2023 年中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析
太陽能熱發(fā)電(也稱為“光熱發(fā)電”)是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能,通過熱功轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)發(fā)電的系統(tǒng)技術(shù)。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的前端采用聚光吸熱裝置,配置采用二元硝酸熔鹽、導(dǎo)熱油等作為傳熱介質(zhì)的儲(chǔ)熱系統(tǒng);后端采用同步發(fā)電機(jī)組,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電,是能夠發(fā)揮煤電機(jī)組作用的電網(wǎng)友好型綠色低碳電力供應(yīng)方式。根據(jù)聚光方式的不同,目前市場上商業(yè)化運(yùn)行的太陽能熱發(fā)電站可細(xì)分為槽式、塔式和線性菲涅爾式3種,其采用的傳熱介質(zhì)主要有導(dǎo)熱油、熔鹽等。
2023年3月,國家能源局綜合司發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)光熱發(fā)電規(guī)?;l(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》(國能綜通新能[2023]28號(hào))指出:太陽能熱發(fā)電兼具調(diào)峰電源和儲(chǔ)能的雙重功能,其可實(shí)現(xiàn)利用新能源來調(diào)節(jié)、支撐新能源,且可為電力系統(tǒng)提供更好的長周期調(diào)峰能力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,具備在部分區(qū)域作為調(diào)峰電源和基礎(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,是加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系的有效支撐;同時(shí),太陽能熱發(fā)電的行業(yè)鏈長,規(guī)?;_發(fā)利用將成為中國新能源行業(yè)新的增長點(diǎn)。
太陽能熱發(fā)電全生命周期的度電碳排放量非常低,環(huán)保效益明顯。朱曉林等研究發(fā)現(xiàn):中國西北地區(qū)135MW塔式太陽能熱發(fā)電站全生命周期的度電碳排放量為22.7gCO2e/kWh;且全生命周期的度電碳排放量隨年均太陽直接輻射量和儲(chǔ)熱時(shí)長的增加呈降低趨勢,但降幅逐步減小。若新增135座135MW塔式太陽能熱發(fā)電站,則可替代中國1%的火力發(fā)電量,年碳減排量將達(dá)到0.49億t,全生命周期可實(shí)現(xiàn)12.25億t的碳減排量。
目前,中國已通過國家首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的建設(shè),攻克了關(guān)鍵技術(shù)裝備方面的難題,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完整行業(yè)鏈,培育了一批具備全面工程建設(shè)能力的系統(tǒng)集成商,具備了大容量太陽能熱發(fā)電站的設(shè)計(jì)、集成、建設(shè)、調(diào)試及運(yùn)維能力,為后續(xù)太陽能熱發(fā)電規(guī)?;l(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文根據(jù)國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和中國可再生能源學(xué)會(huì)太陽能熱發(fā)電專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合編寫并發(fā)布的《中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)藍(lán)皮書2023》,對中國2023年太陽能熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展情況進(jìn)行概述。
1. 2023年太陽能熱發(fā)電的發(fā)展情況
1.1 2023年全球太陽能熱發(fā)電的發(fā)展情況
2023年,全球太陽能熱發(fā)電的新增裝機(jī)容量為500MW。截至2023年底,全球太陽能熱發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)7550MW(含美國已運(yùn)行30年后退役的8座槽式太陽能熱發(fā)電站,總裝機(jī)容量為274MW)。
2023年,國外新增3座并網(wǎng)太陽能熱發(fā)電站,總裝機(jī)容量為500MW,均為由上海電氣集團(tuán)股份有限公司總承包建設(shè)的迪拜950MW光熱光伏混合項(xiàng)目(NoorEnergyⅠ)的組成部分。該混合項(xiàng)目由250MW光伏發(fā)電和700MW太陽能熱發(fā)電組成;其中,太陽能熱發(fā)電包括1座100MW塔式和3座200MW槽式太陽能熱發(fā)電站。1號(hào)槽式太陽能熱發(fā)電站于2022年11月并網(wǎng)發(fā)電,其他3座熱發(fā)電站均于2023年并網(wǎng)發(fā)電。迪拜950MW光熱光伏混合項(xiàng)目的現(xiàn)場照片如圖1所示。
