CSPPLAZA光熱發電網報道:“通(tong)過不斷提升效率和標準化(hua)大(da)規模(mo)復(fu)制建設,光(guang)(guang)熱電(dian)(dian)站度電(dian)(dian)成本下降(jiang)空間(jian)大(da),預計幾年后(hou)達到目前光(guang)(guang)伏和天然(ran)氣(qi)平(ping)均電(dian)(dian)價水平(ping)。”10月12日,2018第三(san)屆?德令哈光(guang)(guang)熱大(da)會上,浙江中控(kong)太陽能技術有限公(gong)司董事長(chang)金建祥作題(ti)為《有關光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)若干問題(ti)的思考(kao)》主題(ti)演講(jiang)時如是表(biao)示。
演講(jiang)中,金(jin)建祥(xiang)介(jie)紹了中控德令哈10MW光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站(zhan)運行情(qing)況(kuang)及中控德令哈50MW光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)示范項目建設進展情(qing)況(kuang),提出光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站(zhan)由于儲能特(te)性帶來一些“新概(gai)念”,指(zhi)出光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站(zhan)環境因素(su)需(xu)重點關注DNI、風速和多云頻率,并對光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)成本(ben)下降(jiang)四個(ge)階段及實現條件(jian)進行解析。
圖:金建祥作主(zhu)題(ti)演講
以下為(wei)金建祥演講的主要內容:
一、光熱發電帶來的“新概念”
1、光熱區別于傳統火電或新能源的“新概念”
通過(guo)火電/光(guang)伏/風電與儲能光(guang)熱(re)對比可以看(kan)出:
(1)光熱電(dian)站的(de)發(fa)電(dian)量(liang)、投(tou)資除了與(yu)裝機容量(liang)有(you)關(guan),也與(yu)儲能時長(chang)正相關(guan);
(2)設計上,儲能時(shi)長增(zeng)加以(yi)及裝機(ji)容量(liang)增(zeng)加,都須相應(ying)增(zeng)加鏡場規模(mo);
(3)鏡場聚光(guang)面積更能反應光(guang)熱電站(zhan)的規模、難度(du),對度(du)電成(cheng)本影響最直(zhi)接(jie)。
因(yin)此(ci)鏡(jing)場規(gui)模更能準確反(fan)映(ying)光熱項(xiang)目(mu)難度、經濟(ji)性和(he)規(gui)模,而不是傳統意(yi)義上(shang)的汽(qi)輪機容量。
2、影響光熱電站性能的主要自然環境因素
一般認(ren)為(wei)影(ying)響(xiang)(xiang)光熱電站性能的(de)(de)主要自然環(huan)境因素(su)主要有光資源(DNI)、風速、多云頻率(同樣年DNI值(zhi)條件)和環(huan)境溫度。那么這些(xie)因素(su)是(shi)如何影(ying)響(xiang)(xiang)光熱電站的(de)(de)呢?到底影(ying)響(xiang)(xiang)量有多大呢?金建祥以問題的(de)(de)方式(shi)作了全面分(fen)析:
問題一、DNI下降100kWh/㎡a,度電成本將增加4.5%嗎?
答:(1)對(dui)于(yu)已建成電站,在DNI為2000左右(you)時(shi),DNI比原設計值低100(低5%),度電成本將(jiang)增(zeng)加4.5%;
(2)實際上(shang)經(jing)過設計優化(hua)后,DNI低(di)5%的地(di)區,在原方案基礎上(shang)增加(jia)(jia)5%鏡場(chang)面(mian)積即(ji)可(ke),總成(cheng)(cheng)本(ben)僅(jin)增加(jia)(jia)2.5%,度(du)電成(cheng)(cheng)本(ben)僅(jin)增加(jia)(jia)約(yue)2.25%,而不(bu)是4.5%;
(3)定日鏡鏡面反射率的高低對經濟(ji)性的影響也(ye)是(shi)類(lei)似(si)結論。
問題二、風速對塔式光熱電站效率與成本影響如何?
答:(1)大風(feng)增加吸熱(re)器對流散熱(re),降低吸熱(re)器效率(lv);風(feng)速每(mei)增加3米,效率(lv)下降約(yue)2.1%。
(2)大風增加定(ding)日鏡搖晃(huang),跟(gen)蹤精度降低,導(dao)致(zhi)截斷效(xiao)率(lv)(lv)下(xia)(xia)降;風速6m/s以下(xia)(xia)影響(xiang)不(bu)大,12m/s時截斷效(xiao)率(lv)(lv)下(xia)(xia)降4.5%,15m/s時截斷效(xiao)率(lv)(lv)下(xia)(xia)降13.3%。
(3)其他影響:
超出工作風速,大風導致定日鏡進入保護狀態,增加棄光率;
或者,為了降低(di)大風導(dao)致的棄(qi)風率,需(xu)增加定日(ri)鏡用鋼(gang)量(liang)和驅動的扭矩和剛性(xing),導(dao)致增加成本;
所以,風速過大對效率(lv)和成本(ben)影響較大,不(bu)容忽視。
問題三、多云頻率對塔式熔鹽電站效率和吸熱器壽命的影響?
