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光热发电行业观察|光热:我就是我,不一样的Power

2019.12.31 来自:综合开发研究院

引言:


自2016年启动首批光热发电示范项目以来,短短3年时间我国光热发电行业便取得了丰硕的成果,圆满达成了预期示范效果。


2019年对于光热发电行业而言更是收获的一年。截止到年底,中广核德令哈50MW槽式光热发电项目并网1年半(2018年6月30日并网),首航节能敦煌100MW塔式光热发电项目(2018年12月28日并网)和中控德令哈50MW塔式光热发电项目(2018年12月30日并网)也已经并网满1年。2019年9月19日,中电建共和50MW塔式光热发电项目、鲁能海西格尔木多能互补示范工程50MW塔式光热发电项目并网;12月29日中电工程哈密50MW塔式光热发电项目并网;11月6日,兰州大成敦煌熔盐菲涅尔50MW光热发电项目倒送电一次成功,并已开始化盐工作;12月29日,中核龙腾乌拉特100MW槽式光热发电项目送电一次成功。


光热发电产业的发展对于我国能源供给侧结构性改革具有重要意义,是推动能源改革和能源转型的重要抓手。但是,作为一个新兴行业,光热发电还不为大众所熟悉,且常常被误认为光伏发电。近期,银湖新能源战略研究中心将陆续发表系列文章,介绍光热发电产业及其发展的成就与面临的挑战。




太阳能取之不竭、用之不尽,是目前地球上可开发的、规模最大的清洁能源。太阳能主要有光热和光伏两种利用形式。尽管光热与光伏从发电原理、技术路线、产业链到实际减排效果都截然不同。但是,人们还不熟悉光热这一新兴太阳能利用技术,常常将其与光伏混为一谈。



由于被误解太深,光热是时候喊出自己的口号了:我就是我,不一样的Power!



发电原理不一样——“光—热”VS.“光—电”


光热发电的实质是“光—热—功”转化,光伏的发电的实质是“光—电”转化,两者发电的原理截然不同。


图1 光热与光伏发电原理对比图

注:光热发电聚光用的是定日镜,光伏发电用的是太阳能电池组件。


光热发电的实质是“光—热—功”转化。光热发电站由集热系统、储热系统和发电系统构成。光热发电是利用大规模定日镜组成的集热系统收集太阳能加热介质,高温介质与水进行热交换产生高温高压蒸汽,推动汽轮机等常规设备进行热功转化驱动发电机发电。


光伏发电的实质是“光—电”转化。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的技术。光伏发电的关键元件是太阳能电池,太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器、逆变器等部件就形成了光伏发电装置。

稳定性不一样——能否驾驭这只“鸭子”


光热发电配备储能,具有良好的稳定性,完美地解决了光伏发电不稳定的问题,并且与光伏等电源组合能够有效地促进消纳。


光伏发电受太阳能自然属性和储电装备技术滞后的双重影响,具有随机性、波动性等特点。光伏发电在中午达到高峰,傍晚随着太阳落山而停止发电,但是晚上的电力需求却急剧上升。光伏发电的大量应用会导致电网内其他发电方式(以火电为主)的供电量曲线急剧波动,该曲线由于形似鸭子而被称为“鸭子曲线”。光伏发电的不稳定性对电网供电电压、供电质量、继电保护及电网调节能力造成较大冲击。因此,光伏发电尚无法大规模接入电力系统,造成了严重的“弃光”问题。

图2  “鸭子曲线”


光热发电是稳定的电网友好型电源。光热发电配置储热系统,能够将一部分太阳能转化成热能储存起来,在夜间或者白天阳光被云层遮挡的时候可以用储热系统中的热能发电,保持稳定的电力输出。因此,采用成熟的储热技术后光热发电可以实现全天24小时稳定持续供电。


图3 光热发电出力图


光热发电站还可以根据电网用电负荷的需求,快速调整汽轮发电机组出力。光热发电站15分钟左右便可实现20-110%发电负荷的快速变化,调节性能优于燃煤发电,可参与电网一次调频和二次调频。将光热发电作为调峰电源,与光伏发电形成互补,能够驾驭“鸭子”曲线,有效解决“弃光”问题。


