太陽能光熱發(fā)電原理及種類
太陽能光熱發(fā)電通常叫做聚光式太陽能發(fā)電,與傳統(tǒng)發(fā)電站不一樣的是,它是通過聚集太陽輻射獲得熱能,將熱能轉(zhuǎn)化成高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)來發(fā)電。從熱力學(xué)原理上講,太陽能光熱發(fā)電站與常規(guī)熱力發(fā)電廠完全一樣。太陽能光熱發(fā)電按照聚集熱量方式的不同,主要分為槽式、塔式和碟式三種技術(shù)路線。
1)槽式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行最多,且技術(shù)最成熟的太陽能光熱發(fā)電站系統(tǒng)。槽式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是采用“線聚焦”原理,利用大面積槽式拋物面形式的反射鏡將太陽光聚焦反射到集熱管上,并將集熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)加熱至高溫,利用其熱量加熱水產(chǎn)生蒸汽,推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。
2)塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是采用的“點(diǎn)聚焦”原理,是通過成千上萬個(gè)定日鏡,將太陽光反射到位于高塔頂部的太陽爐表面,太陽爐上設(shè)有公共吸熱器,由于太陽光被無數(shù)個(gè)鏡片反射聚焦到吸熱器一個(gè)“點(diǎn)”上,所以在其表面可形成高達(dá)2000℃左右的高溫,可將其內(nèi)部的傳熱介質(zhì)加熱至高溫蒸汽,從而利用高溫蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式太陽能光熱發(fā)電站的蒸汽運(yùn)行溫度約500℃左右,熱效率在15%以上。
3)碟式又稱盤式,其主要技術(shù)特征是采用盤狀拋物面聚光集熱器,它也是一種點(diǎn)聚焦集熱器,其聚光比可以高達(dá)數(shù)百倍到數(shù)千倍,因而可以產(chǎn)生非常高的溫度。在其接收器上安裝熱電轉(zhuǎn)換裝置,比如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或朗肯循環(huán)熱機(jī)等,從而將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能??梢詥闻_(tái)使用或多臺(tái)并聯(lián)使用,適宜小規(guī)模發(fā)電,所以比較適合偏遠(yuǎn)山區(qū)、遠(yuǎn)離電網(wǎng)地區(qū),進(jìn)行分布式離網(wǎng)供電。
光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
新興市場拉動(dòng)全球光熱市場回暖。2012年至2016年全球光熱裝機(jī)量復(fù)合增速為23.3%。自2014年起全球光熱裝機(jī)量受西班牙市場影響增長放緩,隨后全球光熱市場增長點(diǎn)逐漸從西班牙和美國市場轉(zhuǎn)向摩洛哥、南非及中國等新興市場。2017年,全球光熱發(fā)電裝機(jī)規(guī)?;厣?,預(yù)計(jì)新增裝機(jī)量可達(dá)900MW。隨著上述新興市場項(xiàng)目于近年落地,預(yù)計(jì)2018年全球光熱市場將會(huì)維持回升態(tài)勢。
我國光熱首批示范項(xiàng)目1.35GW中部分項(xiàng)目預(yù)計(jì)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(xiàng)目推進(jìn)速度略緩慢于預(yù)期,其遇到的困難主要為項(xiàng)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。對(duì)屆時(shí)不能按時(shí)建成投產(chǎn)的項(xiàng)目,能源局將研究建立相應(yīng)的價(jià)格聯(lián)動(dòng)機(jī)制。隨著第一批示范項(xiàng)目陸續(xù)開工,第二批示范項(xiàng)目預(yù)計(jì)將超過2GW,并有望在2018年上半年推出。
能源局于2017年8月31日下發(fā)了關(guān)于征求對(duì)《關(guān)于減輕可再生能源領(lǐng)域涉企稅費(fèi)負(fù)擔(dān)的通知》意見的函?!锻ㄖ窂?qiáng)調(diào),對(duì)納稅人銷售自產(chǎn)的利用太陽能生產(chǎn)的電力產(chǎn)品,實(shí)行增值稅即征即退50%的政策,從2018年12月31日延長到2020年12月31日;鼓勵(lì)銀行等金融機(jī)構(gòu)降低貸款利率,對(duì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)信貸等級(jí)的可再生能源項(xiàng)目投資企業(yè),鼓勵(lì)按基準(zhǔn)利率下浮10%左右的利率予以支持,并可對(duì)可再生能源發(fā)電項(xiàng)目適當(dāng)延長貸款期限并給予還貸靈活性;各地方政府一律不得向可再生能源投資企業(yè)收取沒有法律依據(jù)的資源出讓費(fèi)等費(fèi)用,已經(jīng)向風(fēng)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電等可再生能源開發(fā)投資項(xiàng)目收取資源出讓費(fèi)(或有償配置項(xiàng)目)的地方政府,應(yīng)在通知發(fā)布一年內(nèi)完成清退。目前光熱發(fā)電項(xiàng)目電價(jià)構(gòu)成中,融資成本的比重在20%以上,因此若未來推行低息貸款等政策,將有效降低成本、推動(dòng)項(xiàng)目發(fā)展。