答:
(1)多(duo)云頻繁,吸熱器(qi)(qi)啟停頻繁,吸熱器(qi)(qi)預熱棄(qi)(qi)光(guang)和(he)間隙(xi)棄(qi)(qi)光(guang)增多(duo);如(ru)下圖,多(duo)云天棄(qi)(qi)光(guang)率(lv)高達28%,而(er)大(da)晴天棄(qi)(qi)光(guang)率(lv)僅為3%;
(2)多(duo)云天氣發電量估(gu)算準(zhun)確(que)性(xing)下降;
(3)多(duo)云天氣工況復雜,運行策略難以標(biao)準化,操作(zuo)失誤增多(duo);
(4)多云導(dao)致DNI變(bian)化(hua)快,導(dao)致吸(xi)熱(re)器(qi)受光面溫度劇(ju)烈變(bian)化(hua),對吸(xi)熱(re)器(qi)壽命有影響,易(yi)增加設(she)備故(gu)障率。
所以,多云天氣是影響壽命、棄光(guang)率(lv)和發電量達成率(lv)的重要因素(su)。
問題四、環境溫度對塔式熔鹽電站效率的影響?
答:(1)環(huan)境溫(wen)度降(jiang)低20℃,吸熱器效率(lv)下降(jiang)0.3%;溫(wen)度升高20℃,效率(lv)升高0.06%。
(2)環境溫(wen)度(du)從13.5℃升高(gao)至26.5℃,汽(qi)輪機(ji)效率降低3%。
其他影響:
環(huan)境溫度(du)降低會(hui)增(zeng)加管(guan)道散熱,但塔式(shi)(shi)電站管(guan)道很短(duan),管(guan)道散熱對塔式(shi)(shi)電站的效率影響很小,遠小于槽(cao)式(shi)(shi);
環境溫度降低20℃,對于低溫鹽罐散熱量增加約7%,對于高溫鹽罐散熱量增加3.5%,而高低溫鹽罐總的日散熱量僅為總儲能量的1%,因此僅增加總散熱量0.05%,可以忽略不計。
總(zong)之,環境溫度降低,對(dui)吸熱(re)器(qi)、管道散熱(re)、儲能鹽罐散熱(re)均有(you)(you)負面影響(xiang),但(dan)影響(xiang)很小(xiao),相反有(you)(you)利于汽輪(lun)機(ji)效率提升,且提升較明顯;但(dan)環境溫度最高(gao)溫度在0℃以下時,由(you)于不能使用水清洗鏡(jing)面,會影響(xiang)鏡(jing)面清潔度,對(dui)效率有(you)(you)一定(ding)影響(xiang)。
二、光熱發電成本下降思考
1、光伏(fu)電(dian)(dian)站的電(dian)(dian)價下(xia)降對于光熱發電(dian)(dian)成本(ben)下(xia)降具有借鑒意(yi)義
據統計:2011年至今(jin)7年時間光(guang)伏電價(jia)下降0.4元-0.6元/kWh,降幅約50%;7年時間光(guang)伏累計裝機(ji)量擴大(da)了近40倍,很(hen)明顯裝機(ji)規模(mo)擴大(da)對于(yu)電價(jia)下降貢獻很(hen)大(da)。
2、光熱電(dian)站成本(ben)下(xia)降的思考
據國家能源局最(zui)新(xin)(xin)統計,2017年全國光伏平均上網電(dian)(dian)價(jia):0.94元(yuan)/kWh,同比增0.18%,這(zhe)說明2017年全國新(xin)(xin)并網的光伏電(dian)(dian)價(jia)高于0.94元(yuan)/kWh,這(zhe)個價(jia)格(ge)很讓人(ren)意外(wai),大(da)家一直以為光伏上網電(dian)(dian)價(jia)很低,其實不低,這(zhe)主要得(de)益于東部(bu)地(di)區地(di)方政府的額外(wai)補貼(tie)。
從(cong)公(gong)開(kai)數據中(zhong)知道,天然氣綜合上網電(dian)價(jia)約(yue)0.83元/kWh(電(dian)量電(dian)價(jia)0.67元+容量電(dian)價(jia)約(yue)0.16元),煤電(dian)調峰電(dian)價(jia)大于0.85元/kWh,個(ge)別(bie)省份高達(da)1.00元/kWh。
相比光伏,光熱(re)產(chan)業(ye)標準化和規模化空(kong)間(jian)大(da),但(dan)難度也(ye)大(da)。
光伏(fu):電(dian)子(zi)部(bu)件(jian)占比高,標(biao)準化程(cheng)度高;
