺陷在于沒有系統(tǒng)集成的太陽能光熱發(fā)電項目經(jīng)驗。
如何打造我國太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈？
馬勝紅認(rèn)為，雖然光熱發(fā)電系統(tǒng)對國內(nèi)企業(yè)來說，技術(shù)門檻并不高，但在熱油循環(huán)、儲能以及熱交換等技術(shù)環(huán)節(jié)，國內(nèi)企業(yè)仍有待進(jìn)一步攻關(guān)，關(guān)鍵是在大系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)驗上。目前，需要突破三個瓶頸：一是要掌握關(guān)鍵零部件技術(shù)，并經(jīng)過商業(yè)實踐的考核；二是大型發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)和調(diào)試國內(nèi)缺乏經(jīng)驗，需要與國外企業(yè)和專家合作；三是目前招標(biāo)電價過低，希望國家能有扶持政策，讓企業(yè)有積極性，同時對電站選址、規(guī)劃要有具體的要求，早布局、早測量。
中國國際工程咨詢公司的一份調(diào)研報告指出，由于太陽能光熱發(fā)電的成本還高于常規(guī)電站，因此太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的推動，最關(guān)鍵的還是需要政府在政策上的指導(dǎo)和支持。有關(guān)專家建議，國家應(yīng)考慮給予我國企業(yè)做集成電站的機(jī)會，國內(nèi)企業(yè)只要完成3~4個商業(yè)項目，整個產(chǎn)業(yè)鏈就會比較完整。
新一輪競爭即將爆發(fā)
光熱發(fā)電是已被印證的成熟可靠的發(fā)電技術(shù)，在上世紀(jì)70年代，中東石油危機(jī)時迎來契機(jī)，于上世紀(jì)80年代由美國初步應(yīng)用，裝機(jī)量達(dá)到354MW。此后經(jīng)歷了近20年的“市場空白”期，目前，第二次市場競爭的爆發(fā)已經(jīng)“箭在弦上”。
華泰聯(lián)合證券新能源首席分析師王海生介紹，首先是2009年西班牙可再生能源FIT的政策激勵，促使其光熱發(fā)電三年來發(fā)展迅速，累積裝機(jī)約582MW，在建項目超過600MW；2009年美國一系列激勵政策，也促使其光熱發(fā)電市場重新啟動，在建項目近500MW，規(guī)劃項目超過10GW(即1萬兆瓦)；另外中東地區(qū)、澳大利亞、印度、南非等國，也有規(guī)模不等的市場正在啟動中。目前全球在建及規(guī)劃中的光熱發(fā)電項目已經(jīng)達(dá)到23GW，對應(yīng)投資超過500億美元。
我國也將太陽能光熱發(fā)電作為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，在國家電力“十二五”規(guī)劃中，明確指出“十二五”期間，將在甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古選擇條件適合地點，建設(shè)太陽能光熱發(fā)電示范電站。據(jù)華泰聯(lián)合證券統(tǒng)計，如果所有已公布項目均能實施，2015年前，我國的太陽能光熱發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)3GW規(guī)模，按照光伏系統(tǒng)可比成本計算，市場總量達(dá)450億元人民幣。
光伏光熱將同步推進(jìn)
太陽能利用的大發(fā)展已經(jīng)不容置疑，需要討論的只是路徑問題，是發(fā)展光伏還是光熱？兩種聲音一直在爭議，從最初的偏向光伏一邊倒，已經(jīng)演變?yōu)槟壳皟烧邉菥车膽B(tài)勢。
中國電力[1.87 -1.58%]科學(xué)研究院副總工程師胡學(xué)浩認(rèn)為，由于太陽能光熱發(fā)電和火電一樣是通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電，加上太陽能光熱發(fā)電帶有熱儲存系統(tǒng)，更有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)。目前光熱發(fā)電價格與光伏發(fā)電成本相當(dāng)，但是光伏發(fā)電沒有儲熱設(shè)備，而光熱發(fā)電可以采用儲熱裝置提供穩(wěn)定的電力輸出。如果考慮儲熱裝置，光熱發(fā)電的綜合價格比光伏發(fā)電要便宜些。而且，太陽能光熱發(fā)電適合多樣化的技術(shù)應(yīng)用。例如可實現(xiàn)低成本的儲能，提高電力輸出品質(zhì)；與現(xiàn)有電力設(shè)施結(jié)合發(fā)電；太陽能光熱發(fā)電的余熱可用于制冷、海水淡化或污水凈化等多個領(lǐng)域。
如今，在各種新能源類的論壇上，都在討論光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的發(fā)展前景。其實，光伏和光熱最好的發(fā)展方式是在不同領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展，比如光伏用于小型的、分布式的、一家一戶的發(fā)電，甚至是樓宇的薄膜電池類型，而光熱應(yīng)用于大型電站。光熱的成本比較低，裝機(jī)容量越大，發(fā)電成本越低，可以實現(xiàn)規(guī)模化。由此可見，太陽能利用的產(chǎn)業(yè)鏈將更為復(fù)雜和多元化，太陽能行業(yè)在大跨步前進(jìn)的同時更要良性發(fā)展，面臨的挑戰(zhàn)也將更多。
而太陽能光熱發(fā)電以其與現(xiàn)有電網(wǎng)匹配性好、光電轉(zhuǎn)化率高、連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電和調(diào)峰發(fā)電能力強(qiáng)，受到業(yè)界專家的推崇。
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