自2016年啟動(dòng)首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目以來(lái)，短短3年時(shí)間我國(guó)光熱發(fā)電行業(yè)便取得了豐碩的成果，圓滿達(dá)成了預(yù)期示范效果。
2019年對(duì)于光熱發(fā)電行業(yè)而言更是收獲的一年。截止到年底，中廣核德令哈50MW槽式光熱發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)1年半（2018年6月30日并網(wǎng)），首航節(jié)能敦煌100MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目（2018年12月28日并網(wǎng)）和中控德令哈50MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目（2018年12月30日并網(wǎng)）也已經(jīng)并網(wǎng)滿1年。2019年9月19日，中電建共和50MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目、魯能海西格爾木多能互補(bǔ)示范工程50MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)；12月29日中電工程哈密50MW塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)；11月6日，蘭州大成敦煌熔鹽菲涅爾50MW光熱發(fā)電項(xiàng)目倒送電一次成功，并已開(kāi)始化鹽工作；12月29日，中核龍騰烏拉特100MW槽式光熱發(fā)電項(xiàng)目送電一次成功。
光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革具有重要意義，是推動(dòng)能源改革和能源轉(zhuǎn)型的重要抓手。但是，作為一個(gè)新興行業(yè)，光熱發(fā)電還不為大眾所熟悉，且常常被誤認(rèn)為光伏發(fā)電。近期，銀湖新能源戰(zhàn)略研究中心將陸續(xù)發(fā)表系列文章，介紹光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)及其發(fā)展的成就與面臨的挑戰(zhàn)。
文/李靜云 韋福雷 中國(guó)（深圳）綜合開(kāi)發(fā)研究院銀湖新能源戰(zhàn)略研究中心
太陽(yáng)能取之不竭、用之不盡，是目前地球上可開(kāi)發(fā)的、規(guī)模最大的清潔能源。太陽(yáng)能主要有光熱和光伏兩種利用形式。盡管光熱與光伏從發(fā)電原理、技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)鏈到實(shí)際減排效果都截然不同。但是，人們還不熟悉光熱這一新興太陽(yáng)能利用技術(shù)，常常將其與光伏混為一談。
由于被誤解太深，光熱是時(shí)候喊出自己的口號(hào)了：我就是我，不一樣的Power！
一、發(fā)電原理不一樣，“光—熱”VS.“光—電”
光熱發(fā)電的實(shí)質(zhì)是“光—熱—功”轉(zhuǎn)化，光伏的發(fā)電的實(shí)質(zhì)是“光—電”轉(zhuǎn)化，兩者發(fā)電的原理截然不同。
圖1 光熱與光伏發(fā)電原理對(duì)比圖
注：光熱發(fā)電聚光用的是定日鏡，光伏發(fā)電用的是太陽(yáng)能電池組件。
光熱發(fā)電的實(shí)質(zhì)是“光—熱—功”轉(zhuǎn)化。光熱發(fā)電站由集熱系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成。光熱發(fā)電是利用大規(guī)模定日鏡組成的集熱系統(tǒng)收集太陽(yáng)能加熱介質(zhì)，高溫介質(zhì)與水進(jìn)行熱交換產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)等常規(guī)設(shè)備進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
光伏發(fā)電的實(shí)質(zhì)是“光—電”轉(zhuǎn)化。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。光伏發(fā)電的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器、逆變器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。
二、穩(wěn)定性不一樣，能否駕馭這只“鴨子”
光熱發(fā)電配備儲(chǔ)能，具有良好的穩(wěn)定性，完美地解決了光伏發(fā)電不穩(wěn)定的問(wèn)題，并且與光伏等電源組合能夠有效地促進(jìn)消納。
光伏發(fā)電受太陽(yáng)能自然屬性和儲(chǔ)電裝備技術(shù)滯后的雙重影響，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)。光伏發(fā)電在中午達(dá)到高峰，傍晚隨著太陽(yáng)落山而停止發(fā)電，但是晚上的電力需求卻急劇上升。光伏發(fā)電的大量應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)其他發(fā)電方式（以火電為主）的供電量曲線急劇波動(dòng)，該曲線由于形似鴨子而被稱為“鴨子曲線”。光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)供電電壓、供電質(zhì)量、繼電保護(hù)及電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力造成較大沖擊。因此，光伏發(fā)電尚無(wú)法大規(guī)模接入電力系統(tǒng)，造成了嚴(yán)重的“棄光”問(wèn)題。
圖2 “鴨子曲線”
光熱發(fā)電是穩(wěn)定的電網(wǎng)友好型電源。光熱發(fā)電配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)，能夠?qū)⒁徊糠痔?yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存起來(lái)，在夜間或者白天陽(yáng)光被云層遮擋的時(shí)候可以用儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的熱能發(fā)電，保持穩(wěn)定的電力輸出。因此，采用成熟的儲(chǔ)熱技術(shù)后光熱發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)穩(wěn)定持續(xù)供電。
圖3 光熱發(fā)電出力圖
光熱發(fā)電站還可以根據(jù)電網(wǎng)用電負(fù)荷的需求，快速調(diào)整汽輪發(fā)電機(jī)組出力。光熱發(fā)電站15分鐘左右便可實(shí)現(xiàn)20-110%發(fā)電負(fù)荷的快速變化，調(diào)節(jié)性能優(yōu)于燃煤發(fā)電，可參與電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。將光熱發(fā)電作為調(diào)峰電源，與光伏發(fā)電形成互補(bǔ)，能夠駕馭“鴨子”曲線，有效解決“棄光”問(wèn)題。
三、發(fā)電量不一樣，光熱≈光伏的2.5倍
