太阳能发电并不只是光伏,还有光热发电。20年前,光热和光伏犹如太阳能的手心手背,都有规模化的产业应用。如今在光伏几乎一统江湖之际,光热发电究竟怎么样了?
据了解,美国最大的太阳能光热电站,也是世界上运营时间最长的太阳能热发电设施,位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠的太阳能发电系统 (SEGS) 设施最近退役了其五座太阳能热发电厂(SEGS 3 至 7),并计划在本月退役第六座(SEGS 8)) 并在其初步发电机清单中发布。
1. 太阳能光热发电介绍
太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺,从而达到发电的目的。
正如光伏有晶硅、薄膜、聚光等形式一样,光热发电有塔式、盘式、菲涅尔式、槽式四种。
塔式电站是历史最悠久的光热发电,早在1950年原苏联就设计了世界上第一座太阳能塔式电站小型试验装置。之后日本建成1MW塔式试验电站(试验完成后停止运行),美国建成10MW1号塔式电站。
2013年,中国建成中控德令哈一期10MW太阳能塔式热发电项目,并于2014年开始熔盐系统改造,成为全球第三座投运的具备规模化储能系统的塔式光热电站。
目前塔式电站最大的问题就是造价昂贵。
盘式电站:又称蝶式光热发电,是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成,接收在抛物面的焦点上,接收器内的传热工质被加热到750℃左右,驱动发动机进行发电。
盘式(蝶式)光热电站单个规模较小,通常用于空间太阳能电站。
菲涅尔式:采用菲涅尔结构的聚光镜来替代抛面镜,成本相对来说低廉,但效率也相应降低。由于聚光倍数只有数十倍,因此加热的水蒸气质量不高,使整个系统的年发电效率仅能达到10%左右。
槽式光热:是最成熟,也是达到商业化发展的技术。将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列,加热工质,产生过热蒸 汽,驱动汽轮机发电机组发电。
上海气中标迪拜700MW光热发电项目,采用了塔式+槽式+储能。
2. 太阳能光热发电现状
尽管各国都没有放弃太阳能光热发电的应用研究,但相比光伏,光热显然要少得多。截止2020年底,全球累计光热发电装机容量为6.55GW,仅占太阳能发电装机总容量的不到1%。
根据美国能源信息署(EIA) 的信息,位于加州莫哈韦沙漠的太阳能发电系统 (SEGS) 设施最近退役了其五座太阳能发电厂(SEGS 3 至 7),并计划在本月退役第六座(SEGS 8))。
SEGS是美国最早开发的槽式光热发电,共建成9座发电厂353.8MW容量。SEGS1和SEGS2电站于1984 年开始运营,SEGS 3 到 7(每个具有 36 MW 的容量)从 1986 年到 1988 年上线。SEGS 8 和 9(每个88 MW)分别于 1989 年和 1990 年上线。
而SEGS 1 和 2 在 2015 年退役,取而代之的是两个太阳能光伏 (PV) 电站 - Sunray 2 和 Sunray 3。到下个月SEGS将剩下最后一座也是唯一一座光热电站运营,目前尚未公布SEGS 3-8关闭后的替代计划。
截至 2021 年 6 月,美国拥有约 52.6吉瓦的公用事业规模太阳能发电容量,其中3.3% 是太阳能光热发电,从10月起,随着SEGS 3-8电站268MW关闭,剩下仅有2.79%的光热发电容量。
中国尽管到2019年底仅有444.3MW光热电站,但其中200MW是2019年当年新增,为全球新增量的一半。2020年内蒙古100MW光热发电成为全球唯一新增光热发电项目。
尽管中国这两年发展光热发电的速度比全球任何一个国家都更快,但在太阳能发电总量中,以2020年底装机量为基数,仅占0.24%。在2020年10月三部委联合印发《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》有关事项的补充通知中可以知道,光热发电按实际发电小时数予以补贴。显然发展光热发电比目前的光伏成本更高,需要的支持更大。
3. 太阳能光热发电的展望
光伏发电成本远低于光热发电,无论是从占地面积还是光电效率,光热发电都没有太大优势,很难在市场化条件下实现大规模独立发展。
但近年来光热发电最大技术特点是和熔盐相结合的光热储能发电,发电功率稳定可靠,成为可以24小时运行的太阳能发电。并且该优势让太阳能发电可替代燃煤电站作为基础负荷,提高风电、光伏等间歇性可再生能源消纳比例,并可作为离网系统的基础负荷电源。同时,机组启动时间、负荷调节范围等性能优于燃煤机组,可深度参与电网调峰,保证电网及电源的高效利用。此外,太阳能热发电还可根据电网用电负荷的需要,参与电力系统的一次调频和二次调频,确保电网频率稳定,保证电网安全,作为非化石能源中的清洁能源,光热发电的意义非常重大。
在新的峰谷电价政策下,太阳能光热要比光伏发电更有优势,特别是参与晚高峰的调峰能力优势明显。由于光热发电需要规模效应,目前光热发电基本上都集中在西北地区,未来结合风、光、储配套开发仍具有一定的发展空间。
原标题:光热发电,如今安好?