7月10日,青海省發(fā)改委、能源局、西北電監(jiān)局、青海省自然資源廳、林草局等五部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動“十四五”光熱發(fā)電項目規(guī)模化發(fā)展的通知》(下文簡稱“通知”),根據(jù)通知:
光熱一體化項目(指光熱與光伏、風電等新能源的一體化項目)可不配套其他調(diào)節(jié)能力設(shè)施。新能源與光熱比例最高為6∶1。納入2021、2022年建設(shè)方案并如期并網(wǎng)的光熱項目,上網(wǎng)電價按照煤電基準電價執(zhí)行(青海煤電標桿電價為0.3247元/kWh,風電、光伏執(zhí)行0.2277元/kWh)。
2023年4月,國家能源局發(fā)布《國家能源局綜合司關(guān)于推動光熱發(fā)電規(guī)?;l(fā)展有關(guān)事項的通知》,提出:力爭“十四五“期間,全國光熱發(fā)電每年新增開工規(guī)模達到300萬千瓦左右。暫按內(nèi)蒙古80萬千瓦,甘肅70萬千瓦,青海100萬千瓦,寧夏10萬千瓦,新疆20萬千瓦配置。

2022年,新疆自治區(qū)曾下發(fā)大量“光伏:光伏=9:1”的市場化并網(wǎng)項目,通過配置一定比例光熱來調(diào)節(jié)光伏的出力。
光熱發(fā)電優(yōu)勢多,卻被成本攔住腳步
光熱發(fā)電兼具調(diào)峰電源和儲能雙重功能。光熱發(fā)電機組配置儲熱功能后,熱量產(chǎn)生時并不全都用掉它們,而是利用加熱熔鹽的方式存儲一部分熱量,保存在特制的保溫儲罐直到需要的時候再取出來。存儲在熔鹽中的熱能可以維持發(fā)電數(shù)個小時,理論上甚至能達到數(shù)天。具備這種特殊能力的光熱電站,可實現(xiàn)用新能源調(diào)節(jié)、支撐新能源,為電力系統(tǒng)提供更好的長周期調(diào)峰能力和轉(zhuǎn)動慣量,是新能源安全可靠替代傳統(tǒng)能源的有效手段。電力規(guī)劃設(shè)計總院以新疆電網(wǎng)為例模擬計算光熱發(fā)電調(diào)峰作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),假定建設(shè)100萬千瓦至500萬千瓦不同規(guī)模的太陽能熱發(fā)電機組,可減少棄風棄光電量10.2%至37.6%。
同時,光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈長,可消化提升特種玻璃、鋼鐵、水泥、熔融鹽等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),還可帶動新材料、智能控制等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,光熱發(fā)電規(guī)?;_發(fā)利用將成為我國新能源產(chǎn)業(yè)新的增長點。
為推動我國光熱發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,國家能源局2016年啟動首批20個光熱發(fā)電示范項目,裝機規(guī)??偭窟_134.9萬千瓦,開啟了我國光熱發(fā)電的商業(yè)化進程。通過首批示范項目,帶動了相關(guān)企業(yè)自主創(chuàng)新,突破了多項核心技術(shù),并形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈,目前設(shè)備國產(chǎn)化率超過90%,為后續(xù)光熱發(fā)電技術(shù)大規(guī)模發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。截至2022年底,我國并網(wǎng)發(fā)電光熱發(fā)電示范項目共9個,總?cè)萘?5萬千瓦。對比“每年新增開工規(guī)模達到300萬千瓦左右”目標,光熱發(fā)電規(guī)模有望迎來高速增長。
但在實際發(fā)展中,光熱發(fā)電規(guī)模已被光伏發(fā)電遠遠甩開。目前制約我國光熱發(fā)電可持續(xù)發(fā)展的主要因素在于相關(guān)政策缺乏連續(xù)性,比如,2016年國家發(fā)展改革委核定太陽能熱發(fā)電標桿上網(wǎng)示范電價后,企業(yè)建設(shè)熱情高漲;2020年初出臺的《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》明確,新增光熱項目不再納入中央財政補貼范圍,光熱發(fā)電的良好發(fā)展勢頭受到明顯影響。政策不明確導致當前我國光熱發(fā)電缺乏市場發(fā)展空間,成本也無法通過規(guī)?;瘧?yīng)用持續(xù)降低,處于起步階段的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)舉步維艱。同時,現(xiàn)行融資環(huán)境、土地政策、稅收政策無法為光熱發(fā)電健康發(fā)展提供有力支撐。