发电量不一样——光热≈光伏的2.5倍


光热发电机组配置储能系统能够实现稳定供电,因此光热发电的出力远远超过光伏发电。


光伏发电的应用时长为每年1200-1500小时,而光热发电的应用时长可以达到每年3000-4000小时。据调查,5万千瓦容量的光伏电站即使在光照条件较好的西北地区,其年发电量也仅为7000万度;而同容量的光热电站年发电量可达到约2亿度。也就是说,相同容量的光热发电机组的年发电量约是光伏发电的2.5倍。

光热发电不需要电力系统额外配套储能电站。但是,光伏要成为电网中可靠的电源,满足晚高峰的电力需求,至少需要配置6小时的电池储能电站。根据电力规划设计总院的研究,要达到100MW光热发电机组的年发电量,需要250MW光伏发电站配置100MW电池储能电站;在年发电量相同的情况下,光伏发电+电池储能电站的上网电价是光热上网电价的1.18倍。

图4 同等发电量光热发电与光伏发电+储能电站对比

资料来源:电力规划设计总院原副院长孙锐在2019第六届中国国际光热大会上的发言《建设光热发电基地有利于实现高比例新能源电力外送》

产业链不一样——新兴技术与传统产业的完美结合


光热和光伏发电的原理不同,两者的产业链也截然不同。光热发电产业与传统火电的产业链高度相关,而光伏发电产业则与硅料的应用开发为核心。


虽然光热发电是新兴发电技术,但是整个发电系统所需的技术与火电站非常接近。光热发电分为太阳岛、储热岛、常规岛三部分。其中,常规岛与燃煤火电厂技术路线基本相同,光热电站创新设计基本集中在太阳岛部分,对总体技术路线并无改变,不会带来系统技术的风险。两者之间的核心区别就是将储煤厂和传送带变成了集热厂,其它的汽轮机、冷却系统、热交换器等,都与火电一致。光热发电产业链大多环节属于传统制造业,如钢铁、玻璃、水泥、矿料、化工、电力设备制造等行业。

图5 光伏发电产业链


太阳能光伏产业链包括上游的晶体硅原料和硅棒、硅锭、硅片,中游的光伏电池、光伏组件,下游的光伏应用系统等环节。


图6 光伏发电产业链


碳排放不一样——光热≈光伏的1/10



由于产业链不同,光热发电和光伏发电对环境的污染程度也不尽相同。


光伏发电产业链的上游是硅料加工,而硅料生产仍然是高耗能环节,并存在一定的污染隐患。此外,为了弥补上网的波动性,目前光伏发电多采用火电调峰。1GW的光伏需要配套5-6GW的火电调峰,也在一定程度上抵消了其减排效果。


图7 各类发电站全寿命周期碳排量对比

数据来源:德国环境自然资源和核能部,德国环境合作及发展报告


光热发电过程基本采用物理手段进行光电能量转换,几乎没有污染。光热发电站所有的组件、原材料均是安全、无污染的,整个光热发电产业链基本不存在高耗能、高污染等问题,是真正绿色清洁环保的可再生能源。就二氧化碳排放而言,光热发电站全生命周期每千瓦时二氧化碳排放量仅为12克,远远低于煤电的900克,低于光伏的110克(如图7所示)。


原来你是这样的光热!


不比不知道,原来光热与光伏不仅有着本质的区别,而且性能远远优于光伏。更加稳定、高效、绿色,原来你是这样的光热! 



不过,光热发电还处于试点示范阶段,不像光伏已经形成规模化发展的格局,进入平价上网阶段。如果把光热和光伏比作两兄弟,显然光伏是进入壮年的大哥,光热还是处于成长期的小弟。但是,光热的优越特质决定了其对我国电力结构调整有百利而无一害,发展光热发电不仅是我国推进能源革命和能源转型的重要战略选择,也是推动供给侧改革和经济高质量发展的重要抓手。





相关线下活动:


第十届光热发电中国聚焦大会2020(3月25-26日,北京)

第五届光热发电中东北非大会2020(6月23-24日,阿联酋迪拜)


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