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儲能優勢推動光熱發電崛起 中國參與或助力成本快速下降
發布者:本網記者Grace | 來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 6531查看 | 2017-02-06 11:01:00    
CSPPLAZA光熱發電網報道:如(ru)(ru)果你持續關注(zhu)能(neng)源領(ling)域(yu)的發(fa)展,那(nei)么你將意識到一(yi)些國家(jia)的電(dian)力市場正(zheng)悄然發(fa)生著(zhu)變(bian)革(ge)。與傳(chuan)統化石燃料相(xiang)比,太陽能(neng)和風能(neng)等可再(zai)生能(neng)源越來越具有競爭(zheng)優勢(shi),近年來許多(duo)國家(jia)的可再(zai)生能(neng)源發(fa)電(dian)量占比都在不斷提升。例如(ru)(ru),2010年德國出臺能(neng)源轉(zhuan)型(Energiewende)政策,稱要在2035年實現(xian)可再生能源用電量占比達55%~60%的目標(biao)。

德(de)國及其它國家的能源(yuan)變革政策有力(li)地(di)促進了可(ke)再生能源(yuan)的研究與發(fa)展(R&D),同時也推動相關企業進一(yi)步發(fa)展風能、太陽能及其它可(ke)再生能源(yuan)技術。

在太陽能(neng)發(fa)電領域(yu),現階段光(guang)伏毫(hao)無疑問處(chu)于支配地位,多年(nian)以來,光(guang)伏市場的(de)激烈競爭和技術不斷創新升級(ji)促使其成本不斷降低,也使一些企業淘(tao)汰出局。目前(qian),作為已有數十年(nian)發(fa)(fa)展歷史的(de)另一種太陽能發(fa)(fa)電技術——光(guang)熱發電也逐(zhu)漸開始嶄露頭角,隨(sui)著技術的(de)不斷(duan)發(fa)(fa)展進步,其獨特的(de)儲(chu)能(neng)優勢可以使(shi)光熱電(dian)(dian)站實現24小時(shi)連續發(fa)(fa)電(dian)(dian),逐步具(ju)備承擔(dan)電(dian)(dian)力基礎(chu)負載的(de)能(neng)力。  

熔鹽塔式技術占比日趨提升

光伏發電利用太陽能電池板將太陽輻射能直接轉換成電能,而光熱發電則由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成蒸氣,再驅動汽輪機發電。目前,商業可用的光熱發電技術路線基本分為四種,根據它們集中太陽輻射方式的不同,可以分為點聚焦集熱系統和線聚(ju)(ju)焦(jiao)集熱系(xi)統。點聚(ju)(ju)焦(jiao)集熱技(ji)術包(bao)(bao)括(kuo)塔式和碟(die)式;線(xian)聚(ju)(ju)焦(jiao)集熱系(xi)統包(bao)(bao)括(kuo)槽式和線(xian)性菲涅(nie)爾式。

據美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)數據庫顯示,目前全球共有130多個光熱電站項目。其中,99個電站已投入運行,18個電站仍處于建設階段。這些電站中,槽式光熱電站占主導地位(88個),而塔式電站(29個)則因其在高溫下的儲能優勢日越來越受(shou)到重視。

據國際可再生能源機構(IRENA)和CSPPLAZA研究中心分別公布的相關數據顯示,截至2016年年底,全球光熱發電裝機已超過5GW(CSPPLAZA統計數據為5017MW)。目前,西班牙國內共有50座光熱電站投入運營,裝機量達2.3GW,而美國投入運營的光熱電站裝機達1.7GW,規劃建設中的光熱電站裝機達1.7GW。此外,中(zhong)國(guo)也計(ji)劃在2018年(nian)之前實現光熱(re)發電裝機1.4GW,到2020年(nian)達5GW的(de)(de)目(mu)標。去(qu)年(nian)9月(yue),中(zhong)國(guo)國(guo)家能源局公(gong)布了(le)20個光熱(re)示范(fan)項(xiang)目(mu)名單,其中(zhong)大多數項(xiang)目(mu)將(jiang)由(you)中(zhong)國(guo)企業設計(ji)和建造,而(er)美國(guo)和澳大利亞等國(guo)的(de)(de)相關企業也將參與到部分項目的建設中來(lai)。

