淺析國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電項目發(fā)展前景及存在的問題

彭興波

【摘 要】論文簡述了太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)情況，分析該體系的優(yōu)勢及當(dāng)前遇到的發(fā)展瓶頸，比較其與光伏發(fā)電的差異點，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H需求，探討在園區(qū)推進(jìn)該項目的可行性。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，降低太陽能發(fā)電的成本。這種形式的太陽能利用還有一個較大的優(yōu)勢，即太陽能所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。

【Abstract】 The paper briefly introduces the situation of solar photothermal power generation system， analyzes the advantages of the system and the development bottleneck encountered at present， compares the differences between solar photothermal power generation and photovoltaic power generation. And combined with the actual local needs， the paper explores the feasibility of advancing the project in the park. The technology of solar thermal power generation avoids the expensive technology of photoelectric conversion of silicon crystal and reduces the cost of solar power generation. Another advantage of this form of solar energy utilization is that the water burned by the solar energy can be stored in huge containers ， and can still drive the turbine to generate power in a few hours after sunset.

【關(guān)鍵詞】太陽能；光熱發(fā)電；發(fā)展前景；存在問題

【Keywords】 solar energy； photothermal power generation； development prospect； existing problems

【中圖分類號】TM615 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）06-0181-02

1 太陽能光熱發(fā)電現(xiàn)況

聚光型太陽能發(fā)電是利用聚光器將太陽光匯聚起來，生成高密度的能量，期間，利用工作流體將之轉(zhuǎn)化成熱能蒸汽，再以渦輪增壓機(jī)等轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，最終實現(xiàn)電力輸出。光熱發(fā)電的有利之處在于電力輸出穩(wěn)定，既可以用作基礎(chǔ)電力、亦可以作為調(diào)峰；另外，其儲能（儲熱）配置技術(shù)業(yè)已成熟，完全可滿足夜間持續(xù)發(fā)電需求。

通過利用太陽能，有助于保護(hù)環(huán)境，節(jié)約化石能源。然而，曾被專家學(xué)者大力推崇的光熱發(fā)電，相比較而言卻不夠紅火。淺析原因如下：

1.1 技術(shù)突破存在瓶頸，升級較為緩慢

光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景可期，然而技術(shù)方面卻沒有突破性的升級?？v觀世界范圍，發(fā)達(dá)國家的光熱發(fā)電領(lǐng)域時常出現(xiàn)技術(shù)上的階段性突破，從而得以提高發(fā)電質(zhì)量。而國內(nèi)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要仍依靠規(guī)?；牡投诉\(yùn)作。

槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，是目前最為成熟，也廣泛應(yīng)用于商業(yè)化的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，其整體裝置所需的構(gòu)件較為簡潔，聚光器部件加工簡單成本不高，易形成批量生產(chǎn)。光熱雖屬于新能源范疇，但其參照標(biāo)尺并非光伏及風(fēng)電，而是傳統(tǒng)燃煤電站。其自身儲能屬性決定了光熱發(fā)電（這里僅泛指自帶儲能的電站，斯特林碟式不做分析）可以平穩(wěn)輸出。因而，風(fēng)電光伏范疇內(nèi)的優(yōu)勢，如棄風(fēng)棄光，并不適用于光熱發(fā)電。無論塔式還是槽式，工藝相對復(fù)雜，目前能掌握此核心技術(shù)的在國際上也不為多見。

相較來說，光伏只有光伏組件+逆變器兩種必要器件，光熱按技術(shù)流派要么是集熱器+熱交換器+汽輪機(jī)+加發(fā)電機(jī)，要么是集熱器+斯特林發(fā)動機(jī)+發(fā)電機(jī)。顯然不如光伏簡潔，各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化需要多個相關(guān)行業(yè)完成大量的匹配工作。

