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占地80萬平、3萬塊超大玻璃組成的“發(fā)電站”

近3萬塊超白玻璃制成的巨大鏡面，以兩個同心圓陣列相交的形式整齊地排列在甘肅瓜州的戈壁之上，在兩個鏡面陣列的中心點，豎立著一根高達200米的吸熱塔，而這兩個占地80萬平方米、相當于112個足球場的陣列，如同巨型凹面鏡，把陽光通通反射到中心的吸熱塔上——這個充滿工業(yè)之美的“天空之鏡”就是我國、也是全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站。

瓜州這個光熱儲能項目預計今年年底將正式投產(chǎn)發(fā)電，一旦投產(chǎn)發(fā)電，按照該項目負責單位三峽能源的計算，它將作為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)電源，與周邊光伏和風電形成總裝機規(guī)模70萬千瓦的多能互補清潔能源基地，年發(fā)電量將達到18億度（千瓦時）。

所謂的“光熱發(fā)電”到底是什么，又和我們常常提及的光伏發(fā)電孰優(yōu)孰劣？

光伏發(fā)電我們的讀者應(yīng)該已經(jīng)很熟悉了，就是利用太陽能電池板吸收太陽光中的可見光，從而形成光電子，產(chǎn)生直流電，現(xiàn)在的研究方向一般是怎么增加光伏電池的帶隙，使其能利用更多波段的光。

而光熱發(fā)電簡單來說，就是利用太陽的熱能作為發(fā)電的能量來源，很明顯，它不是直接將太陽光變成電，而是一個光能變熱能再向電能轉(zhuǎn)化的復雜轉(zhuǎn)換過程，但這也是它能夠受到關(guān)注的最大原因。

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光熱與光伏，孰強？

光熱發(fā)電，也叫聚焦型太陽能熱發(fā)電，主要有槽式、菲涅爾式、塔式和碟式四種主流的光熱發(fā)電系統(tǒng)，除了光線匯聚方式的不同外，它們的區(qū)別主要體現(xiàn)在集熱溫度、聚光比和轉(zhuǎn)換效率上。

其中，塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)是目前最主流的方式：通過大量可以自由轉(zhuǎn)動的定日鏡，像向日葵一樣追逐太陽，再以聚焦方式將太陽能直射光反射到中間高聳的吸熱塔上，塔上的吸熱器會加熱流經(jīng)的熔鹽，將熱量帶到附近的儲熱罐中儲存。

作為這個系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)，硝酸鹽混合物或碳酸鹽混合物制成的熔鹽，它的沸點是600攝氏度，而水的沸點才100度，意味著這種液態(tài)熔鹽會比水更能儲存熱量。

具體來看，熔鹽泵會將低溫儲熱罐里290度左右的熔鹽源源不斷地運送到吸熱器中，吸熱后熔鹽溫度會升高至560度以上，之后會通過管道運送至地面的高溫儲熱罐中。這種儲能方式，對應(yīng)的就是光伏系統(tǒng)中的鋰電池儲能，只不過一種是熱儲能，一種是電化學儲能。

熱量被留下來之后又該怎么發(fā)電？這就要涉及到透平機，也就是蒸汽輪機。高溫熔鹽被送至蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生出高溫高壓的蒸汽，推動蒸汽輪機發(fā)電機組發(fā)電，光能就被轉(zhuǎn)化為了電能。

不過在光熱發(fā)電四大系統(tǒng)模式中，有一種發(fā)電系統(tǒng)比較獨特，即并不依賴蒸汽輪機，而是靠一種外燃機“斯特林發(fā)動機”發(fā)電的碟式光熱系統(tǒng)。

碟式光熱系統(tǒng)就像一個“大鍋蓋”，它不需要大范圍集熱，只用一個獨立的模塊就能進行熱電轉(zhuǎn)換。在它的反射鏡焦點處，放置著一臺斯特林熱機，可以直接把收集的熱能用來驅(qū)動氫氣或氦氣等工質(zhì)來反復膨脹做功，實現(xiàn)熱能到機械能再到電能的快速轉(zhuǎn)換。