光熱(re)(re)(re):機械(xie)部(bu)件占比高,大(da)量(liang)設備需(xu)要定制;光熱(re)(re)(re)的標準化不(bu)(bu)僅有利(li)于降(jiang)低裝備造價(jia),還可(ke)縮短設計(ji)和建設工(gong)期,光熱(re)(re)(re)電站中的降(jiang)價(jia)空間(jian)不(bu)(bu)大(da)的玻璃、鋼材、熔鹽和水泥(ni)等材料占總(zong)投資(zi)不(bu)(bu)到18%,其余均可(ke)通過(guo)規模化實現(xian)降(jiang)價(jia)。
光熱(re)發電成(cheng)本下降可(ke)能的四個(ge)階段:
3、光熱電站成本下降四個階段的實現條件
◆第一階段,2-3年后,0.95元/kWh:每年新裝(zhuang)3-5GW,補(bu)貼不拖欠,不棄光。
首批(pi)示范項目技術路(lu)線和裝備得到驗證,成熟可靠,故障率(lv)低。
“十三五”光熱發電余下的4GW建成,并進一步優化,完成可大批量復制的標準化解決方案。
發電量(liang)達成率達到(dao)95%。造價控制較好,比可研設計概算(suan)低10%。
此時已經達到目(mu)前全(quan)國平(ping)均(jun)光伏上網電(dian)價(jia)水平(ping),可以取代部(bu)分煤電(dian)調峰電(dian)源。
◆第二階(jie)段,5-6年后,0.8元(yuan)/kWh:每年新裝5-10GW,補貼不(bu)拖(tuo)欠,不(bu)棄光。
單一(yi)供應商年裝機規模達1GW,標準化推動批量(liang)復(fu)制,造(zao)價下降(jiang)12%。
標準化程度大(da)幅提升,設計(ji)、建(jian)設周(zhou)期明顯(xian)縮短。
技(ji)術(shu)進步,光電效率(lv)提升6%以(yi)上,發電量(liang)達(da)成率(lv)達(da)到98%以(yi)上。
可(ke)實現(xian)的目標是:光(guang)熱發電如果作為(wei)調峰電源,此時已(yi)經具(ju)備平(ping)價上網條件,完全可(ke)取代天然氣調峰電源和煤電調峰電源。
◆第三階(jie)段,7-9年(nian)后(hou),0.65元(yuan)/kWh:每年(nian)新裝10GW以上,補貼不拖欠,不棄光。
現(xian)有技術不斷進(jin)步,光電效率(lv)(lv)再(zai)提升6%,發電量達成(cheng)率(lv)(lv)達到100%。
土(tu)地成本、融資成本有所下(xia)降和稅(shui)收有一定(ding)優惠。
單一供(gong)應商年(nian)裝機量2GW以上(shang),規模化復制,造價再下降12%。
◆第四階(jie)段,10年(nian)后,0.35-0.45元/kWh。
前沿新技術全面(mian)應(ying)用:如(ru)粒子(zi)吸熱器、超臨界二(er)氧化(hua)碳循環發電、PETE等(deng)。
技術突破(po)帶(dai)來發電效率再提高50%-80%。
國內(nei)規模擴大,全(quan)球化產業成熟,造價下降10%。碳(tan)排放(fang)交易(yi)收益,增值(zhi)稅、土地、貸款利率等優(you)惠政策全(quan)面實施(shi)。
此(ci)時(shi),平(ping)價上網取(qu)代(dai)部分火電,成為基荷電源和調(diao)峰電源。
4、稅費、土地費用及金融成本對度電成本的影響
以(yi)1元/kWh的光熱度電(dian)成本為(wei)例:
增(zeng)值(zhi)稅減半(8%),度電成本:0.94元/kW,下降(jiang)6分(fen)
土地(di)費用(yong)構成(德令哈為例):100MW,牧(mu)民補償款(kuan)、牧(mu)民養老金、草原恢復費、耕地(di)占(zhan)用(yong)稅、土地(di)使用(yong)稅(按年繳),一次性總計11750元/畝
若土(tu)地費(fei)用為0,度電成本(ben):0.946元,下(xia)降(jiang)約5.4分(光(guang)伏領(ling)跑者(zhe)土(tu)地稅(shui)費(fei)為1分/kWh)
貸款利(li)息(xi)下(xia)降(jiang)1個百分點(3.9%),度電成本0.95元(yuan),下(xia)降(jiang)5分
以上三項合(he)計:下降15.4分。國家和地(di)方(fang)政(zheng)府政(zheng)策對電價(jia)影響(xiang)巨大。
三、光熱發電的未來定位思考
現(xian)階(jie)段:如果(guo)白天與光伏和風電(dian)(dian)(dian)(dian)一(yi)樣(yang)盡可能(neng)(neng)多發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian),因此白天光熱只是一(yi)種電(dian)(dian)(dian)(dian)量補(bu)充電(dian)(dian)(dian)(dian)源;當(dang)然利(li)用儲(chu)能(neng)(neng)晚高峰繼續發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian),則(ze)有別于光伏成為電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)補(bu)充。
