《電子技術(shù)應(yīng)用》
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太陽能未來大市場:瞄準(zhǔn)太陽能熱發(fā)電
摘要: 目前,,我國太陽能熱發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè),在太陽能熱發(fā)電裝備的設(shè)計(jì)制造,、電站系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),,系統(tǒng)建設(shè)等方面均處于空白或起步階段。究其原因,,主要存在著技術(shù)掌握,、成本控制、投資能力等三個(gè)方面的原因,。
Abstract:
Key words :

  目前,,我國太陽能發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè),在太陽能熱發(fā)電裝備的設(shè)計(jì)制造,、電站系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),,系統(tǒng)建設(shè)等方面均處于空白或起步階段。究其原因,,主要存在著技術(shù)掌握,、成本控制、投資能力等三個(gè)方面的原因,。

  太陽能熱發(fā)電作為新能源一個(gè)不可或缺的組成部分,,經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,目前在國外已經(jīng)進(jìn)入全面商業(yè)化階段,,美國能源局已將太陽能熱發(fā)電定義為基礎(chǔ)能源,。拋物面槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)有了近三十年的應(yīng)用歷史,全球太陽能熱電站90%以上采用槽式技術(shù),,其技術(shù)成熟可靠,。

  近年來,隨著世界太陽能熱發(fā)電市場的爆發(fā)式增長,,槽式太陽能熱發(fā)電從系統(tǒng)集成到關(guān)鍵部件制造各個(gè)環(huán)節(jié),,西門子、阿爾斯通,、ABB等諸多巨頭紛紛涌入,,使得槽式太陽能熱電站的整體系統(tǒng)以及聚光系統(tǒng)、傳熱系統(tǒng),、儲(chǔ)熱系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),、工程建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)水平都得到了巨大的提升,聚光組件(SCA),、集熱管(HCE),、拋物面反射鏡等關(guān)鍵部件形成了相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范,世界太陽能熱發(fā)電市場已經(jīng)啟動(dòng),。

  主要障礙

  目前,,我國太陽能熱發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè),在太陽能熱發(fā)電裝備的設(shè)計(jì)制造,、電站系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),,系統(tǒng)建設(shè)等方面均處于空白或起步階段。究其原因,,主要存在著技術(shù)掌握,、成本控制、投資能力等三個(gè)方面的原因,。

  1.技術(shù)掌握

  太陽能發(fā)電技術(shù)主要來源于擁有先進(jìn)技術(shù)的發(fā)達(dá)國家,。以光伏技術(shù)為例,我國的光伏產(chǎn)業(yè)基本上采用引進(jìn)設(shè)備帶技術(shù)的方式發(fā)展起來的,,其原因是發(fā)達(dá)國家在光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中,,日益受到環(huán)境和成本的巨大壓力,使光伏產(chǎn)業(yè)形成了向中國的轉(zhuǎn)移,,中國在產(chǎn)業(yè)承接的同時(shí),,推動(dòng)了自主技術(shù)的研發(fā),從而成為全球最大和最具競爭優(yōu)勢的光伏產(chǎn)業(yè)基地,。而對于太陽能熱發(fā)電,,世界各國特別是西方發(fā)達(dá)國家,目前均有明確的扶持或補(bǔ)貼政策,,商業(yè)化的市場規(guī)模近兩年出現(xiàn)了井噴式發(fā)展,CSP的市場和利潤都處于豐厚回報(bào)期,。供應(yīng)鏈出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài),,無論是發(fā)電裝備供應(yīng)商、電站系統(tǒng)集成商都處于訂單飽和狀態(tài),,再加之掌握的CSP技術(shù)的公司較少,,技術(shù)擴(kuò)散程度很低,因此國外CSP產(chǎn)業(yè)目前還沒有類似國外光伏產(chǎn)業(yè)所面臨的成本壓力,,主要的制造廠商均采用控制規(guī)模,、溢價(jià)銷售策略,這就直接導(dǎo)致類似Simens,、Schott等公司缺乏進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,、控制成本的動(dòng)機(jī)。現(xiàn)階段我國還很難從國際大公司進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和深入的合作。

  在“十五”期間,,由中國科學(xué)院電工研究所,、工程熱物理所等科研機(jī)構(gòu)和皇明太陽能集團(tuán)公司、新疆新能源公司,、南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司等企業(yè),,開始了太陽能熱發(fā)電技術(shù)的項(xiàng)目研究。進(jìn)入“十一五”以來,,隨著國家對可再生能源的高度重視,,太陽能熱發(fā)電受到來自政府部門的大力支持。

