太阳能热发电产业技术路径与发展

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曾广博1,岳永魁1,王宣淇 2

(1. 广州发展集团股份有限公司,广东 广州 510623;2. 国土资源部人力资源开发中心,

北京 100812)

摘要:太阳能热发电是将太阳能转化为热能,通过热工转化发电的技术,兼具环保、稳

定、可调节以及易于并网等特点,全球范围内已掀起了投资和建设热潮,截至2016 年 12 月底,全球光热发电装机已超过 5000MW。我国太阳能资源丰富,随着一批示范项目开工建设,光热发电将进入规模化发展窗口期。本文围绕光热发电的技术特点、项目建设、政策环境、产业发展制约瓶颈、经济评估与展望等方面,对我国太阳能热发电产业进行深入研究,并对后续进入该产业的潜在企业提出相关建议。

关键词:太阳能热发电;技术进展;发展现状;产业发展;投资成本

中图分类号:F426 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2017)08-0043-05 Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2017.08.0010

Abstract: Concentrating solar power (CSP), which could offer a utility-scale, relatively stable and dispatchable electricity with a very low environmental impact, is one of the major technologies for converting sunlight to electricity. A wave of investment and construction of CSP plant had set off in global range, by the end of 2016, the global CSP power installed capacity had more than 5000MW. The light and heat resource is rich in China, with a number of demonstration projects has started its construction, CSP industry would enter a scale of development window period. This paper researches Chinese CSP industry focused on the technical characteristics, project construction, policy environment, industry development bottleneck, economic assessment and prospect, and puts forward some suggestions to potential enterprises entering into the industry.

Key words:Concentrating Solar Power; Technical Progress; Development Status; Industry Development; Investment Cost

太阳能热发电(简称“光热发电”)是太阳能利用的重要新技术领域,具有环保性、稳定性、可调节性和易于并网等特点,受到世界各国广泛关注,已掀起投资和建设热潮,有望在全球能源

[1]结构中扮演更为重要的角色 。截至 2016 年 12月底,全球光热发电装机容量已超过 5000MW。随着一批示范项目开工建设,我国光热发电即将进入规模化发展窗口期。

1 国内外光热发电产业发展态势

1.1 光热发电技术概述光热发电是通过聚集太阳辐射能获得热能,将热能转化成高温蒸汽(或空气),由蒸汽(或空气)驱动汽轮机(或燃气轮机、斯特林机)发电的技术。根据集热方式不同,可分为塔式、槽式、碟式和菲涅尔式 4类,不同技术路线选择对光热电站选址环境有较大差异,但丰富的太阳法向直

射福射(DNI)资源是发展光热发电的首要条件。

近年来,国际光热发电技术发展到了一个新的阶段,槽式发电技术最为成熟,商业化程度最高,单机容量达 280MW ,约占全球光热发电总装机的 84.7% ;塔式发电效率较高,单机容量达133MW,适合大规模和大容量商业化应用,装机占比约 12.4% ;槽式和塔式第 2 代技术已经成熟,工质运行温度超过 500℃,蓄热时间和转化效率不断提高,是目前光热发电发展和商业化应用的主流技术。 1.2 全球光热发电项目建设情况

截至 2016 年 12月底,全球已建成投运的光热 电站装机容量 5017MW,其中,西班牙 2362MW,占全球总装机的47%,居世界第一;美国第二,总装机为 1832MW ,占全球总装机 36.5% ;两者合计超过4GW,约占全球光热装机的83%。其后是印度、南非、摩洛哥、阿联酋等国。 1.3 我国光热发电产业发展现状以示范项目和标杆电价的正式公布为标志, 2016 年被认为是我国太阳能热发电发展的元年。2016 年之前,除青海中控的 10MW 太阳能热发电项目外,其他均为试验示范项目,未达到并网发电标准。2016 年,全国新增装机 10.2MW,包括首航节能敦煌 10MW 熔盐塔式项目以及并网投运的甘肃阿克塞 800m 熔盐槽式 200kW 示范回路项目;正在建设、规划中和在开发的商业化光热发电项目近 40 个,规划装机超过 3GW。

目前,我国光热发电处于研发、试验和示范阶段,国家对光热发电的扶持政策主要是通过国家科技部支持光热发电技术和产品的研发、国家能源局组织实施示范项目以及国家发展和改革委员会核定的示范项目上网电价,未形成投资运营的政策环境,财税激励和补贴机制不明朗,项目收益评估存在不确定性。

2 我国光热发电产业发展存在的问题

2.1 我国光热发电技术瓶颈现阶段我国尚无成熟的、适用于大规模推广的各种本土化光热发电技术,商业化光热发电站系统集成和运行经验匮乏,检测平台及标准体系缺失,核心设备和关键配件缺乏实际项目的运行检验 [5]。

目前我国己基本可生产光热发电的主要装备,一些部件已具备商业生产条件,较为突出的是槽式真空管和玻璃反射镜,部分产品己通过国外专业检测,性能参数达到国际水平,但未经过实际项目使用,其性能、质量还未得到实际验证,而光热电站整体系统设计能力和集成技术、系统模 拟及仿真技术也刚起步 [6]。