截至2023年底,中國太陽能熱發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量為588MW,均采用兆瓦級以上太陽能熱發(fā)電機(jī)組;其中,并網(wǎng)型太陽能熱發(fā)電機(jī)組為11個(gè),總裝機(jī)容量為570MW,單臺(tái)太陽能熱發(fā)電機(jī)組的最大裝機(jī)容量為100MW,最小裝機(jī)容量為10MW。2014—2023年全球和中國的太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量如圖2所示。
1.2 2023年中國太陽能熱發(fā)電的發(fā)展情況
2016年,中國首批達(dá)到商業(yè)應(yīng)用規(guī)模(單臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量不低于5萬kW)的太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)啟動(dòng)。通過示范項(xiàng)目的實(shí)施和建設(shè),中國已完全掌握了擁有完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聚光、吸熱、儲(chǔ)換熱、發(fā)電等核心技術(shù),高海拔、高寒地區(qū)設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù),以及太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)與運(yùn)營技術(shù),為后續(xù)太陽能熱發(fā)電大規(guī)模發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和運(yùn)行水平的逐步提高,目前各太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的運(yùn)行性能不斷提高,逐步進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)電期,發(fā)電量大幅提升。其中,中廣核德令哈50MW光熱發(fā)電示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行230天;首航高科100MW塔式光熱電站最長不間斷發(fā)電時(shí)長從2022年的263h提升至2023年的338.21h;青海中控德令哈50MW塔式光熱電站與內(nèi)蒙古烏拉特中旗100MW槽式光熱電站均連續(xù)兩年達(dá)到年設(shè)計(jì)發(fā)電量。
自2021年以來,隨著以沙漠、戈壁、荒漠為重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域的大型風(fēng)電/光伏基地建設(shè)項(xiàng)目的推進(jìn)加快,作為落實(shí)市場化并網(wǎng)條件的配套選擇之一,中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展不斷加速。在國家第1、2批大型風(fēng)電/光伏基地建設(shè)、新能源市場化并網(wǎng)及直流外送等項(xiàng)目名單中,配套太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目共29個(gè),總裝機(jī)容量約為330萬kW;在此基礎(chǔ)上,2023年又有11個(gè)太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目列入政府建設(shè)項(xiàng)目名單(擬建),總裝機(jī)容量為1350MW,具體如表1所示。
據(jù)國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟統(tǒng)計(jì),截至2023年底,中國列入政府建設(shè)項(xiàng)目名單的在建和擬建太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目超過40個(gè),總裝機(jī)容量約為4800MW,預(yù)計(jì)這些太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目最晚將于2025年完成建設(shè),項(xiàng)目分布情況如圖3所示。截至2024年底,中國并網(wǎng)太陽能熱發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量或?qū)⑦_(dá)到1700MW。
1.3中國太陽能熱發(fā)電技術(shù)形式
通過對全球(統(tǒng)計(jì)范圍主要包括西班牙、美國、阿聯(lián)酋、沙特、科威特、北非、南非、以色列、印度、智利、法國、意大利及中國等國家和地區(qū))不同太陽能熱發(fā)電技術(shù)形式下的累計(jì)裝機(jī)容量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),截至2023年底,導(dǎo)熱油槽式(下文簡稱為“槽式”)太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的占比約為76.7%,熔鹽塔式(下文簡稱為“塔式”)太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的占比約為19.9%,熔鹽線性菲涅爾式(下文簡稱為“線性菲涅爾式”)太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的占比約為3.4%,具體如圖4所示。由此可知,在全球太陽能熱發(fā)電市場中,槽式為主要的太陽能熱發(fā)電技術(shù)形式。