  目前,,我國科研機(jī)構(gòu)及相關(guān)企業(yè)已經(jīng)掌握了一批太陽能熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù),。比如,對抗風(fēng)載高精度定日鏡技術(shù),、高溫塔式吸熱器技術(shù),、高溫儲(chǔ)熱技術(shù)、電站控制技術(shù),、塔式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成技術(shù),、槽式真空管制造工藝和槽式聚光器集成技術(shù)等等。但現(xiàn)有的所有技術(shù)均處于試驗(yàn)室階段,,沒有得到規(guī)?;瘧?yīng)用的驗(yàn)證。而在系統(tǒng)設(shè)計(jì),、運(yùn)營維護(hù)方面更是一片空白,,太陽能熱發(fā)電技術(shù)瓶頸的突破、驗(yàn)證尚有待規(guī)?;?xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用,。因此現(xiàn)階段技術(shù)的局限性極大地制約了太陽能熱發(fā)電在中國的發(fā)展。

  2.成本控制

  太陽能熱發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)主要是受太陽資源及環(huán)境,、電站造價(jià)的影響,。對于中國太陽能資源而言,在西部地區(qū)有較大光資源豐富的荒漠面積可供太陽能熱發(fā)電,,但現(xiàn)階段國內(nèi)進(jìn)行太陽能熱電站建設(shè)所有的技術(shù),、設(shè)備均需全部進(jìn)口,使得目前國內(nèi)CSP電站建設(shè)成本居高不下,,尚無法在國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)水平上得以規(guī)?;纳虡I(yè)應(yīng)用。如目前我國火力發(fā)電投資成本為每千瓦3500~4000元,,陸上風(fēng)電約7000元,,光伏發(fā)電是8000~9000元,太陽能熱電站是2~2.5萬元。即使和光伏發(fā)電相比,,太陽能熱電站目前的投資成本也是其3倍,。這就直接導(dǎo)致了太陽能熱發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)的居高不下,以內(nèi)蒙古50MW太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目來說,,從該項(xiàng)目業(yè)主前去國內(nèi)各設(shè)備廠家詢價(jià)的結(jié)果看,,1.5元/千瓦時(shí)左右的電價(jià)是比較合適的,但與光伏發(fā)電相比,,仍不具有優(yōu)勢,。國內(nèi)首個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電示范項(xiàng)目敦煌10兆瓦太陽能項(xiàng)目最終中標(biāo)價(jià)僅為1.09元/千瓦時(shí)。2010年8月,,國家第二批大型光伏電站特許權(quán)項(xiàng)目開標(biāo),,13個(gè)項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)均低于1元/千瓦時(shí)。

  3.投資能力

  太陽能熱發(fā)電是一個(gè)規(guī)模效應(yīng)顯著的產(chǎn)業(yè),,就電站建設(shè)而言,,最具經(jīng)濟(jì)效益的電站規(guī)模需要超過100MW。因此電站建設(shè)初期投資很大,,在國內(nèi)尚沒有成熟商業(yè)化示范電站的情況下,,發(fā)電公司處于風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的考慮,前期不會(huì)介入相關(guān)大規(guī)模電站的建設(shè),。而其他制造環(huán)節(jié)領(lǐng)域的公司不具備相應(yīng)的資金實(shí)力進(jìn)行大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用示范電站建設(shè),,這也是國內(nèi)太陽能熱發(fā)電市場目前處于空白階段的一個(gè)重要原因。通過技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?;?,在完成國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)整合以后,太陽能熱電站的建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)成本將 還有降低的空間,其發(fā)電成本即使在中國目前的經(jīng)濟(jì)條件下,,也完全具備商業(yè)化應(yīng)用價(jià)值,。

 

  發(fā)展優(yōu)勢

  太陽能熱發(fā)電主要是指太陽能集熱器把收集到的太陽輻射能傳遞至接收器,產(chǎn)生熱空氣或者熱蒸汽,,用傳統(tǒng)的電力循環(huán)來產(chǎn)生電能,。目前主要有兩種解決方案:一種為系統(tǒng)中配置蓄能系統(tǒng),將收集到的太陽能存儲(chǔ)起來,,以便于為電站在夜間或者多云天氣時(shí)提供熱能,保證連續(xù)發(fā)電,;另外一種方案為將太陽能與其他能源組成互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng),,當(dāng)太陽能供應(yīng)不足的情況下,由其他能源供應(yīng)熱能,,這樣可以保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,。國外相關(guān)研究表明,相對于光伏發(fā)電而言,太陽能熱發(fā)電能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)大容量供電,,是太陽能大規(guī)模利用的有效途徑之一,。

  目前在國際上,太陽能利用呈現(xiàn)太陽能光伏(PV),、聚光光伏(CPV),、光熱發(fā)電(CSP)同步快速發(fā)展。在太陽能發(fā)電技術(shù)中,,較光伏發(fā)電相比,,太陽能熱發(fā)電有其獨(dú)到的優(yōu)勢,越來越引起全球范圍內(nèi)的重視,,發(fā)展速度非常迅猛,,在西班牙其裝機(jī)容量甚至已經(jīng)超過光伏。具體而言太陽能熱發(fā)電(CSP)的獨(dú)有特點(diǎn)在于:

