儲熱型光熱發(fā)電有望贏得未來市場競爭
發(fā)布者：Arnold Leitner | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 7646查看 | 2013-04-10 08:01:00
“在高度競爭的市場環(huán)境中，太陽能光熱發(fā)電需要更突出其獨特的“賣點”才可能贏得市場?！盨kyFuel公司CEO兼創(chuàng)始人Arnold Leitner如是表示,他日前撰文分享了他對光熱發(fā)電儲熱技術(shù)的重要性的理解，主要從能量密度和使用壽命兩個方面進行了分析。
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：在過去幾年內(nèi)，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著一系列巨大的挑戰(zhàn)。以2008年雷曼兄弟破產(chǎn)為標(biāo)志，全球經(jīng)濟陷入崩潰，這直接導(dǎo)致最大光熱發(fā)電市場西班牙的經(jīng)濟陷入衰落，從而成為西班牙光熱發(fā)電市場死掉的誘因。
但光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)面臨的主要問題目前已不能主要歸結(jié)為經(jīng)濟問題，在五年之前，中國光伏發(fā)電產(chǎn)品的價格開始逐年地迅猛下跌，這使得大規(guī)模開發(fā)光伏電站的經(jīng)濟可行性日漸顯現(xiàn)，直接壓制了以大規(guī)模電站開發(fā)為優(yōu)勢的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。今天，大規(guī)模光伏電站的投標(biāo)電價已經(jīng)降至9美分/kWh(以加州市場為例)，且該價格為恒定值。
全球裝機容量最高、技術(shù)最為成熟的是槽式光熱發(fā)電，其主流技術(shù)路線為采用導(dǎo)熱油傳熱、熔鹽儲熱。受光伏發(fā)電價格下跌沖擊最大的就是以導(dǎo)熱油為傳熱介質(zhì)的槽式光熱發(fā)電，其在全球市場上與光伏發(fā)電相比在價格上已經(jīng)沒有任何競爭力，以同樣的配置單軸跟蹤系統(tǒng)的槽式光熱電站和光伏電站類比，光熱發(fā)電的度電最優(yōu)化成本為12.5美分/kWh，比光伏發(fā)電要高出一大截。雖然基于導(dǎo)熱油的熱慣性和儲熱技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)熱油為介質(zhì)的槽式電站可提供更為平滑的電力輸出，但這些優(yōu)點不足以抵消在競爭性詢價中，其比光伏發(fā)電要高出一大截的缺點。
但CSP與PV相比的關(guān)鍵“賣點”到今天為止依然是其廉價的可存儲能力，但在此方面，導(dǎo)熱油為介質(zhì)的槽式技術(shù)受到的挑戰(zhàn)很大，因為導(dǎo)熱油的進出口油溫溫差僅在100攝氏度左右，這將需要耗費大量的儲熱介質(zhì)。
雖然西班牙已經(jīng)建設(shè)了多個帶儲熱的槽式電站，美國在建的280MW的Solana槽式光熱電站也將配備6小時儲熱。但儲熱技術(shù)的應(yīng)用只有在溫差達到270度左右時才更有意義，這時的儲熱介質(zhì)的消耗量和成本要比一般的槽式技術(shù)（溫差在100度左右）低兩倍左右。
商業(yè)化方面，目前僅僅有一種儲熱介質(zhì)得以應(yīng)用，即由60%硝酸鈉和40%硝酸鉀組成的熔鹽，下面以熔鹽為例分析儲熱的價值所在。
在典型的熔鹽塔式熱發(fā)電系統(tǒng)中，低溫端溫度在275攝氏度，高溫端溫度在550攝氏度，即溫差在275攝氏度時，在此條件下，一立方米的熔鹽可儲熱677兆焦耳，如果我們假設(shè)熱循環(huán)效率為95%，熱電轉(zhuǎn)換效率為40%，677兆焦耳就相當(dāng)于存儲電能75kWh，而美國2010年人均每天耗電量為37kWh，這相當(dāng)于兩個美國人的日耗電量。
我們假設(shè)利用抽水蓄能存儲同樣多的電能，假定抽水蓄能電站的循環(huán)效率為80%，那么需要多高的落差以使一立方米的水存儲同樣多的能量呢？在回答這個問題之前，我們先來看一下熔鹽儲能與電池儲能的對比分析。
從能量密度上來看，以我的舊麥金塔（Macintosh）筆記本電腦為例，其中裝配的鋰電池可存儲電能為60Wh，體積約220立方厘米大小，鋰電池的儲電能力要遠(yuǎn)高于其它電池，以我桌子上的一個保溫瓶的體積為例，其大小約為1公升，如果填充為熔鹽，儲電能力可達78Wh,以此推算，采用廉價的熔鹽僅比目前最好用的鋰電池的用量高出四倍，成本上要大大降低。
從使用壽命上來看，目前我所用的麥金塔電腦已經(jīng)幾乎不能充電，雖然我遵循蘋果公司的建議在每一次充電時都對其完全充放電，但在使用5年后、少于1000次的充放電循環(huán)后已經(jīng)幾乎不能使用。而對于熔鹽來說，在1000次的循環(huán)后，將會出現(xiàn)什么樣的退化呢？答案是一點也不，這是因為儲熱相對儲電要簡單的多，就如我爺爺?shù)臒崴康浇裉鞛橹挂廊豢梢员亍岵牧系目衫脮r長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儲電。
回到最初的問題上去，我們?nèi)绻贸樗钅苄枰獙⑺槎喔吣?？答案是令你吃驚的33公里，奧地利極限運動員Felix Baumgartner也不過從40公里的高空中成功跳下而已。
另外需要指出的是，在太陽能電站開發(fā)的沙漠地帶，水資源極為寶貴，利用抽水蓄能是不現(xiàn)實的，而利用鋰電池儲電在成本上也脫離實際的需求。那里充滿了沙石，也有觀點提議說利用重力儲能，但要將沙石調(diào)至高空，難度是很大的，相比來看，熔鹽仍然是最好的解決方案。
總的來看，儲熱是電力存儲的強大媒介，其循環(huán)效率極高，耗量從用量上來看僅僅是電池的五倍，成本卻要低很多，而且儲熱介質(zhì)的可利用時間長。這都使配儲熱的光熱發(fā)電有望贏得未來。
本文原作者系SkyFuel公司CEO兼創(chuàng)始人Arnold Leitner
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