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【技术路线】光伏光热组合优势大于单打独斗

2016-10-25 09:55
科技潮人
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  太阳能发电技术通常指光伏发电技术和光热发电技术,前者是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能,而光热发电则是指利用大规模反射镜阵列收集太阳热能,经过换热装置产生蒸汽,通过蒸汽带动汽轮产生电能。因为同属太阳能发电,两者经常被放在一起比较,究竟是光伏前景广阔还是光热会后来居上,各方也一直争论不休。

  那么,在未来的几十年里,太阳能发电技术将有什么样的发展?哪种技术路线最具有经济性?组合发电模式能否为太阳能发电提供更大的机会?目前,德国航空航天中心(DLR)正在就这些问题进行深入研究,旨在分析光伏发电和光热发电技术到2030年将呈现何种发展趋势。

  光伏光热短期内竞争之势无可避免

  这项研究从对比光伏发电与光热发电的系统、技术要求、经济效益和环境效益等几方面入手。这项名为THERMVOLT的研究项目主要分析太阳能发电如何在没有阳光的情况下产生经济可靠的高质量电能。

  光热发电产生的电能既可以用于直接发电也可以以热量的形式储存起来,它的应用领域不只限于发电,也可用于制氢或者工业热利用等领域。事实上,光热发电的最大优势便是可利用热量存储以削弱太阳光辐射不稳定对其发电质量的影响,同时光热发电与传统发电方式及现有电网能够更好契合。由于其后端配备蒸汽发生器、汽轮机等设备使其可通过化石燃料补燃等方式进行组合发电,在未来,光热发电还可能与生物质燃料等进行混合发电。如此一来,光热发电就可以承担电网的基础负荷,在电力系统中具备可以取代大型传统能源发电厂的可能性。

  光伏系统则直接将太阳光转化为电能,因此在占地面积、投入成本、技术难度上都优于光热发电,但光伏本身不具备储能能力,只能通过将电能储存在电池的方式进行储能。因此,在成本、技术要求、环保效益方面不具备明显优势。近年来,光伏发电成本显著降低,而电池成本也被认为将在未来几年大幅度下降。从商业运作的角度上来讲,两者同样依靠太阳能发电、在资源要求上的类似性,造成短期内两者之间的被比较与相互竞争关系不可避免。

  最近一些研究表明,目前全球可再生能源发电的比例已接近电网接纳能力上限,如若不解决储能问题,可再生能源的消纳将成为一个日益棘手的难题。

  通过模拟电站模型来确定光伏光热最佳容量配比

  在研究过程中,研究人员模拟了各种光伏和光热发电模型的成本计算,并研究了在相同规模的情况下若采用光伏与光热组合发电的形式,应怎样配比各系统容量才能实现最低的碳排放量与最低的发电成本。在模型中,光热电站配备了储能系统以及化石燃料补燃系统,光伏联合循环发电厂则配备电池存储系统,系统之间可以实现协同运作。

  太阳能发电厂预设容量为100兆瓦,测试地点选在阳光充足的地区如摩洛哥和沙特阿拉伯等地,将选取2015年,2020年以及2030年作为年度计算分析模型。

  计算将选取一个完整年度并按小时进行详尽分析,其中太阳能电池阵列规模和储能大小已确定。然后通过建立一个效率模型,再考虑到一些影响因素(例如磨损)和各种成本估算的情况下,计算出优化系统后的度电成本。

  光伏光热组合电站正在全球多个项目中践行

  光伏光热组合优势大于单打独斗

  先期研究结果表明,在现有条件下,光热和光伏相结合是目前最具前景的太阳能发电技术路线。光伏发电厂直接向电网供电,在用电高峰期,比如夜间,光热将在夜晚通过储热发挥其优势。即使增加化石燃料补燃也将相对容易可行,成本不会过高。

  据悉,该研究得到了德国联邦经济和技术部约50万欧元的资金支持。由航天学院太阳能研究和工程热力学院、芬兰拉普兰塔理工大学(LUT)共同参与。Fichtner GmbH和M+W集团公司也作为行业合作伙伴参与其中,最终的研究报告将在2016年底提交。

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