1.2 行業(yè)門檻相對略高，專業(yè)經(jīng)驗不足

我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步比較晚，但是在建設(shè)和規(guī)劃的光熱發(fā)電裝機(jī)容量早已位居于世界前列。我們的技術(shù)還不成熟，依然缺乏經(jīng)驗，尤其是大規(guī)模設(shè)計作業(yè)的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗都需要后期的操作去累積。我國的太陽能資源豐富，主要是我國西部以及山西北部以上地區(qū)，近年來，太陽能的推廣在我國境內(nèi)開始大規(guī)模的發(fā)展。缺乏經(jīng)驗的我們更多的還是盤踞于我國西部，其他的項目不足1MW，這樣的“大規(guī)?！本褪侨狈?jīng)驗的表現(xiàn)。

1.3 DNI相較海外光熱市場偏低

從最基本的光資源角度看，根據(jù)國外文獻(xiàn)資料，定義DNI值在1800kWh/m2/yr以上的地區(qū)適宜建設(shè)太陽能熱發(fā)電站，1600kWh/m2/yr～1800kWh/m2/yr的地區(qū)可以建設(shè)太陽能熱發(fā)電站。據(jù)CSPPLAZA《從DNI角度看二批光熱示范項目可能集中在哪些區(qū)域？》一文，中國目前正在開展示范項目開發(fā)的大部分地區(qū)的DNI值在1800kWh/m2/yr左右，多風(fēng)沙、揚(yáng)塵、冬季氣溫極低，晝夜溫差較大，同等發(fā)電量，需要投資更高，從而提高了發(fā)電成本。與此同時，這樣的建設(shè)環(huán)境對電站建設(shè)和運(yùn)維要求也更高。涉及高溫熔融材料，除斯特林式外，在人口密集區(qū)域建設(shè)目前較為困難，而國內(nèi)適合建設(shè)的區(qū)域大多已經(jīng)棄風(fēng)棄光很嚴(yán)重了。

1.4 市場尚不成熟，運(yùn)作過程較為煩瑣緩慢

成熟的市場標(biāo)志著一個產(chǎn)業(yè)的成熟，而目前太陽能光熱發(fā)電項目尚不具備完整的系統(tǒng)和成熟的市場，國內(nèi)當(dāng)下光熱發(fā)電應(yīng)用的范圍仍較為狹窄，多處于探索嘗試階段。

我國光熱首批示范項目1.35GW中部分項目預(yù)計2018年建設(shè)完畢，第二批有望在2018年上半年推出。首批示范項目推進(jìn)速度略緩慢于預(yù)期，遇到的困難主要為項目前期土地等手續(xù)辦理周期較長、融資緩慢、部分技術(shù)工作成熟度不夠等。

國家的首批示范電站的電價是1.15元/度，這個價格，也使得不少謹(jǐn)慎的投資者略有退縮，同時更淘汰掉一批渾水摸魚的投資者，而當(dāng)前，首批項目的關(guān)鍵點在于融資環(huán)節(jié)。未來1-2年，如果首批開工的幾個電站能順利發(fā)電并平穩(wěn)運(yùn)行，大范圍上馬光熱電站將順勢而為。

1.5 相關(guān)專業(yè)人才儲備不足

光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的繁榮是我們可以預(yù)見的發(fā)展趨勢。光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模的推行需要大量的相關(guān)人才。我國境內(nèi)目前所擁有的人才還無法支持我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要培養(yǎng)和引進(jìn)更多的人才。和國外發(fā)達(dá)國家在工藝技術(shù)及理論研究方面長達(dá)50多年的積累相比，我國太陽能光熱發(fā)電正處于發(fā)展初期，技術(shù)成熟度不夠，人才培養(yǎng)體系不完整，從師資力量到從業(yè)人員儲備都不足。

2 多舉措加快太陽能光熱技術(shù)的發(fā)展

2.1 加強(qiáng)研發(fā)投入，掌握光熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

參與國際學(xué)術(shù)研討、技術(shù)交流，學(xué)習(xí)技術(shù)領(lǐng)先國家如美國、西班牙等在大規(guī)模光熱電站運(yùn)維方面的經(jīng)驗，開展商業(yè)化運(yùn)作，集中力量提高開發(fā)設(shè)計、施工運(yùn)維等方面的能力。目前，以國際研發(fā)熱門技術(shù)而言，主要集中于控制系統(tǒng)、涂層、輻射吸收材料、聚光鏡、熱循環(huán)等方面，關(guān)鍵設(shè)備檢測實驗室的建設(shè)，對集熱管熱學(xué)測試、聚光鏡光學(xué)性能測試等將有利于適應(yīng)科研及市場需求。