相比光伏发电,我国光热发电仍是发展中的技术,各类光热发电技术各有优劣,相互竞争,技术升级换代快,应用前景不明朗。许多前期被看好的技术,如二元高结晶点熔盐槽式、槽式DSG 技术等,在实际工程中问题重重,逐渐淘汰。2.2 我国光热发电资源制约瓶颈根据实践经验,准确观测某一地区年平均太阳法向直射辐射资源( DNI)需 3 年左右时间。我国日射观测站稀少,尚无准确的全国范围 DNI 累积数据。目前已开展测光地区的DNI 结果基本比预期要小,普遍在 2000kWh/m2 · a 以下,首批示范项目DNI 最低 1600kWh/m2 · a ,最高2056kWh/m2 · a ,多数在 1800~2000kWh/m2 · a之间,如内蒙古鄂尔多斯和青海德令哈分别为1900kWh/m2 · a 和 1976kWh/m2 · a。

从试验电站运营经验来看, DNI 至少在2000kWh/m2 · a以上才可能具有经济效益。我国DNI > 2000kWh/m2 · a的地区集中分布在甘肃河西走廊、青海西部、西藏及新疆南部,普遍面临气候恶劣、电网消纳困难、燃气和水资源匮乏等挑战,适合光热电站建设基本条件的优质资源不多。

3 我国光热发电产业发展前景

3.1 我国光热发电技术发展路线我国的环境和气候特点决定了光热发电技术路线将由槽式逐渐向塔式、碟式等高聚光比、高光热转换效率的技术倾斜。电站建设也将向高储能、规模化、集群化发展。光热—生物质联合发电、光热—天然气联合发电、光热—风电联合发电、光热—燃煤电站的梯级利用以及诸多能源方式的整合、系统集成将成为未来应用广泛的发电方式。

3.2 我国光热发电开发前景我国光热开发潜力大、地域集中,2020 年规划装机达到 500 万 kW。从开发潜力来看,我国符合光热发电基本条件的潜在装机约 14 亿 kW,与2016 年全国电力总装机( 16.5 亿 kW )基本相当;地域集中分布在宁夏、青海、新疆和西藏等西北地区 [7-8]。

3.3 我国光热电站投资成本走势与常规的燃煤电厂不同,光热电站的初始投资成本在总成本中占比较大,寿命周期成本中初始投资约占 4/5,营运、维保、燃料及保险约占 1/5。目前,光热发电系统初始投资约 2.5~12 美元 /W,平

准化电力成本( LCOE)约 0.14~0.47 美元 /kWh,是常规电源的 2~5 倍 [9]。

由于加工成本低,我国在清洁能源技术的应用步伐比世界其他国家快,总体上,传统发电技术成本比欧洲低约55%,可再生能源技术成本比欧洲低约40%。随着我国企业不断进入光热发电 3.4 我国光热发电产业政策走势

过去 10 年,我国风力和光伏发电都经历了从研发示范到商业化起步阶段的过渡。风电和光伏发电起步阶段的均化发电成本分别在 4 元 /kWh 和2 元 /kWh 的水平,固定上网电价均是在风电和光伏发电产业发展到一定的商业化阶段、生产和开发成本大幅下降的情况下出台的。

目前,我国光热发电成本水平远低于风电、光伏发电的同期发展阶段水平,且针对示范项目出台了 1.15 元 /kWh 的上网电价。未来几年,可预期我国在光热政策制定和执行上将更加成熟和稳健,可能会在特许权招标、税收、土地、补贴等方面出台系列政策扶持光热发电产业发展。

4 结论与建议

光热发电作为太阳能利用的重要形式,已在欧洲、美国等国家和地区快速发展。与光伏发电、风力发电等先进的可再生能源技术相比,全球光热发电仍面临成本高、效率低、可靠性及寿命有待提高等难题。国内光热发电产业目前处于起步阶段,尚未形成产业规模,工程造价较高,装备制造能力弱,缺乏系统集成及运行技术。

随着国家示范项目深度推进、产业链不断完善、产业扶持政策逐步健全、技术和工艺不断进 产业,光热电站投资成本将会大幅降低。根据国内研究结果 [10],我国的光热发电成本曲线下降幅度将大于欧洲太阳能发电协会预测的全球成本曲线的 20%,到 2020 年,我国光热电站初始投资将降至 1.5 万元 /kW以下,均化成本降至 0.75 元 /kW以下,光热发电将具有一定竞争力。 步、规模化应用和市场竞争开始,光热发电成本将持续下降,技术路线将朝着“高参数、大容量、连续发电”方向发展。当前,各大能源集团纷纷进入光热发电产业,欲在市场爆发前进行技术储备和圈占有限的优质资源。未来几年,我国光热发电市场将迎来快速发展新阶段。

结合国内外光热发电产业形势、技术发展情况,考虑政策走势和市场前景,对后续进入光电领域的企业提出如下建议:

(1 )光热发电具有规模效应(商业化电站至少需 50MW 以上装机),资金、技术和建设运营门槛要求高,传统发电集团具有资金实力雄厚、拥有成熟的火电站建设运营经验等先天优势,将可能成为光热发电产业的有力推动者和主导者。

国内光热发电产业刚刚起步,后续进入该领域的企业可在资源丰富地区提前布局,争取优质资源条件,做好项目储备,密切关注首批商业化示范项目的建设和运营情况,加强技术交流,为介入光热发电行业奠定基础。

(2)跟踪光热发电标杆电价、专项资金、并网保障等行业政策动态,在政策导向明晰、外部条件渐趋成熟的基础上,有序推进光热发电项目储备和建设工作。

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