借著推動光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展的東風,還需鼓勵有條件的省份和地區(qū)盡快研究出臺財政、價格、土地等支持光熱發(fā)電規(guī)?;l(fā)展的配套政策,提前規(guī)劃百萬千瓦、千萬千瓦級光熱發(fā)電基地,率先打造光熱產(chǎn)業(yè)集群。內(nèi)蒙古、甘肅、青海、新疆等光熱發(fā)電重點省份(自治區(qū))能源主管部門要積極推進光熱發(fā)電項目規(guī)劃建設(shè),根據(jù)研究成果及時調(diào)整相關(guān)規(guī)劃或相關(guān)基地實施方案,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)光伏、光熱規(guī)劃布局,合理布局或預留光熱場址,在本省新能源基地建設(shè)中同步推動光熱發(fā)電項目規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。充分發(fā)揮光熱發(fā)電在新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)中的作用,推動光熱發(fā)電實現(xiàn)關(guān)鍵一躍。
光熱發(fā)電的技術(shù)路線
按照聚光方式來劃分,光熱發(fā)電分為塔式、槽式、線性菲涅爾式、碟式四種技術(shù)路線。其中塔式和碟式為點聚焦,槽式和線性菲涅爾式為線聚焦。目前,應(yīng)用較為廣泛的為槽式和塔式技術(shù)路線。在全球主要國家和地區(qū)的光熱發(fā)電裝機中,槽式占比77%,塔式占比20%;我國光熱裝機則采用塔式技術(shù)較多,占比63%,槽式占比26%

1、槽式
槽式光熱發(fā)電技術(shù)是將平行于槽形拋物面主軸線的太陽輻射聚焦到集熱管中,并將多個槽形拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)組合構(gòu)成聚光集熱系統(tǒng),以此吸收太陽輻射能,產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電。槽式技術(shù)的優(yōu)點在于聚光與集熱系統(tǒng)部件簡單、能量收集跟蹤控制簡便,但其聚光較低、散熱面積較大,從而導致光熱轉(zhuǎn)化效率和系統(tǒng)工作溫度較低。
槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括導熱油槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和熔鹽槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng),其主要區(qū)別在于傳熱介質(zhì)分別采用導熱油和熔鹽。導熱油的工作溫度在400℃左右,這決定了經(jīng)過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)后主蒸汽的溫度在370-410℃,因此采用的中溫高壓汽輪機熱效率約為38%。而熔鹽的最高使用溫度可達565℃,因此當傳熱介質(zhì)采用熔鹽時,主蒸汽溫度在535℃左右,此時汽輪機熱效率提升至45%。除此之外,油槽系統(tǒng)儲罐的儲熱溫差為90℃(290℃-380℃),鹽槽系統(tǒng)儲罐的儲熱溫差為260℃(190℃-550℃),故鹽槽儲罐比油槽儲罐具有更大的儲熱空間,在儲罐容量相同的情況下,儲能系統(tǒng)投資更少。因此,熔鹽槽式光熱電站更適合作為儲熱型光熱電站。
2、塔式
塔式發(fā)電技術(shù)是一種集中型光熱發(fā)電技術(shù)。通過將成千上萬臺定日鏡布局成圓周形,并在鏡場中心安置一座幾百米高的吸熱塔。定日鏡包含安裝在鋼結(jié)構(gòu)支架上的反射鏡,以及俯仰角和回轉(zhuǎn)角的跟蹤驅(qū)動。定日鏡場獨立跟蹤太陽光,將太陽光聚集到吸熱塔頂部的接收器中以產(chǎn)生高溫,加熱熔鹽,熔鹽與水換熱,產(chǎn)生高溫蒸汽,帶動汽輪發(fā)電機做功發(fā)電。塔式系統(tǒng)中,熔鹽為傳儲能介質(zhì),換熱后主蒸汽溫度可達550℃。除此之外,其聚光與集熱系統(tǒng)的控制較為復雜,維護成本較高。但塔式系統(tǒng)聚光倍數(shù)高、光熱轉(zhuǎn)化效率高、熱量傳遞路徑短,非常適合大規(guī)模、大容量的商業(yè)化應(yīng)用,因此塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)被認為是未來主流技術(shù)路線,具備良好的發(fā)展前景。