截至2023年底,中國并網(wǎng)太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量中,塔式太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的占比約為64.9%,槽式太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的占比約為26.3%,線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的占比約為8.8%,具體如圖5所示。由此可知,在中國太陽能熱發(fā)電市場中,塔式為主要的太陽能熱發(fā)電技術(shù)形式。
綜上所述,中國和全球的太陽能熱發(fā)電技術(shù)形式發(fā)展路線存在一定差異。
1.4中國太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目相關(guān)產(chǎn)品企業(yè)
在中國科學(xué)院電工研究所的推動(dòng)和牽頭下,中國自“十一五”期間開始啟動(dòng)兆瓦級太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成技術(shù)及示范研究。經(jīng)過十幾年的發(fā)展,中國太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目配套產(chǎn)品的生產(chǎn)能力顯著增強(qiáng)。據(jù)國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟不完全統(tǒng)計(jì),截至2023年,中國太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目配套產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量已近600家。
(1)集熱系統(tǒng)方面。此類相關(guān)產(chǎn)品的供應(yīng)商約為245家,產(chǎn)品和服務(wù)覆蓋超白玻璃原片、反射鏡、聚光器、控制系統(tǒng)、跟蹤機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、減速機(jī)、吸熱器及管材、旋轉(zhuǎn)接頭、支架、鏡面漆、導(dǎo)熱油、導(dǎo)熱油閥、導(dǎo)熱油泵、熱鍍鋅工件、太陽輻照測量儀、反射鏡生產(chǎn)線設(shè)備及相關(guān)檢測等。
(2)儲(chǔ)熱系統(tǒng)方面。此類相關(guān)產(chǎn)品的供應(yīng)商約為135家,產(chǎn)品和服務(wù)覆蓋熔鹽、熔鹽儲(chǔ)罐、保溫材料、熔鹽泵、熔鹽閥、加熱爐、電加熱器、電伴熱及化鹽服務(wù)等。
(3)關(guān)鍵材料和產(chǎn)品產(chǎn)能方面。為更好地支撐“風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化”等大基地項(xiàng)目中太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè),2023年,相關(guān)企業(yè)紛紛在原有產(chǎn)能基礎(chǔ)上采取延長自身行業(yè)鏈或新建生產(chǎn)線的措施。2023年,中國新增2條熔鹽生產(chǎn)線(其中包括1條復(fù)產(chǎn)線)、1條反射鏡生產(chǎn)線、1條產(chǎn)量為600t/天的太陽能熱發(fā)電用全氧超白浮法玻璃生產(chǎn)線。
(4)打破國外產(chǎn)品壟斷方面。江蘇飛越泵業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的冷鹽泵經(jīng)過青海中控德令哈
50MW塔式光熱電站運(yùn)行驗(yàn)證,性能指標(biāo)良好;塔浦(上海)自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的高溫熔鹽流量計(jì)已得到應(yīng)用;中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研發(fā)的納米高熵太陽能吸收涂層已在首航高科敦煌100MW塔式熔鹽光熱電站進(jìn)行應(yīng)用[8]。中國部分企業(yè)太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵材料與部件的生產(chǎn)能力如表2所示。需要說明的是,表中數(shù)據(jù)均已經(jīng)過企業(yè)確認(rèn)。
2、太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析
2.1太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性影響因素分析
在國家要求太陽能熱發(fā)電平價(jià)上網(wǎng),以及以沙漠、戈壁、荒漠為重點(diǎn)區(qū)域加快推進(jìn)大型“風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化”基地建設(shè)的新形勢下,太陽能熱