美國知名光熱電站開發商BrightSource的市場部及政務部高級副總裁Joe Desmond表示,根據可參考案例分析,IRENA預計到2030年全球光熱電站總裝機容量至少達到45GW,甚至有望達到110GW,而這樣做可以將全球溫度升幅(fu)控(kong)制在2℃以內。

光熱發電的核心優勢——儲能

另一美國知名光熱電站開發商SolarReserve的首席執行官Kevin Smith認為,光熱電站的主要優勢在于它可以生產出電網友好型的可調度電力。這意味著與傳統的發電廠一樣,光熱電站產生的電力可以很好地滿足連續的用電需求,而這主要得益于光熱電站可以配置高性價比的(de)熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱系統。這(zhe)種儲(chu)(chu)熱技術并非直接蓄電(dian)(dian)(光伏(fu)和風電(dian)(dian)一(yi)般(ban)使(shi)用蓄電(dian)(dian)池來儲(chu)(chu)存電(dian)(dian)力(li)),這(zhe)使(shi)得光熱電(dian)(dian)站生產(chan)的(de)電(dian)(dian)力(li)不僅(jin)可調(diao)度,而且可以實現24小時電(dian)(dian)力(li)調(diao)度,且夜(ye)間不需要補充備(bei)用燃料。

圖:由SolarReserve開發的新月沙丘光熱電站

SolarReserve的塔式光熱發電技術便采用熔鹽進行儲熱,由硝酸鈉和硝酸鉀組成的混合物被作為電站的傳儲熱介質。熔鹽泵將熔融鹽(300℃)泵到高約164米左右的吸熱塔頂端的吸熱器中,而吸熱器用集中的太陽輻射熱量將熔鹽加熱到約565℃。約27215噸的熔融鹽被密封存儲在不(bu)銹鋼(gang)罐中,這(zhe)樣(yang)可以更好地實現儲熱。

圖:塔式光熱電站運行原理

該公司第一個投入商業應用的光熱電站是裝機110MW的新月沙丘項目,該電站已于2015年年底投入運行,并于2016年獲得電力雜志(Power Magazine)年度最佳電站獎。此后,SolarReserve繼續開發多個光熱項目,包括南非裝機100MW塔式光熱電站Redstone,該電站配置了12小時的熔鹽儲熱(re)系統,并(bing)將于2018年投入運(yun)行。

Torresol能源公司率先在塔式光熱電站中采用熔鹽儲熱技術,該公司第一個投入商業運營的光熱電站是位于西班牙的裝機19.9MW的Gemasolar項目,該電站的熔鹽儲熱時長達15小時。

其他公司如Abengoa和BrightSource此后也陸續開始采用熔鹽儲熱技術。例如,Abengoa正在智利Atacama沙漠建設一座裝機110MW的塔式熔鹽光熱電站,該電站儲熱時長達17.5小時。另外,該公司還完成建設全球裝機規模最大的槽式光熱電站之一,位于美國亞利桑那州裝機280MW的(de)Solana光熱(re)電(dian)站,該(gai)電(dian)站配置(zhi)6小時儲(chu)熱(re)系(xi)統,已于2013年10月實(shi)現(xian)商業化運行。

圖:智利Atacama1塔式光熱電站

降低成本勢在必行

盡管光熱發電具有優于光伏和風電的儲能優勢,但目前其成本仍然相對較高,因此降低成本勢在必行。2011年,美國能源部推出SunShot計劃,旨在到2020年實現光熱發電平準化電力成本(LCOE)達$0.06/kwh(無補貼)的目標,而這一數據意味著光熱發電成本將在2010年的基礎上下降70%。

Kevin Smith認為,從已經投入運行的光熱電站汲取經驗來降低成本是一條行之有效的思路。例如,在塔式光熱電站的建設中,整個鏡場投資約占總投資的50%。Kevin Smith表示:“我們已經能夠將定日鏡的成本降低30%至40%,而這得益于定日鏡設計的不斷改進促使定日鏡精度的不斷提高(gao)以及良好的驅動裝(zhuang)置(zhi)和無線技術,所有的努力(li)使其可以更有效地獲取(qu)光資源。我(wo)們(men)一直致力(li)于改進技術,因此我(wo)們(men)在南非建設的Redstone光熱項目成本將(jiang)比(bi)新月沙(sha)丘項目成本低25%。”

