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储能优势推动光热发电崛起 降低成本势在必行

导读: 与传统化石燃料相比,太阳能和风能等可再生能源越来越具有竞争优势,近年来许多国家的可再生能源发电量占比都在不断提升。例如,2010年德国出台能源转型(Energiewende)政策,称要在2035年实现可再生能源用电量占比达55%~60%的目标。

如果你持续关注能源领域的发展,那么你将意识到一些国家的电力市场正悄然发生着变革。与传统化石燃料相比,太阳能和风能等可再生能源越来越具有竞争优势,近年来许多国家的可再生能源发电量占比都在不断提升。例如,2010年德国出台能源转型(Energiewende)政策,称要在2035年实现可再生能源用电量占比达55%~60%的目标。

德国及其它国家的能源变革政策有力地促进了可再生能源的研究与发展(R&D),同时也推动相关企业进一步发展风能、太阳能及其它可再生能源技术。

太阳能发电领域,现阶段光伏毫无疑问处于支配地位,多年以来,光伏市场的激烈竞争和技术不断创新升级促使其成本不断降低,也使一些企业淘汰出局。目前,作为已有数十年发展历史的另一种太阳能发电技术——光热发电也逐渐开始崭露头角,随着技术的不断发展进步,其独特的储能优势可以使光热电站实现24小时连续发电,逐步具备承担电力基础负载的能力。

熔盐塔式技术占比日趋提升

光伏发电利用太阳能电池板将太阳辐射能直接转换成电能,而光热发电则由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气,再驱动汽轮机发电。目前,商业可用的光热发电技术路线基本分为四种,根据它们集中太阳辐射方式的不同,可以分为点聚焦集热系统和线聚焦集热系统。点聚焦集热技术包括塔式和碟式;线聚焦集热系统包括槽式和线性菲涅尔式。

据美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)数据库显示,目前全球共有130多个光热电站项目。其中,99个电站已投入运行,18个电站仍处于建设阶段。这些电站中,槽式光热电站占主导地位(88个),而塔式电站(29个)则因其在高温下的储能优势日越来越受到重视。

据国际可再生能源机构(IRENA)和CSPPLAZA研究中心分别公布的相关数据显示,截至2016年年底,全球光热发电装机已超过5GW(CSPPLAZA统计数据为5017MW)。目前,西班牙国内共有50座光热电站投入运营,装机量达2.3GW,而美国投入运营的光热电站装机达1.7GW,规划建设中的光热电站装机达1.7GW。此外,中国也计划在2018年之前实现光热发电装机1.4GW,到2020年达5GW的目标。去年9月,中国国家能源局公布了20个光热示范项目名单,其中大多数项目将由中国企业设计和建造,而美国和澳大利亚等国的相关企业也将参与到部分项目的建设中来。

美国知名光热电站开发商BrightSource的市场部及政务部高级副总裁Joe Desmond表示,根据可参考案例分析,IRENA预计到2030年全球光热电站总装机容量至少达到45GW,甚至有望达到110GW,而这样做可以将全球温度升幅控制在2℃以内。

光热发电的核心优势——储能

另一美国知名光热电站开发商SolarReserve的首席执行官Kevin Smith认为,光热电站的主要优势在于它可以生产出电网友好型的可调度电力。这意味着与传统的发电厂一样,光热电站产生的电力可以很好地满足连续的用电需求,而这主要得益于光热电站可以配置高性价比的熔盐储热系统。这种储热技术并非直接蓄电(光伏和风电一般使用蓄电池来储存电力),这使得光热电站生产的电力不仅可调度,而且可以实现24小时电力调度,且夜间不需要补充备用燃料。

SolarReserve的塔式光热发电技术便采用熔盐进行储热,由硝酸钠和硝酸钾组成的混合物被作为电站的传储热介质。熔盐泵将熔融盐(300℃)泵到高约164米左右的吸热塔顶端的吸热器中,而吸热器用集中的太阳辐射热量将熔盐加热到约565℃。约27215吨的熔融盐被密封存储在不锈钢罐中,这样可以更好地实现储热。

图:塔式光热电站运行原理

该公司第一个投入商业应用的光热电站是装机110MW的新月沙丘项目,该电站已于2015年年底投入运行,并于2016年获得电力杂志(Power Magazine)年度最佳电站奖。此后,SolarReserve继续开发多个光热项目,包括南非装机100MW塔式光热电站Redstone,该电站配置了12小时的熔盐储热系统,并将于2018年投入运行。

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