發(fā)電項(xiàng)目多采用與風(fēng)電、光伏發(fā)電配比的形式開展建設(shè)。與國家首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目(建設(shè)期為2016—2020年)相比,目前以“風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化”項(xiàng)目建設(shè)的太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的初始投資呈下降趨勢。以100MW塔式太陽能熱發(fā)電站為例,其項(xiàng)目可行性研究中的單位造價(jià)由29770元/kW(玉門項(xiàng)目,首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目期間)降至16209元/kW(吐魯番項(xiàng)目,2023年),下降幅度約45.6%。初始投資下降的主要原因在于:1)聚光場面積大幅減小,比如:從140萬m2(玉門項(xiàng)目)減少為65.6萬m2(吐魯番項(xiàng)目)。2)鏡場、汽輪機(jī)、蒸汽發(fā)生器、發(fā)電機(jī)、熔鹽罐等主要設(shè)備的價(jià)格均有較大幅度降低。同時(shí)需要注意的是,相較于首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)期,目前熔鹽介質(zhì)的單價(jià)上漲了約1倍。
調(diào)研發(fā)現(xiàn),與國家首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目相比,除了聚光場面積有所減少外,目前,大多數(shù)“太陽能熱發(fā)電+新能源”電站均配備了大容量的熔鹽電加熱器(20~40MW),用于吸納光伏發(fā)電和風(fēng)電的棄電;且太陽能熱發(fā)電站在電力系統(tǒng)中的功能由此前“能發(fā)盡發(fā)”的獨(dú)立電源調(diào)整為“儲(chǔ)能調(diào)峰”,儲(chǔ)能時(shí)間按照項(xiàng)目需求優(yōu)化為8h左右(最長10h)?,F(xiàn)階段,“風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化”項(xiàng)目中太陽能熱發(fā)電站的年等效利用小時(shí)數(shù)大幅下降。這主要是因?yàn)樘柲軣岚l(fā)電站的功能定位發(fā)生了變化,使其年發(fā)電小時(shí)數(shù)和設(shè)備利用率降低,導(dǎo)致設(shè)備投資的分?jǐn)偝杀咎岣?,最終電站的平準(zhǔn)化度電成本下降幅度較小。
需要注意的是,熔鹽儲(chǔ)能太陽能熱發(fā)電站的投資與所在地區(qū)的太陽能資源、氣象條件,以及所在省份的相關(guān)政策,包括項(xiàng)目的儲(chǔ)能時(shí)長、太陽能熱發(fā)電與其他新能源的配比要求、上網(wǎng)電價(jià)等密切相關(guān)。
2.2不同技術(shù)路線的太陽能熱發(fā)電成本分析
太陽能熱發(fā)電站的經(jīng)濟(jì)性與裝機(jī)容量、儲(chǔ)能時(shí)長和鏡場面積密切相關(guān)。此類電站最大的優(yōu)勢是配置長周期、大容量、高安全的儲(chǔ)熱系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)24h連續(xù)發(fā)電及按需發(fā)電。一般來說,為了儲(chǔ)存更長時(shí)間的能量,就需要增加鏡場面積,這種情況下電站一次投資的成本就會(huì)增加;然而由于儲(chǔ)能時(shí)長的增加,電站發(fā)電量將提高,平準(zhǔn)化度電成本則會(huì)呈下降趨勢。
綜合分析認(rèn)為,太陽能熱發(fā)電的成本降低主要有3大驅(qū)動(dòng)因素:1)研發(fā)和示范項(xiàng)目所帶來的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)電效率提升;2)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)帶來的材料和產(chǎn)品成本下降;3)更大規(guī)模太陽能熱發(fā)電站開發(fā)帶來的規(guī)?;?yīng)。
根據(jù)浙江可勝技術(shù)股份有限公司數(shù)據(jù),基于青海省德令哈市、甘肅省酒泉市瓜州縣、新疆維吾爾自治區(qū)哈密市等典型太陽能熱發(fā)電站站址的太陽輻照資源進(jìn)行測算,按單座350MW塔式太陽能熱發(fā)電站、儲(chǔ)能10h進(jìn)行配置,考慮近期即可實(shí)現(xiàn)的降本增效措施后,塔式太陽能熱發(fā)電站的平準(zhǔn)化度電成本可降至0.53~0.62元/kWh。
對于槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)而言,根據(jù)常州龍騰光熱科技股份有限公司數(shù)據(jù),通過“大槽集熱+導(dǎo)熱油傳熱+熔鹽傳熱及儲(chǔ)熱”技術(shù)方案及大裝機(jī)容量或多機(jī)組的規(guī)模化效應(yīng),槽式太陽能熱發(fā)電站的平準(zhǔn)化度電成本可下降至0.61元/kWh左右。以平準(zhǔn)化度電成本“超大槽集熱+熔鹽傳熱及儲(chǔ)熱”技術(shù)方案為例,太陽能熱發(fā)電站的裝機(jī)容量可進(jìn)一步擴(kuò)大至2×300MW或更大規(guī)模,到2030年,此類太陽能熱發(fā)電站的平準(zhǔn)化度電成本將進(jìn)一步降至0.4~0.5元/kWh。
參考中國已經(jīng)建成投運(yùn)的全球首個(gè)50MW熔鹽線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目,根據(jù)蘭州大成科技股份有限公司的測算,通過采用擴(kuò)大單個(gè)電站的裝機(jī)容量、規(guī)?;l(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新及系統(tǒng)優(yōu)化等多種方式,至2025年,裝機(jī)容量在300MW以上的熔鹽線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電站的平準(zhǔn)化度電成本將可達(dá)到0.6元/kWh以內(nèi),項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性將顯著提高。