我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)存在的問題
(一)發(fā)展后勁大,但是升級(jí)緩慢
我國的光熱發(fā)電發(fā)展已經(jīng)擁有了一定的成就,但是在這些成就之下,我們也要清楚地認(rèn)識(shí)到產(chǎn)業(yè)發(fā)展所存在的問題。由于能源的枯竭,風(fēng)力,水力發(fā)電等這些發(fā)電產(chǎn)業(yè)也遇到發(fā)展瓶頸,太陽能作為近幾年開發(fā)的最清潔的綠色能源之一,具有很大的發(fā)展前景。再加之國家的重視,國家勵(lì)志將光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)推向國際,有國家政策的扶持和幫助,有利于提供光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)人才以及及時(shí)的進(jìn)行與各國之間光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的交流,太陽能作為一種新起用的能源,各方的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)有利于在太陽能光熱發(fā)電此后的發(fā)展中,減少錯(cuò)誤少走彎路。從上述以及各方的考察可以看出光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很大的后勁,但是,目前所存在的問題是光熱發(fā)電的技術(shù)在發(fā)展,但是技術(shù)沒有突破性的升級(jí)。我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)雖然現(xiàn)在已經(jīng)在國際上首屈一指,但是存在一個(gè)現(xiàn)象,其他國家的光熱發(fā)電領(lǐng)域每隔一定時(shí)間內(nèi)會(huì)有技術(shù)上的突破,提高光熱發(fā)電的質(zhì)量。而我國現(xiàn)今光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)似乎還停留在擴(kuò)大規(guī)模的戰(zhàn)略上。
(二)缺乏大規(guī)模作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)
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。但是我們的技術(shù)還不成熟,依然缺乏經(jīng)驗(yàn),尤其是大規(guī)模設(shè)計(jì)作業(yè)的經(jīng)驗(yàn),這些經(jīng)驗(yàn)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(yàn)的我們更多的還是盤踞于我國西部,其他的項(xiàng)目不足1MW,這樣的“大規(guī)?!本褪侨狈?jīng)驗(yàn)的表現(xiàn)。
(三)對(duì)于過剩產(chǎn)能的應(yīng)用力度小
我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于商業(yè)規(guī)模化的前期階段,還存在諸多的不足。太陽能的利用是一種綠色能源的表現(xiàn),但是考慮到太陽能的特殊性,目前正在設(shè)法高效地使用太陽能,光熱發(fā)電的效率還是比較低,從另一方面來講,在光熱發(fā)電行業(yè)中游產(chǎn)業(yè)的延伸鏈?zhǔn)呛荛L,可以涉及到很多的其它行業(yè),比如,在光熱發(fā)電生產(chǎn)中可以消化水泥、鋼鐵、玻璃、化工等這些產(chǎn)業(yè)的過剩產(chǎn)能,而且同時(shí)還可以帶動(dòng)其他很多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在擁有這樣的發(fā)展可能之下,我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)對(duì)于過剩產(chǎn)能的應(yīng)用太少。
(四)市場還未完全成熟
光熱產(chǎn)能所提供的能量該應(yīng)用以何種領(lǐng)域?光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的市場還不完整,我國境內(nèi)的石油,煤炭等資源正在枯竭,風(fēng)力、火力發(fā)電相對(duì)于比較成熟,成熟的市場是一個(gè)產(chǎn)業(yè)成熟的標(biāo)志。擁有完整的系統(tǒng)和成熟的市場,這是光熱發(fā)電所不具備的條件。我國現(xiàn)今光熱發(fā)電應(yīng)用的地方還比較少,大部分還正處于實(shí)驗(yàn)階段。
(五)相關(guān)人才缺乏
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。
光熱發(fā)電發(fā)展策略分析
1、加強(qiáng)研發(fā)投入,掌握光熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)