2.2 制定多期規(guī)劃，加強(qiáng)對新能源電力的利用

隨著光熱發(fā)電裝機(jī)容量的增加，電能存儲，特別是大規(guī)模存儲問題尚未解決，僅靠光熱電站單一設(shè)備很難做到完全存儲大量的電能，因此，電力部門做好發(fā)電預(yù)測工作，考慮變化趨勢，制定切實可行的光熱發(fā)電近、中、遠(yuǎn)期規(guī)劃，十分重要。一方面要確保電能質(zhì)量，另一方面也要注意減少包括光熱發(fā)電在內(nèi)的各類新能源發(fā)電的浪費。在光熱電站選址方面，西北部地區(qū)日照足，人口密度小，聚光鏡產(chǎn)生的光照散射對建筑、環(huán)境影響較低。但風(fēng)沙的侵蝕可能會對聚光鏡面和控制設(shè)備造成一定的影響，在這些地區(qū)建設(shè)光熱電站時，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素，提供專門的防風(fēng)沙保護(hù)措施，提高電站使用壽命。

2.3 加大對專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，提高人才儲備

在高校或者技術(shù)型院校開設(shè)專業(yè)課程，多參與國際光熱技術(shù)研究，隨時跟蹤掌握最新理論知識，并加強(qiáng)理論結(jié)合實際的業(yè)務(wù)工作。政府應(yīng)該從人才的培養(yǎng)上，從課題的承接上，從國家課題的評審工作上，從高校、科研機(jī)構(gòu)中做大文章，從而真正實現(xiàn)“藍(lán)天工程”。

3 國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景展望

根據(jù)國家能源局《太陽能利用“十三五”發(fā)展規(guī)劃（征求意見稿）》，“十三五”光熱裝機(jī)規(guī)模到2020年完成10GW。按當(dāng)前光熱電站建設(shè)每瓦30元的造價水平，短期1吉瓦示范項目對應(yīng)300億元投資市場規(guī)模，而到2020年的10 GW目標(biāo)對應(yīng)的總市場容量接近3000億元，考慮造價成本的降低因素，空間也可超千億元，我國光熱發(fā)電已經(jīng)開啟新的歷史轉(zhuǎn)折。

預(yù)計2018年全球光熱市場將會維持回升態(tài)勢。確信在我國政府和企業(yè)的共同努力下，太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)必將在我國能源利用中發(fā)揮越來越重要的作用，未來發(fā)展前景廣闊。

4 立項光熱發(fā)電項目，推進(jìn)供熱聯(lián)動

光熱的熱電聯(lián)產(chǎn)對太陽能的利用效率高，也可以作為平穩(wěn)的基礎(chǔ)能源。以煙臺化學(xué)工業(yè)園為例，當(dāng)前主要熱源為萬華氯堿熱電，2017年，園區(qū)內(nèi)企業(yè)用工業(yè)蒸汽570萬噸，預(yù)計2021年園區(qū)的工業(yè)蒸汽需求量將達(dá)到2200萬噸/年，萬華乙烯項目投產(chǎn)后，基本可以滿負(fù)荷使用，因而對工業(yè)蒸汽的需求進(jìn)一步提高。在太陽能光熱發(fā)電中，發(fā)電連續(xù)性主要是靠提高儲熱效能，目前蓄熱介質(zhì)有蒸汽、導(dǎo)熱油和熔融鹽等，而蒸汽正可以替代天然氣滿足不少工業(yè)企業(yè)需求，并以其相對較低的價格擁有更大優(yōu)勢。

太陽能光熱發(fā)電能夠和現(xiàn)有電網(wǎng)很好地配套、擁有較高光電轉(zhuǎn)化率、可連續(xù)穩(wěn)定和調(diào)峰發(fā)電的能力、發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)過程中相對綠色環(huán)保等有利優(yōu)勢。太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)以其廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Γ貙⒊蔀槲磥硇履茉串a(chǎn)業(yè)應(yīng)用的重點，并將在未來低碳革命中扮演越來越重要的角色。