3、中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展建議
3.1加快研究與制定太陽能熱發(fā)電“兩部制”電價(jià)與風(fēng)電、光伏發(fā)電相比,太陽能熱發(fā)電的初
始投資相對較大,且其目前在電力系統(tǒng)中的角色為“調(diào)節(jié)性電源”。對于“風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化”項(xiàng)目而言,太陽能熱發(fā)電的運(yùn)行策略為“中午太陽能資源較好時(shí)為光伏發(fā)電讓路,只在早晚高峰時(shí)發(fā)電”,導(dǎo)致其年運(yùn)行小時(shí)數(shù)從4000h左右下降至2000h,甚至更低。因此,需研究出臺(tái)太陽能熱發(fā)電的“兩部制”電價(jià)。結(jié)合全國典型太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的投資成本,明確此類電站裝機(jī)容量電價(jià)的適用范圍和國家補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),為投資太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目提供一定程度的預(yù)期投資收益率,從而有助于更充分地體現(xiàn)太陽能熱發(fā)電對電力系統(tǒng)的支撐、調(diào)節(jié)價(jià)值。同時(shí),在給予太陽能熱發(fā)電站裝機(jī)容量電價(jià)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)耦合電能量價(jià)值(電力中長期或現(xiàn)貨交易市場)或調(diào)節(jié)價(jià)值(輔助服務(wù))及環(huán)境價(jià)值(中國核證自愿減排量、綠電、綠證)的貨幣化收益,提高項(xiàng)目投資的積極性,促進(jìn)此類電站的規(guī)模化發(fā)展。
3.2盡快開展太陽能熱發(fā)電對電網(wǎng)支撐能力的研究
受制于平價(jià)上網(wǎng)條件下的投資經(jīng)濟(jì)性,當(dāng)前,新能源大基地項(xiàng)目中的太陽能熱發(fā)電與光伏發(fā)電的容量配置比極低,尚不足以真正發(fā)揮太陽能熱發(fā)電對電網(wǎng)系統(tǒng)的支撐作用,將對新能源大基地電力大規(guī)模外送造成一定影響。建議盡快開展太陽能熱發(fā)電對電網(wǎng)支撐能力的研究,相關(guān)單位可在結(jié)合大基地千萬千瓦級直流送出特點(diǎn)及中國西部地區(qū)電網(wǎng)特征的基礎(chǔ)上,根據(jù)用戶側(cè)需求,以對外輸送100%的新能源電力為目標(biāo),開展太陽能熱發(fā)電參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻,以及優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行控制策略方面的研究。應(yīng)結(jié)合不同儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)與響應(yīng)特性進(jìn)行分析研究,科學(xué)合理地確定基地項(xiàng)目中各類電源的容量配比,根據(jù)實(shí)際需求指導(dǎo)太陽能熱發(fā)電的容量配比和系統(tǒng)配置。
3.3持續(xù)深化太陽能聚光領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新
在太陽能熱發(fā)電站中,太陽能聚光系統(tǒng)的投資成本占比最高。為達(dá)到實(shí)質(zhì)性的降本目的(而不是簡單的減少鏡場面積),需要持續(xù)深化在這一領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā),推動(dòng)太陽能聚光系統(tǒng)的建設(shè)成本持續(xù)下行,促進(jìn)行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。
一方面,建議與現(xiàn)有商業(yè)化太陽能熱發(fā)電站結(jié)合,開發(fā)低成本聚光器和鏡場控制系統(tǒng)及反射鏡自潔技術(shù),提高聚光器動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度,減少集熱系統(tǒng)的溢出損失。
另一方面,研制并采用新的聚光方式來降低余弦損失和截?cái)鄵p失,提高太陽能聚光場的年均光學(xué)效率,用更小的光場提高能量輸出,從而從根本上降低聚光場成本。
同時(shí),建議開展低成本聚光方式的基礎(chǔ)研究,從太陽輻射的能量性質(zhì)、光學(xué)曲面的自適應(yīng)調(diào)控方法、高密度聚集光能對物質(zhì)表面微觀結(jié)構(gòu)的影響等角度,全方位提升太陽能聚光領(lǐng)域的技術(shù)水平,為加快太陽能熱發(fā)電行業(yè)整體發(fā)展注入更多動(dòng)力。
3.4盡快實(shí)施各類創(chuàng)新型太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目