光熱發(fā)電機(jī)組配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定供電，因此光熱發(fā)電的出力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光伏發(fā)電。
光伏發(fā)電的應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)為每年1200-1500小時(shí)，而光熱發(fā)電的應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)可以達(dá)到每年3000-4000小時(shí)。據(jù)調(diào)查，5萬(wàn)千瓦容量的光伏電站即使在光照條件較好的西北地區(qū)，其年發(fā)電量也僅為7000萬(wàn)度；而同容量的光熱電站年發(fā)電量可達(dá)到約2億度。也就是說(shuō)，相同容量的光熱發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量約是光伏發(fā)電的2.5倍。
光熱發(fā)電不需要電力系統(tǒng)額外配套儲(chǔ)能電站。但是，光伏要成為電網(wǎng)中可靠的電源，滿足晚高峰的電力需求，至少需要配置6小時(shí)的電池儲(chǔ)能電站。根據(jù)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院的研究，要達(dá)到100MW光熱發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量，需要250MW光伏發(fā)電站配置100MW電池儲(chǔ)能電站；在年發(fā)電量相同的情況下，光伏發(fā)電+電池儲(chǔ)能電站的上網(wǎng)電價(jià)是光熱上網(wǎng)電價(jià)的1.18倍。
圖4 同等發(fā)電量光熱發(fā)電與光伏發(fā)電+儲(chǔ)能電站對(duì)比
資料來(lái)源：電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院原副院長(zhǎng)孫銳在2019第六屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)上的發(fā)言《建設(shè)光熱發(fā)電基地有利于實(shí)現(xiàn)高比例新能源電力外送》
四、產(chǎn)業(yè)鏈不一樣，新興技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的完美結(jié)合
光熱和光伏發(fā)電的原理不同，兩者的產(chǎn)業(yè)鏈也截然不同。光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)火電的產(chǎn)業(yè)鏈高度相關(guān)，而光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)則與硅料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)為核心。
雖然光熱發(fā)電是新興發(fā)電技術(shù)，但是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)所需的技術(shù)與火電站非常接近。光熱發(fā)電分為太陽(yáng)島、儲(chǔ)熱島、常規(guī)島三部分。其中，常規(guī)島與燃煤火電廠技術(shù)路線基本相同，光熱電站創(chuàng)新設(shè)計(jì)基本集中在太陽(yáng)島部分，對(duì)總體技術(shù)路線并無(wú)改變，不會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。兩者之間的核心區(qū)別就是將儲(chǔ)煤廠和傳送帶變成了集熱廠，其它的汽輪機(jī)、冷卻系統(tǒng)、熱交換器等，都與火電一致。光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈大多環(huán)節(jié)屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，如鋼鐵、玻璃、水泥、礦料、化工、電力設(shè)備制造等行業(yè)。
圖5 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈
太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的晶體硅原料和硅棒、硅錠、硅片，中游的光伏電池、光伏組件，下游的光伏應(yīng)用系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。
圖6 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈
五、碳排放不一樣，光熱≈光伏的1/10
由于產(chǎn)業(yè)鏈不同，光熱發(fā)電和光伏發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染程度也不盡相同。
光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的上游是硅料加工，而硅料生產(chǎn)仍然是高耗能環(huán)節(jié)，并存在一定的污染隱患。此外，為了彌補(bǔ)上網(wǎng)的波動(dòng)性，目前光伏發(fā)電多采用火電調(diào)峰。1GW的光伏需要配套5-6GW的火電調(diào)峰，也在一定程度上抵消了其減排效果。
圖7 各類發(fā)電站全壽命周期碳排量對(duì)比
數(shù)據(jù)來(lái)源：德國(guó)環(huán)境自然資源和核能部，德國(guó)環(huán)境合作及發(fā)展報(bào)告
光熱發(fā)電過(guò)程基本采用物理手段進(jìn)行光電能量轉(zhuǎn)換，幾乎沒(méi)有污染。光熱發(fā)電站所有的組件、原材料均是安全、無(wú)污染的，整個(gè)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈基本不存在高耗能、高污染等問(wèn)題，是真正綠色清潔環(huán)保的可再生能源。就二氧化碳排放而言，光熱發(fā)電站全生命周期每千瓦時(shí)二氧化碳排放量?jī)H為12克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤電的900克，低于光伏的110克（如圖7所示）。
六、原來(lái)，你是這樣的光熱！
不比不知道，原來(lái)光熱與光伏不僅有著本質(zhì)的區(qū)別，而且性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光伏。更加穩(wěn)定、高效、綠色，原來(lái)你是這樣的光熱！
不過(guò)，光熱發(fā)電還處于試點(diǎn)示范階段，不像光伏已經(jīng)形成規(guī)?；l(fā)展的格局，進(jìn)入平價(jià)上網(wǎng)階段。如果把光熱和光伏比作兩兄弟，顯然光伏是進(jìn)入壯年的大哥，光熱還是處于成長(zhǎng)期的小弟。但是，光熱的優(yōu)越特質(zhì)決定了其對(duì)我國(guó)電力結(jié)構(gòu)調(diào)整有百利而無(wú)一害，發(fā)展光熱發(fā)電不僅是我國(guó)推進(jìn)能源革命和能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略選擇，也是推動(dòng)供給側(cè)改革和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。