Joe Desmond也認同這(zhe)一(yi)思路:“光熱發電的各個環節都取得了一(yi)定的進展,包括儲(chu)熱技術(shu)(shu)以及(ji)吸(xi)熱器(qi)和定日鏡的設計等。”BrightSource公(gong)司的第四代技術(shu)(shu)將應(ying)用于以色(se)列裝機121MW的Ashalim塔式(shi)光熱電站中。該技術(shu)(shu)包括一(yi)種新的定日鏡設計方案——部(bu)件更(geng)少且組裝簡(jian)便,同時能提高定日鏡精度并降低成本(ben)。Joe Desmond表示:“我們最新(xin)的(de)設計尺寸(cun)為4×5.2m,這比Ivanpah項(xiang)目(mu)定日鏡面(mian)(mian)積大25%。此外(wai),無線現場通(tong)信(xin)和控制技術首次應用于光熱發電領(ling)域,這也是一項(xiang)創新(xin)技術。在Ashalim光熱項(xiang)目(mu)中,由50600面(mian)(mian)定日鏡組(zu)成的(de)占地面(mian)(mian)積3.15平(ping)方(fang)公里的光場(chang)中(zhong),每一面定日鏡將與公司的太(tai)陽島集(ji)成(cheng)(cheng)控(kong)制系(xi)統(SFINCS)進(jin)(jin)行無(wu)線(xian)通信(xin)。無(wu)線(xian)系(xi)統的應用使我們(men)在(zai)太(tai)陽島的布線(xian)成(cheng)(cheng)本減(jian)少了(le)85%,這樣既降低了(le)成(cheng)(cheng)本,同(tong)時也加(jia)快了(le)施工(gong)進(jin)(jin)度。”
     

此外,光熱電站目前還普遍采用(yong)空(kong)(kong)冷(leng)技(ji)術來(lai)降低(di)成本。蒸汽(qi)發(fa)生(sheng)器(qi)管(guan)道(dao)(dao)內的(de)過熱蒸汽(qi)必須在(zai)閉環系統(tong)中進行冷(leng)卻并冷(leng)凝回水,空(kong)(kong)冷(leng)技(ji)術使(shi)用(yong)含許多(duo)扇葉的(de)空(kong)(kong)氣(qi)冷(leng)凝器(qi)使(shi)空(kong)(kong)氣(qi)在(zai)管(guan)道(dao)(dao)內循環以實現(xian)冷(leng)卻和冷(leng)凝蒸汽(qi)。相反,水冷(leng)系統(tong)則使(shi)水在(zai)管(guan)道(dao)(dao)中循環,耗水較(jiao)多(duo)。


Joe Desmond表示:“目前(qian),所有進行招標的(de)光熱項目都采用空冷技(ji)術,這(zhe)將比傳統的(de)水(shui)冷技(ji)術減少95%的(de)用水(shui)量。例如,Ivanpah光熱電(dian)站就(jiu)采用空冷技(ji)術,該電(dian)站每(mei)年使用50英(ying)(ying)畝尺(chi)水(shui)(1英(ying)(ying)畝尺(chi)相(xiang)當于1英(ying)(ying)畝地1英(ying)(ying)尺(chi)深(shen)的(de)水(shui)量),這(zhe)相(xiang)當于該電(dian)站旁高爾夫球(qiu)場的(de)一(yi)個球(qiu)洞(dong)的(de)年用水(shui)量。”


光熱發電“追逐”高溫


Kevin Smith認為(wei),對于各(ge)種電站而言,較高(gao)溫(wen)(wen)度下的(de)運作意味(wei)著較高(gao)的(de)發(fa)電效率(lv),光熱(re)電站也(ye)是如此。因此,SolarReserve正在(zai)(zai)開發(fa)一種可在(zai)(zai)760℃至816℃的(de)高(gao)溫(wen)(wen)條件下運行的(de)先進的(de)塔式吸熱(re)器。