但問題是，碟式光熱系統(tǒng)太像光伏了，搭載了一個斯特林熱機后，單獨一個模塊是沒有空間再去安裝儲能系統(tǒng)的，熱能不當即利用就浪費、沒有陽光就失去發(fā)電能力。因此，盡管碟式光熱系統(tǒng)的聚光效率極高，也吸引不了能源產(chǎn)業(yè)的投資，畢竟沒必要去發(fā)展一種和光伏差不多，卻更加昂貴且不夠成熟的發(fā)電系統(tǒng)。

但是塔式光熱系統(tǒng)不一樣，相比于同樣利用太陽光的光伏發(fā)電，它的優(yōu)勢并不是發(fā)電效率高出多少，而是在于其能實現(xiàn)熱量的長時間儲存，在夜晚沒有光照的情況下，依然可以不間斷地輸出電力。

另外，瓜州這個項目雖然設(shè)置成雙塔，但共用一臺汽輪發(fā)電機，雙塔的作用是為了提升發(fā)電效率、發(fā)電量以及儲能量。這兩個吸熱塔一個東塔，一個西塔，中間相交重合部分的定日鏡在上午會把太陽光反射到東塔上，下午就調(diào)轉(zhuǎn)鏡面，把光反射到西塔上。這種方式能對發(fā)電效率有多大提升還要等真正投產(chǎn)發(fā)電后才能確定。

03

貴是最大阻礙

盡管相比于光伏，光熱系統(tǒng)有一定的技術(shù)優(yōu)勢，但從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展角度來看，光熱還是太小眾，無論是裝機量還是度電成本都還有很大提升空間。

我國的光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展起步較晚，國務(wù)院國資委研究中心主任衣學東曾在公開討論中提到關(guān)鍵技術(shù)突破的重要性，“雖然目前光熱發(fā)電設(shè)備和材料國產(chǎn)化率達到90%以上，但部分零部件如熔鹽閥等主要還是依靠進口?！?/p>

截至去年年底，中國內(nèi)地光熱發(fā)電機組裝機容量總共才58.8萬千瓦（kW），而我國去年全年光新增的光伏裝機量就達到了220吉瓦（gW，1吉瓦=100萬千瓦）。2023年3月，國家能源局發(fā)布《關(guān)于推動光熱發(fā)電規(guī)?；l(fā)展有關(guān)事項的通知》，算是為這個小眾賽道吃了顆定心丸：《通知》提到要力爭“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。

其實業(yè)界普遍并不認為光熱能夠替代光伏，因為它太貴了。根據(jù)國際可再生能源際署發(fā)布的報告顯示，光熱發(fā)電路線的度電成本高達0.108美元/千瓦時，而同期的光伏度電成本僅為0.056美元/千瓦時，海上風電和水電為0.084美元/千瓦時和0.044美元/千瓦時，相比之下。光熱貴得有點太突出了。

貴的主要原因在于初始成本，以目前常見的10萬千瓦裝機、8小時儲熱的塔式光熱電站為例，單位千瓦造價最低也要1.2萬元，最高能接近2萬元。大面積的聚光系統(tǒng)，再加上吸熱與儲熱系統(tǒng)，能占到整個電站成本的八成以上。

所以現(xiàn)在光熱的出現(xiàn)一般是伴隨著光伏、風電等新能源項目，起到一個優(yōu)勢互補作用。光熱發(fā)電系統(tǒng)輸出的是交流電，可以視為一個小型發(fā)電廠，擁有更好的調(diào)峰性能。瓜州項目其實也是由40萬千瓦風電、20萬千瓦光伏以及10萬千瓦光熱發(fā)電共同構(gòu)成的，未來這種新能源大基地模式在地廣人稀、光熱風電充足的地方還是有用武之地的。