現(xiàn)階段太陽能熱發(fā)電以對電力系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用為主,未來其將發(fā)揮基礎(chǔ)保障性電源作用。除了持續(xù)擴(kuò)大商業(yè)化太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目規(guī)模外,需要加快實(shí)施各類創(chuàng)新型太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目,逐步通過市場化競爭而非政府定價(jià)來體現(xiàn)太陽能熱發(fā)電在電能量市場中的競爭優(yōu)勢,主要可從以下3個(gè)方面來實(shí)施。
(1)建議總結(jié)大基地項(xiàng)目中高容量配比太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電能力及調(diào)峰特性,盡快實(shí)施太陽能熱發(fā)電裝機(jī)容量大、容量配比高的“太陽能熱發(fā)電+”一體化大基地示范項(xiàng)目,將太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的規(guī)模推廣至千兆瓦級,助力新型電力系統(tǒng)安全可靠發(fā)展。
(2)建議推進(jìn)以太陽能為主的多能互補(bǔ)低碳發(fā)電技術(shù)示范。比如:太陽能高溫集熱與火電及核電的互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)、與高溫燃料電池制氫技術(shù)
的結(jié)合、與生物質(zhì)能的互補(bǔ)系統(tǒng)等。特別是考慮在大基地中以太陽能熱發(fā)電為主,與火電結(jié)合的1000MW級混合電力系統(tǒng)技術(shù),可將電站調(diào)峰速率提高4倍,將度電煤耗降低70%。
(3)建議積極開展多種新型儲(chǔ)能項(xiàng)目示范,研究不同儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中實(shí)際發(fā)揮的作用和特性。熔鹽太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)能、純電制熱熔鹽儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等技術(shù)均適用于電力系統(tǒng)大規(guī)模、長時(shí)間、長壽命的儲(chǔ)能調(diào)峰應(yīng)用場景。在中國西北地區(qū)同等資源條件下,對多種新型儲(chǔ)能技術(shù)路線進(jìn)行集中示范,研究不同季節(jié)、不同氣象條件下采用新型儲(chǔ)能系統(tǒng)后各類發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性,以及在項(xiàng)目整體上網(wǎng)電力曲線相同的情況下對電網(wǎng)的實(shí)際支撐作用。
3.5加快開展太陽能熱發(fā)電前沿技術(shù)研究與示范科技創(chuàng)新能夠催生新行業(yè)、新模式、新動(dòng)能,
是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素。建議加緊部署前沿技術(shù)研究,加快太陽能熱發(fā)電新技術(shù)研發(fā)和開展新技術(shù)示范工程,持續(xù)推動(dòng)太陽能熱發(fā)電行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。
建議在“十三五”超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目研究基礎(chǔ)上,進(jìn)行20~50MW高溫超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電示范工程;同時(shí)開展太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的反應(yīng)及儲(chǔ)存裝置的研究,對采用綠色傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及50MW太陽能熱化學(xué)燃?xì)怆娬镜惹把丶夹g(shù)進(jìn)行研發(fā)和示范。開展基于熱力學(xué)第二定律的能量轉(zhuǎn)換方式、太陽能聚光與高溫氫燃料電池系統(tǒng)耦合發(fā)電等前沿技術(shù)的理論研究。
4、結(jié)論
太陽能熱發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)用新能源調(diào)節(jié)、支撐新能源,具備在部分區(qū)域作為調(diào)峰和基礎(chǔ)性電源的潛力,推動(dòng)其規(guī)模化發(fā)展對于建設(shè)新能源占比逐步提高的新型電力系統(tǒng)及新型能源體系具有重要意義。本文通過對2023年中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行梳理發(fā)現(xiàn),中國太陽能熱發(fā)電技術(shù)水平在不斷提升,行業(yè)配套能力顯著增強(qiáng),為其進(jìn)一步大規(guī)模發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來,仍需要通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并盡快落地一批采用不同技術(shù)形式的太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目來不斷提高太陽能熱發(fā)電的技術(shù)水平,并促進(jìn)其成本下降,助力安全可靠的新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。