槽式(shi)(shi)光熱(re)(re)發(fa)電技術(shu)(shu)采(cai)用溫(wen)度(du)限于400℃的合成導熱(re)(re)油(HTF)作為傳熱(re)(re)介質。因此(ci),槽式(shi)(shi)光熱(re)(re)電站(zhan)儲熱(re)(re)溫(wen)度(du)范圍為280-400℃,這比塔式(shi)(shi)技術(shu)(shu)儲熱(re)(re)溫(wen)度(du)要(yao)低(di)。2015年(nian)發(fa)表(biao)于Science Direct的一項研究表(biao)明(ming),來自(zi)德國瓦(wa)克化(hua)學公司(WackerChemieAG)的新型有(you)機硅導熱(re)(re)油—Helisol,在425℃下可(ke)形(xing)成低(di)沸(fei)點的氣態化(hua)合物。從經(jing)濟(ji)性角度(du)來測算(suan),硅油的使(shi)用可(ke)以使(shi)LCOE降低(di)5%。


為了提(ti)升槽(cao)式(shi)光熱系(xi)(xi)統的(de)運行(xing)溫度(du),德國航空航天(tian)中(zhong)心(DLR)也在(zai)進行(xing)相關研(yan)究(jiu)(jiu)。2016年(nian)夏,由DLR領導(dao)的(de)為期兩年(nian)的(de)國際光熱項(xiang)目(mu)研(yan)究(jiu)(jiu)工作開展(zhan),其(qi)目(mu)的(de)是證(zheng)明槽(cao)式(shi)光熱電站中(zhong)使用熔鹽(yan)的(de)可行(xing)性。“采用熔鹽(yan)使運行(xing)溫度(du)高達550℃是可能的(de)。”DLR太(tai)陽能研(yan)究(jiu)(jiu)所線聚(ju)焦集(ji)(ji)熱系(xi)(xi)統部項(xiang)目(mu)經理(li)Michael Wittmann說。作為這項(xiang)研(yan)究(jiu)(jiu)工作的(de)一(yi)部分,今(jin)年(nian)秋(qiu)天(tian)將在(zai)葡萄(tao)牙èvora建設一(yi)個(ge)熔鹽(yan)槽(cao)示范項(xiang)目(mu)。該電站裝機容量為2.2MWth(一(yi)個(ge)含(han)四個(ge)槽(cao)式(shi)集(ji)(ji)熱器(qi)的(de)完整回路(lu))并配置一(yi)個(ge)容量為1.6MW的(de)蒸(zheng)汽發生器(qi)。


參與這項研究(jiu)的一些企業,如TSK、Flagsol工(gong)程(cheng)公司(si)將改進其(qi)槽式集(ji)熱(re)器(qi)的設計,并證(zheng)明其(qi)適(shi)用(yong)(yong)性。德(de)國Steinmüller工(gong)程(cheng)有限公司(si)將安裝和測試其(qi)用(yong)(yong)熔鹽加(jia)熱(re)的直(zhi)(zhi)流蒸汽發(fa)生器(qi),直(zhi)(zhi)通設計將滿足(zu)商業化運行的過(guo)熱(re)蒸汽參數。Wittmann表(biao)示,熔鹽技(ji)術(shu)或將使槽式技(ji)術(shu)成本降低33%。


創新技術不斷涌現


日本(ben)三菱(ling)日立(li)電力系(xi)統(tong)(tong)有限公司計(ji)劃在近(jin)期(qi)完成其新(xin)型太(tai)陽(yang)能(neng)集熱(re)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)測試(shi)工作(這(zhe)項工作從去年8月開始(shi)在橫濱分公司展開)。該計(ji)劃包(bao)含(han)一項屬(shu)于混合(he)系(xi)統(tong)(tong)專利設計(ji),它將(jiang)菲(fei)涅爾光熱(re)技術(shu)中蒸(zheng)(zheng)發器(qi)和塔式(shi)光熱(re)技術(shu)中的(de)(de)過熱(re)器(qi)相(xiang)結合(he)。與(yu)傳統(tong)(tong)的(de)(de)光熱(re)發電系(xi)統(tong)(tong)相(xiang)比(bi),這(zhe)項設計(ji)能(neng)夠(gou)以較低的(de)(de)成本(ben)生(sheng)產更(geng)高溫(wen)度(du)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)。在該系(xi)統(tong)(tong)中,通過低成本(ben)的(de)(de)菲(fei)涅爾蒸(zheng)(zheng)發器(qi)聚(ju)集的(de)(de)太(tai)陽(yang)光約占總輻射(she)量(liang)70%,同時可(ke)產生(sheng)溫(wen)度(du)為300℃的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)。剩余的(de)(de)太(tai)陽(yang)光則由塔式(shi)過熱(re)器(qi)收(shou)集,這(zhe)將(jiang)使蒸(zheng)(zheng)汽(qi)的(de)(de)溫(wen)度(du)升至550℃。