下階段:應該成(cheng)為清潔的(de)調(diao)峰電(dian)源,與(yu)光伏、風電(dian)混合發電(dian),取代部分火電(dian)和天然(ran)氣(qi)調(diao)峰電(dian)源,按照調(diao)峰電(dian)價(jia)平價(jia)上網。
未來:逐步(bu)替代煤電,成為(wei)清(qing)潔的基荷電源和調峰電源。
5、光熱電站作為調峰電站的可行性
(1)適應(ying)于調峰(feng)需(xu)求的運(yun)行(xing)模(mo)式:
白天中午前后(hou)2-6小(xiao)時低負荷(he)運行或停機,為光伏讓路,以便讓光伏滿發。
或者,用電高峰過后的夜(ye)間低負荷(he)運行或停(ting)機,為(wei)火(huo)電讓(rang)路(lu),以增加(jia)火(huo)電發電小時數。
或者,配合光伏和風力(li)發電(dian),使之成為一種穩定的清潔電(dian)源。
(2)技(ji)術(shu)上:利用光熱電(dian)站(zhan)大容(rong)量、低成(cheng)本儲(chu)熱,出力容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)穩定可調(diao)。已經得到實(shi)踐驗證,光熱電(dian)站(zhan)只需要花15分鐘(zhong)左右時(shi)間(jian),可實(shi)現(xian)20%-100%發(fa)電(dian)負荷(he)的快速(su)變(bian)化(hua),其(qi)調(diao)峰(feng)的深度和速(su)度遠優于煤電(dian)。在調(diao)峰(feng)期間(jian)汽輪機(ji)低負荷(he)運行僅對效率有(you)一點影響(xiang),另(ling)外在4個小(xiao)時(shi)內(nei)有(you)序停機(ji)后再快速(su)啟動,也(ye)不存在技(ji)術(shu)障礙,因此在技(ji)術(shu)上可以完全滿足(zu)適應于調(diao)峰(feng)需求的運行模式。
(3)經濟性:為了(le)適應于調峰需求,系統設計需調整(zheng):
在現有方案基礎(chu)上,可以通過(guo)適當增加儲能時長,或(huo)增加汽輪機額定功率,或(huo)兩者并用,可以實現滿足調峰需求的情(qing)況(kuang),照樣有比較好的經濟性(xing)。
6、光熱電站作為調峰電站的經濟性:按照中午前后4小時不發電測算
由上表可以看出:
(1)因調峰需求導致(zhi)棄(qi)光或鏡場面積減少,度電成本明顯上升,會較多影響經(jing)濟(ji)性;
(2)通過延長儲能時長或提升汽輪機額定功(gong)率,對度(du)電(dian)成(cheng)本影(ying)響很小(xiao),因此作為調峰電(dian)源,在經濟性上并沒(mei)有大的障(zhang)礙。
7、光熱電站成為清潔基荷電源的展望
在火電(dian)(dian)發電(dian)(dian)量(liang)占比(bi)逐(zhu)年下(xia)降,而光(guang)伏、風電(dian)(dian)發電(dian)(dian)量(liang)占比(bi)逐(zhu)年上(shang)(shang)升的(de)趨勢(shi)(shi)無(wu)法改(gai)(gai)變(bian);國內電(dian)(dian)力(li)總需求保持(chi)5%(國際上(shang)(shang)3%)左右持(chi)續上(shang)(shang)漲趨勢(shi)(shi)沒有改(gai)(gai)變(bian)的(de)前提(ti)下(xia),二、三十年后繼續由火電(dian)(dian)作為基荷電(dian)(dian)源已經無(wu)法滿足需求,那么(me)由光(guang)熱電(dian)(dian)站(zhan)擔(dan)任清潔的(de)基荷電(dian)(dian)源就是一個(ge)好的(de)選擇(ze)。
所以,光(guang)熱電(dian)(dian)站(zhan)應(ying)定位于(yu)調峰電(dian)(dian)源(yuan)和(he)基(ji)荷電(dian)(dian)源(yuan),有利于(yu)發揮光(guang)熱電(dian)(dian)站(zhan)的(de)比較優勢,我們應(ying)該對光(guang)熱發電(dian)(dian)的(de)未來充滿希(xi)望。