1. 太阳能热发电优势

太阳能热发电,也被称为聚光型太阳能热发电(Concentrating Solar Power, CSP)技术,是利用大规模反射镜实现对太阳光的聚集,将分散的太阳能转换为热能,将热能进行存储,在需要时利用储存的热能产生高温高压的蒸汽,驱动汽轮机进行发电。

与传统的火电相比,太阳能热发电利用太阳聚光取代了煤炭等化石能源的燃烧,从根本上避免了化石能源燃烧所产生的的污染排放。因此,太阳能热发电是真正绿色无污染的清洁能源。

与风电、光伏等传统的可再生能源相比,太阳能热发电利用热能便于存储的特点,可实现连续、稳定、高品质的电力输出,完全避免了传统间歇式新能源对电网的冲击,因而具备大规模发展、甚至承担电网基础负荷的潜力。

太阳能热发电的优势:

a. 电力品质高。太阳能热发电通过光-热-电的能量转换过程,利用热能便于存储的特点,解决了风电、光伏等新能源利用方式电力输出不稳定、对电网冲击大等缺点,实现稳定的高品质电力输出,并可实现24小时连续发电;

b. 系统效率高。太阳能热发电总体系统效率高并十分适合大规模发电,规模效益显著;

c. 太阳能热发电的热-电转换环节与常规火力发电基本相同,可利用已经发展成熟的常规火力发电技术与装备,可以轻易与传统热电站结合,实现混合互补发电;

d. 与光伏电池的高能耗、高污染相比,太阳能热发电的整个产业链过程中能耗低、无污染,是真正的绿色能源。

太阳能热发电作为太阳能利用的一个重要组成部分,将占据未来新能源乃至能源市场的巨大份额。

2. 全球太阳能热发电发展现状

鉴于太阳能热发电的种种优势,该技术在全球迅速发展:截止到2014年底,全球已投运太阳能热发电电站装机4533MW其中2014年新增装机1104MW规划及开发中容量10000-16000MW,太阳能热发电已美国、西班牙、以色列和德国发展到全球超过30个国家,其中18个市场已建成太阳能热发电装机。

国际能源署(IEA)发布太阳能热发电路线图报告到2020年太阳能资源丰富的地区太阳能热发电将会成为具有竞争力的峰荷和中-峰荷(mid-peak)电力到2025-2030年将会成为有竞争力的基础负荷力;预计到2050年太阳能热发电能够满足全球11.3%的电力需求欧盟委员会预计,欧盟2020年的太阳能热装机容量将达到30GW,发电量850亿KWh。

3. 我国发展太阳能热发电的巨大潜力与意义

我国太阳能资源丰富,适合发展太阳能热发电的区域超过150万平方公里。按现有技术,每平方公里荒漠可实现太阳能热发电装机25MW,年发电量0.55亿千瓦时。2013年我国全国用电为53223亿千瓦时,这意味着利用10万平方公里荒漠建设太阳能热发电电站,即可满足全国全部用电需求。

发展太阳能热发电产业对我国而言意义重大。当前我国正面临着日益严峻的环境挑战,近年来愈演愈烈的大规模灰霾污染大有沦为常态之势。虽然政府也投入了巨额财力下决心治理大气污染问题,但国民经济的快速发展必然导致对能源需求的日益增长。而我国以煤炭为主的能源结构决定了“治污”将是一个巨大的挑战。石油、天然气对外依存度非常高,当前复杂的国际形势也对我国的能源安全构成了巨大威胁。太阳能热发电是唯一可能完全替代燃煤发电、承担电网基础负荷的绿色能源。发展清洁、绿色、稳定的太阳能热发电,是我国治理环境污染、改善能源结构、保障能源安全的最佳途径。

同时,我国具备发展太阳能热发电产业所必需的产业基础。太阳能热发电电站所需要的原材料主要为玻璃(镜面)、钢铁(支架、储罐)、混泥土(定日镜基座、设备基础、厂房)、化工材料(熔盐)等,在我国产能巨大;我国还是制造业大国,在与太阳能热发电相关的机械制造、热力装备、发电装备、控制系统等行业具备雄厚实力;鼓励科技创新、自主创新的国家战略,也为太阳能热发电关键核心技术的研制奠定了良好基础。大力发展太阳能热发电产业,不仅能帮助消化钢铁、水泥、玻璃等行业的过剩产能,而且也能够带动相关创新技术研发及高端制造业的发展,对我国科技进步及拉动经济增长、调整产业结构、推动工业转型升级,提高经济增长质量和效益,具有战略性作用。

4. 太阳能热发电技术路线

在技术路线方面,太阳能热发电包括塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式等不同技术形式。其中塔式与槽式技术是当今太阳能热发电的主流技术路线。

相比较而言,塔式太阳能热发电具备明显的优势:

1) 塔式太阳能热发电技术是全球太阳能热发电技术发展的主流方向。

技术特点上的区别,使得塔式太阳能热发电系统具备更高的光电转换效率:

Ø 在跟踪方式上,槽式系统反射镜采取单轴跟踪的方式;而塔式系统采取双轴跟踪的方式,镜场效率更高。

Ø 在聚焦方式上,槽式系统采取线聚焦的方式;而塔式系统采取点聚焦的方式,聚焦倍数更高,吸热效率更高。

Ø 在吸热工质上,槽式系统一般采用导热油作为吸热工质,其运行温度上限是390℃;而塔式系统可采用水或者熔盐作为吸热工质,其运行温度上限都可超过500℃,更高运行温度,意味着更高的发电效率、更少的储热材料(储热量相同情况下,槽式电站需要塔式电站3倍以上的熔盐才能达到同样的储热小时数)。

Ø 在管路长度上,槽式系统的热力系统管路长达数十公里,而塔式系统的热力系统管道仅数百米,更短的管路长度,意味着更少的散热损失。

以上因素决定了塔式太阳能热发电系统的光电转换效率远远超过槽式系统。更重要的是,我国太阳能资源丰富的区域基本上都集中得西北地区,普遍存在冬季严寒、年平均气温低的特点,严苛的自然环境,对太阳能热发电系统的防冻、保温要求非常高,因而更适宜于发展热力系统管道短、防冻保温简单的塔式太阳能热发电系统系统

同时,槽式系统经过多年的发展,在全球范围内而言,其反射镜、集热管等核心装备均已实现了规模化量产,成本下降的空间有限;而塔式系统方兴未艾,定日镜、吸热器、储热系统等核心装本存在巨大的成本下降空间,能够实现更低的发电成本。而发电成本是否具有竞争力将是决定太阳能热发电能否得到大规模推广的核心前提。

同时,塔式系统对场地平整度要求更低,可以大幅度减少平地工作量与费用;槽式系统的导热油如果泄漏,有对环境造成污染的可能。

从全球范围来看,槽式系统最先得到商业化应用,已建成的装机容量也最多。但今年随着技术的进步,制约塔式系统发展的大规模镜场控制系统、网络通信技术、材料技术等突飞猛进,塔式系统逐渐成为全球太阳能热发电技术发展的主流方向。

技术路线

塔式

槽式

聚焦方式

点聚焦

线聚焦

跟踪方式

双轴跟踪

单轴跟踪

散热损失

管路数百米,散热小

管路长达数十公里,散热大

防冻方案

简单

复杂、成本高

工质运行温度

565℃(熔融盐)

390℃(导热油)

510℃(水工质)

峰值效率

24%

<20%

自然坡度范围

< 30°

< 3°

平地工作量

造价

15000-25000元/kw

20000-25000元/kw

运行维护成本

塔式太阳能热发电与槽式太阳能热发电特点比较

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