圖:創新型數字玻璃


值得一提的(de)(de)是,去年7月,勞倫斯利物摩爾國家實(shi)驗室(LLNL)開始執(zhi)行美國能(neng)源部(bu)(bu)Sunshot計劃,并與(yu)GiantLeap進(jin)行技(ji)術(shu)合作(zuo)。LLNL方(fang)面表示,Collects項目(mu)旨在進(jin)一步開發GLT的(de)(de)數(shu)字(zi)玻璃技(ji)術(shu),該技(ji)術(shu)將(jiang)作(zuo)為(wei)一種新方(fang)式來采(cai)集太陽光。數(shu)字(zi)玻璃僅使用一小部(bu)(bu)分材料,用薄(bo)而透明的(de)(de)面板替換目(mu)前使用的(de)(de)定日(ri)鏡,這樣將(jiang)大(da)大(da)縮小太陽能(neng)電站的(de)(de)占(zhan)地面積,同時能(neng)收獲五(wu)到十倍的(de)(de)太陽光。


中國制造或扮演關鍵角色


除了上述技術創新(xin)以及多方面降低成本的(de)嘗試以外,中(zhong)國光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)行(xing)業(ye)的(de)啟動或成為全球(qiu)光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)行(xing)業(ye)發(fa)(fa)展的(de)最大(da)助力。假如中(zhong)國首批光(guang)熱示范項目(mu)及十(shi)三五規劃得(de)以順(shun)利(li)完成,不但將完全顛覆國際光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)行(xing)業(ye)格(ge)局,中(zhong)國光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)產(chan)業(ye)鏈的(de)不斷發(fa)(fa)展成熟也必將帶來光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)成本的(de)大(da)幅下降,這(zhe)種發(fa)(fa)展模式已經在光(guang)伏(fu)和風電(dian)(dian)行(xing)業(ye)中(zhong)得(de)到了證實。


事實上(shang),目前(qian)中國(guo)(guo)(guo)光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電行(xing)業(ye)(ye)的(de)啟動正吸引著全(quan)球光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電玩(wan)家的(de)目光(guang)(guang),從(cong)整個行(xing)業(ye)(ye)角度來講,如何將相對(dui)(dui)(dui)成(cheng)熟的(de)海外技(ji)術以及部分已經被(bei)驗證的(de)國(guo)(guo)(guo)產自主技(ji)術和中國(guo)(guo)(guo)特殊開發(fa)(fa)(fa)(fa)環境(jing)完美結合,盡快(kuai)推動中國(guo)(guo)(guo)首批(pi)光(guang)(guang)熱(re)示范項目順(shun)利開發(fa)(fa)(fa)(fa),盡快(kuai)促(cu)進(jin)中國(guo)(guo)(guo)制造在光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電行(xing)業(ye)(ye)的(de)快(kuai)速(su)發(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)成(cheng)熟,不但對(dui)(dui)(dui)中國(guo)(guo)(guo)光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電行(xing)業(ye)(ye)發(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)具有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義,對(dui)(dui)(dui)于(yu)全(quan)球光(guang)(guang)熱(re)發(fa)(fa)(fa)(fa)電行(xing)業(ye)(ye)的(de)未來發(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)乃(nai)至可(ke)再生能(neng)(neng)源發(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)格局都可(ke)能(neng)(neng)將產生重(zhong)要(yao)影響。

最新評論
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zjchuaran
需要告誡大家,截至目前,全世界尚無一例成功驗證其經濟性的塔式電站,準確講,塔式技術特別是熔鹽儲熱傳熱技術仍在試驗中,且該技術對自然環境要求很高,在中國推廣須有技術上的突破,照搬照抄風險極大。
2017-02-07 13:31:27
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