技术路线
根据聚热方式的不同,光热发电的技术路线可分为槽式、塔式、碟式和菲涅尔聚焦四种。
总的来说,槽式和塔式是光热发电的主流。尤其是槽式发电,截至2009年,全世界运行的槽式光热发电占整个光热电站的88%,投资额达到4000亿欧元的“欧洲沙漠行动”也将采用这一技术路线。不过,美国在建的光热电站中,塔式电站已经超越槽式电站。
在国内,此次招标的内蒙古50兆瓦项目,采用的也是槽式技术路线。但在此之前,国内最为知名的光热发电试验项目,由皇明集团与中科院电工所在北京延庆合作的1兆瓦太阳能光热发电项目,采用的则是塔式技术路线。
槽式太阳能光热发电系统采用的是“线聚焦”原理,通过大面积的槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到一条集热管上,管内的热载体将水加热成500℃左右的蒸汽,再通过热转换设备加压,送入常规的汽轮机内进行发电。
塔式太阳能热发电系统则是利用成千上万的定日镜,把太阳光反射到位于太阳塔顶的吸热器表面,由于光被聚焦在一个“点”上,最高可形成2000℃左右的高温,通过传热介质产生高温蒸汽,推动蒸汽轮机发电。
不管是什么技术路线,由于光热发电是采用常规的汽轮机发电,电流稳定,加之系统可以引入熔融盐技术储热,白天将盐从固态变成液态,晚间再用400℃左右的熔融盐将水变成蒸汽发电,这样一来,就解决了风电与光伏发电最令人头痛的调峰问题。
不过,如果引入熔融盐储热技术,投资成本将大幅增加,这对于本就成本高企的新能源发电而言,可能并不完全算是好消息。
另一方面,光热发电需要大量水资源用来冷却,用水量几乎与火电基本一致。对中国而言,符合光热发电日照和用地条件的地区,大多在西北西南,水资源相对匮乏,虽然光热发电也可以采取风冷的方式进行冷却,但成本又会高出很多。
当然,单纯建设太阳能光热电厂未必是光热发电最终出路。华北电力大学副校长、教授杨勇平说,由于光热发电与火电的原理相同,将太阳能的热量纳入到燃煤发电机组中,将显著提高发电效率,而光热发电系统则因此节省下储能系统和发电系统,只需要建造集热系统,造价可以立即节省三成,非常具有可行性。
作为首个光热成套设备生产基地的主要资方,北京中航通用公司副总经理张志明便告诉《第一财经日报》,与现存的火电进行互补运营,将是未来该基地投产后产品的主要流向。张志明说,他们做过测算,光热发电与火电配套使用,可以使火电减少一半的煤炭消耗。
前景很美?
太阳能光热发电要求直接辐射在每年2000千瓦小时/平方米以上,这个资源条件全世界只有美国、西班牙、非洲和中国具备。
中科院电工所的一项调研显示,中国现有沙漠戈壁130多万平方公里,超过30万平方公里的沙漠戈壁适宜光热发电。其中,只要拿出8万平方公里戈壁用于光热发电,其产生的电量,就等同于中国2008年全年的发电量。
从环保性能上看,由于光热发电避开了多晶硅的使用,从而避免了高污染、高能耗的恶名,也使得其发电成本脱离国际多晶硅价格波动的限制。
而只要规模足够大,光热发电的成本更是新能源中最具有竞争力的。全国工商联新能源商会撰写的一份报告显示,一座1000兆瓦的光热电站,发电成本在0.7元~0.8元/度——尽管去年敦煌10兆瓦光伏电站特许权招标爆出了1.09元/度的低价,但对于光伏电站而言,1元/度目前仍是一个难以逾越的门槛。
此外,由于光热发电采用中高温真空管,与目前太阳能热水器采用的中低温真空管技术基本一致,可以说,除了集热管技术含量较高以外,光热发电并不涉及什么高深的技术:汽轮发电机是现成的,而集热镜片和支架等配套设备,只要市场开启,配套厂商将会“蜂拥而至”。
凡此种种,都让光热发电的前景“看上去很美”。张志明告诉本报记者,据他们测算,仅槽式光热发电市场,中国的市场规模将达到1000亿元左右。
不过,作为刚刚起步的新兴能源,这个价值千亿的市场,其规模和发展速度,还取决于政府视其为战略性产业而出台的补贴政策。张志明说,他非常期望看到国家在进口相关重点产品如高频电源、特种玻璃镜片等可以给予关税的减免,以扶持这个新产业的发展。
“我国太阳能发电产业还有很长的路要走。”中国能源研究会节能与企业能源管理专业委员会主任鲍云表示,“政府如果能够在政策导向、税收等方面给太阳能光热发电的发展营造良好氛围,就能促进产业的快速发展。”
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