線性菲涅爾式的聚光系統(tǒng)由拋物面式聚光系統(tǒng)演化而來,其工作原理與槽式系統(tǒng)類似,但其鏡面無需保持拋物面形狀,而是采用了菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡來代替拋物面。在運行過程中,太陽輻射通過一次平面反射鏡聚焦到塔桿頂后再經(jīng)二次反射鏡到線性集熱器上,以此加熱工質(zhì),工質(zhì)與水換熱后產(chǎn)生高溫蒸汽,推動汽輪機發(fā)電。菲涅爾式系統(tǒng)采用的菲涅爾結(jié)構(gòu)聚光鏡雖然降低了聚光鏡生產(chǎn)的技術(shù)難度和成本,但系統(tǒng)的總體效率有待提高。目前國內(nèi)采用線性菲涅爾式技術(shù)的光熱電站只有蘭州大成敦煌50MW的光熱發(fā)電項目。
3、碟式
碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用碟式聚光系統(tǒng),太陽輻射反射面布置為碟形。太陽光將通過碟形拋物面反射鏡反射聚焦到接收器上,產(chǎn)生的熱能通過推動安裝在焦點處的斯特林發(fā)動機做功發(fā)電。碟式發(fā)電作為一種點聚焦的發(fā)電技術(shù)路線,具有高聚光比、高集熱溫度、集熱器損失小的特點,目前光電轉(zhuǎn)換效率最高可達30%左右。但其單機容量受制于價格因素,單體發(fā)電容量規(guī)模較小,適用于分布式發(fā)電。
重新定位,光熱有望加速
由于光伏和風電的隨機性以及系統(tǒng)調(diào)峰能力的限制,棄風、棄光的問題在風光發(fā)電中日益突出。光熱發(fā)電配有儲能系統(tǒng),使得光熱發(fā)電能夠在不增加風電、光伏等新能源棄電率的情況下,提升電力系統(tǒng)新能源消納占比。具體內(nèi)容包括,一方面,利用光伏、風電的棄風棄光所產(chǎn)生的電力通過電加熱器加熱熔鹽儲熱,即實現(xiàn)電能向熱能的轉(zhuǎn)換;另一方面,根據(jù)熱力學原理-朗肯循環(huán),光熱的熔鹽儲能僅有40%左右的光電轉(zhuǎn)化效率,所以一體化項目同時利用光熱發(fā)電的鏡場聚熱實現(xiàn)儲能和發(fā)電,達到補能的效果,提高光電轉(zhuǎn)化效率。近年來,我國相繼出臺一系列政策文件,強調(diào)推動建設(shè)風光熱儲一體化能源基地的重要性,為新時期我國光熱項目的發(fā)展指明了方向。
除此之外,在光熱的電價補貼機制退出后,獨立的光熱發(fā)電已不再具備經(jīng)濟性,而風光熱儲的一體化能夠降低光熱系統(tǒng)的投資額和度電成本,提升盈利空間。前文提到,定日鏡為光熱項目的一大投資組成部分,在聚光鏡場的面積和發(fā)電量呈正比的情況下,光熱玻璃高昂的成本是光熱裝機量難以快速提升的一大原因。在多能一體化項目中,光熱主要在晚高峰期間發(fā)電,白天和夜間低谷負荷期分別為光伏和風電的發(fā)電時間,相比于光熱全天獨立發(fā)電,此種情況下光熱的發(fā)電量將有所減少,因此聚光鏡場可以適當縮小,減少項目的投資額。

從國家和地方的政策可以看出,再次提起光熱發(fā)電,它更多的是作為調(diào)峰資源出現(xiàn),與大型風光發(fā)電項目配套發(fā)展。
鑒于光熱發(fā)電的投資成本,僅僅這一點增量市場,也是不容小覷的。
根據(jù)CSTA統(tǒng)計,2022年,在各地政府公布的大型風電光伏基地項目、新能源市場化并網(wǎng)以及直流外送等項目名單中,配置太陽能熱發(fā)電項目29個,總裝機容量約330萬千瓦,將在2023或2024年前投產(chǎn)。
光熱發(fā)電每千瓦投資成本約為2.5-3.5億,單330萬千瓦裝機量已經(jīng)是大幾百億的市場空間。
不過,參考光伏發(fā)展歷程,規(guī)?;瘞淼募夹g(shù)路徑優(yōu)化、供應(yīng)鏈完善,以及核心設(shè)備國產(chǎn)替代,使得光伏發(fā)電站的投資成本和度電成本快速下降,過去十年的降幅超80%。
隨著裝機規(guī)模增大,光熱發(fā)電也一定會經(jīng)歷這個過程,只是未來能降本增效到什么程度,仍需要時間給出答案。
可以肯定的是,只有完成降本增效,光熱發(fā)電才可能獨立行走,換來更大的市場。在此之前,光熱發(fā)電或許更多飾演調(diào)峰配角。
測算模型:光熱裝機需求量=風光總體規(guī)劃*光伏容量比例*配置光熱作為配套儲能的光伏容量比例*光熱發(fā)電配置容量比例。風光總體規(guī)劃:2030年風光大基地規(guī)劃約455GW(十四五200GW、十五五255GW)(發(fā)改委、能源局《以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風電光伏基地規(guī)劃布局方案》規(guī)劃)。風光大基地光伏容量比例:“十四五”期間為56%,“十五五”期間為60%。從已公布的項目中來看,光熱均與光伏發(fā)電形成配套,且在風光大基地中光伏的重量占比56%。考慮到未來光熱發(fā)電持續(xù)降本、多能互補項目中光熱比例逐漸提高,我們預計這一數(shù)字在“十五五”期間升至60%。
文章來源:市值風云客戶端,經(jīng)濟日報,未來智庫,世紀新能源網(wǎng)