  1.通過熱儲(chǔ)存技術(shù),,能夠提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)能力,,具備調(diào)頻、調(diào)峰能力,,對電網(wǎng)沖擊很?。?/p>

  2.系統(tǒng)效率高,,發(fā)電成本低,;

  3.可以與傳統(tǒng)熱電站結(jié)合,形成聯(lián)合發(fā)電模式,;

  4.規(guī)模效益顯著,。

  太陽能熱發(fā)電可采用大規(guī)模低成本的蓄熱技術(shù),因此可(下轉(zhuǎn)第31版)(上接第30版)輸出穩(wěn)定連續(xù)的電能,,克服了光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的這一缺陷,,將來有可能成為人類的主力能源,因此太陽能熱發(fā)電越來越引起全球范圍內(nèi)的重視,。

  太陽能資源方面,,中國超過2/3的土地面積每年接收5.02×106kJ/m2太陽輻射。按照國際通用標(biāo)準(zhǔn),,太陽直射值(DNI)只需要大于每天5 kWh/m2(1800kWh/m2/y)就可實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電經(jīng)濟(jì)化,,西藏、新疆,、內(nèi)蒙古,、青海部分地區(qū)、甘肅西部都是潛在的太陽能熱電站候選地址,。

  根據(jù)國產(chǎn)化后的電價(jià)成本和國內(nèi)適宜進(jìn)行太陽能熱電站區(qū)域所覆蓋的范圍,,在國內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用太陽能熱電站建設(shè)的基礎(chǔ)條件是完全具備的,。與此同時(shí),還應(yīng)注意到,,我國以煤炭為主的能源體系,,其二氧化碳的排放量已是“老大難”問題,以煤為主能源體系的根本性變革只能是走“清潔化低碳化”道路,。由于太陽能熱發(fā)電與火電站具備最佳的聯(lián)合發(fā)電模式,,因此在對現(xiàn)有火電廠進(jìn)行太陽能改造方面,太陽能熱發(fā)電擁有其他任何新能源均不具備的天然優(yōu)勢,。

  未來愿景

  太陽能作為一種環(huán)保,、清潔的可再生能源,可有效減少化石燃料消耗和依賴,,具有良好的環(huán)保效益,,符合科學(xué)發(fā)展觀要求。在經(jīng)歷金融危機(jī)以及面臨全球氣候變暖的問題后,,各發(fā)達(dá)國家政府均把新能源產(chǎn)業(yè)作為拯救經(jīng)濟(jì)的一個(gè)突破口,,給予積極的扶持和推動(dòng)。而在國內(nèi),,隨著胡總書記和溫總理相繼在聯(lián)合國氣候變化峰會(huì)和哥本哈根會(huì)議上表明我國面對氣候變暖問題的態(tài)度,,就我國可再生能源利用和二氧化碳減排比例,做出莊重承諾后,,國內(nèi)新能源的發(fā)展猶如箭在弦上,,待《新能源產(chǎn)業(yè)振興和發(fā)展規(guī)劃》正式出臺(tái),我國新能源產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入一個(gè)不可遏止的快速發(fā)展通道,。

  根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》,,從現(xiàn)在開始到2015年為示范和項(xiàng)目開發(fā)前期準(zhǔn)備階段,建設(shè)了1MW的北京延慶塔式科研示范項(xiàng)目,;內(nèi)蒙古巴拉貢50MW的工程示范項(xiàng)目也在準(zhǔn)備招標(biāo),。項(xiàng)目開發(fā)前期準(zhǔn)備的地區(qū)主要在甘肅河西走廊、內(nèi)蒙古西部,、新疆南疆,、青海、西藏等地,。2015年到2020年為初步商業(yè)化運(yùn)作階段,。受國內(nèi)外發(fā)展的推動(dòng),經(jīng)示范和產(chǎn)業(yè)推動(dòng),,中國的太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目將以每年300~500MW的速度增長,,其電力市場為所在區(qū)域。因此,,在國家對太陽能熱發(fā)電出臺(tái)明確扶持政策的情況下,,其市場前景非常看好,,達(dá)到IEA(國際能源署),、ESTELA(歐洲太陽能光熱電力協(xié)會(huì))和綠色和平組織三家機(jī)構(gòu)在2009年發(fā)布的對中國CSP的總裝機(jī)容量和年裝機(jī)容量的預(yù)測,2030年裝機(jī)容量37GW,,是非常有可能的,。我國政府在中國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出到2020年,太陽能熱發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到20萬千瓦的目標(biāo)一定會(huì)提前實(shí)現(xiàn),,這個(gè)時(shí)候,,我國太陽能熱發(fā)電基本和光伏相當(dāng),相信中國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)在不久的將來一定會(huì)得到長足的發(fā)展,。

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