積極參與國際交流,學(xué)習(xí)國外尤其是美國、西班牙等國家對(duì)于大規(guī)模光熱電站運(yùn)營維護(hù)的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)嘗試商業(yè)化運(yùn)營,實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電規(guī)?;?,建造中等甚至大規(guī)模光熱電站,探索開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn),為我國未來建設(shè)大規(guī)模光熱電站做好技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)備。從國際研發(fā)熱門技術(shù)來看,控制系統(tǒng)、涂層、輻射吸收材料、聚光鏡、熱循環(huán)等技術(shù)是專利申請(qǐng)數(shù)量較多的研究熱點(diǎn),因此建設(shè)關(guān)鍵設(shè)備檢測實(shí)驗(yàn)室,如集熱管熱學(xué)測試、集熱管光學(xué)性能測試、聚光鏡光學(xué)性能測試、鏡面對(duì)焦精度測試等是目前適應(yīng)科研及市場需求的重要一步。
2、加強(qiáng)光熱電站的規(guī)劃
未來光熱發(fā)電裝機(jī)容量必將逐年增加,電能的大規(guī)模存儲(chǔ)尚未解決,僅僅靠光熱電站單方面的儲(chǔ)能設(shè)備難以將大量的電能完全存儲(chǔ),所以,必須加強(qiáng)科學(xué)統(tǒng)一規(guī)劃。電力部門需要做好發(fā)電預(yù)測工作,考慮負(fù)荷的變化曲線與變化趨勢,制定有實(shí)際可操作性的光熱發(fā)電近期、中期和長期規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)高參數(shù)、大容量、連續(xù)發(fā)電,在保證電能質(zhì)量的同時(shí),減少對(duì)光熱發(fā)電及其他新能源發(fā)電的浪費(fèi)。在光熱電站選址問題上,優(yōu)先考慮年日照小時(shí)數(shù)大于2500h的西北部地區(qū),這些地區(qū)日照充足,而且人口密度較小,地勢以高原盆地為主,聚光鏡產(chǎn)生的光照散射對(duì)建筑、環(huán)境影響不大。但風(fēng)沙的侵蝕可能會(huì)對(duì)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(shí),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。
太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
(一)全球太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景展望
在全球可再生能源蓬勃發(fā)展的當(dāng)下,隨著光伏和風(fēng)電裝機(jī)容量不斷提升、發(fā)電成本不斷下降,以及蓄電池價(jià)格的持續(xù)削減,為了保持光熱發(fā)電競爭力,充分發(fā)揮其儲(chǔ)能和調(diào)峰優(yōu)勢,光熱開發(fā)商們開始日益注重電站的性能改善、標(biāo)準(zhǔn)化以及通過大規(guī)模部署以降低發(fā)電成本。IRENA預(yù)測,至2025年,槽式光熱發(fā)電技術(shù)LCOE將下降至90美元/MWh,塔式光熱發(fā)電技術(shù)的成本將下降至80美元/MWh。IRENA還指出,盡管光熱發(fā)電現(xiàn)在還處于初級(jí)發(fā)展階段,當(dāng)前的發(fā)電成本要比化石能源高,但是隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和相關(guān)組件成本的不斷降低,未來光熱發(fā)電技術(shù)將非常有競爭力,特別是在融資成本較低的情況下。
多方預(yù)測的數(shù)據(jù)盡管存在差異,但基本已向我們展現(xiàn)出太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢。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?,必將成為未來新能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的重點(diǎn),并將在未來低碳革命中扮演越來越重要的角色。
(二)國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景展望
盡管我國太陽能光熱發(fā)電起步相對(duì)較晚,但從目前的形勢來看,隨著太陽能光熱發(fā)電示范項(xiàng)目和標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)重磅出臺(tái),我國光熱發(fā)電已經(jīng)開啟新的歷史轉(zhuǎn)折。
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10吉瓦。按當(dāng)前光熱電站建設(shè)每瓦30元的造價(jià)水平,短期1吉瓦示范項(xiàng)目對(duì)應(yīng)300億元投資市場規(guī)模,而到2020年的10吉瓦目標(biāo)對(duì)應(yīng)的總市場容量接近3000億元,考慮造價(jià)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。
按照國際能源署預(yù)測,中國光熱發(fā)電市場到2030年將達(dá)到29吉瓦裝機(jī),到2040年翻至88吉瓦裝機(jī),到2050年將達(dá)到118吉瓦裝機(jī),成為全球繼美國、中東、印度、非洲之后的第四大市場。以此推算,未來中國光熱市場有望撬動(dòng)一萬億級(jí)資金。
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。
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光熱發(fā)電
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