細數幾種“光熱發電+”電站開發模式

2018-08-13 11:24:13 北極星太陽能光伏網　點擊量：評論 (0)

光熱發電技術主要分塔式、槽式、碟式、菲涅爾式四大類，這其中又因傳儲熱介質、儲熱方式、聚光方式的差異而呈現多元化。

就入選中國首批示范的20個項目來說，均采用單一的塔式、槽式或菲涅爾式技術。而同樣由國家能源局發布的23個首批多能互補集成優化示范工程中也包含一定的光熱發電裝機，其中由山東電力建設第三工程有限公司擔任EPC的魯能海西州格爾木多能互補集成優化示范項目目前也在積極推進建設。

雖然裝機50MW的光熱發電系統相對于總裝機700MW的魯能項目只能作為配角，但這種“光熱發電+”的電站開發模式也提供了一種光熱發電項目開發的新思路。

目前，鑒于光熱發電依然面臨著投資成本較大、度電成本較高的現狀，采用“光熱發電+”的電站開發模式在一定程度上可有助于削減光熱發電項目的投資成本，降低投資風險。

從理論上來講，光熱發電四種主要技術路線之間、光熱發電與傳統火電以及與其它可在生能源之間都有可能碰撞出“火花”，并實現互補多贏的理想效果。

1.光熱發電+光熱發電

首先來看看不同光熱發電技術路線之間可以進行哪些“光熱發電+”組合以及目前業界已經進行了哪些嘗試。

1)槽式+塔式

代表項目：摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目、迪拜700MW光熱電站

2017年9月，一則新聞大大鼓舞了中國光熱發電行業：沙特ACWA電力公司(ACWA Power)和上海電氣集團股份有限公司聯合體以7.3美分/kWh的超低電價中標迪拜700MW項目EPC總承包合同。

迪拜700MW光熱項目位于迪拜阿勒馬克圖姆太陽能園，由3個裝機為200MW的槽式電站(世界上單體裝機最大的槽式電站)以及1個裝機為100MW的塔式電站組成，是目前全球規模最大光熱電站項目。該項目是迪拜“清潔能源戰略”的重要組成部分，每年能夠為迪拜270000多家住戶提供清潔電力，每年可減少140萬噸碳排放量。

該超低電價的誕生在一定程度上歸功于該項目一塔三槽的設計方案。槽式與塔式發電技術相結合的技術方案可以集合槽式的成熟和塔式的高效，還能提高項目整體的儲能能力并降低儲能成本。從技術層面來看，槽式技術相對更加成熟，商業化驗證程度也更高，其裝機量在目前已建成光熱發電項目裝機量中占比最大。但塔式光熱技術正憑借其較高的工作運行溫度和因此帶來的整體系統效率提升而逐步開始發力，在全球范圍內開始得到大規模部署。

ACWA Power業務發展執行總監Andrea Lovato表示：“按照我們的技術方案，塔式光熱系統將配置15小時的儲熱系統，而槽式系統將配置11個小時的儲熱系統，這兩種技術的有機結合使系統可以根據需求隨時提供電力，同時又有助于降低總發電成本。槽式技術是一種更成熟、風險更低的技術路線，而塔式技術的加入將助力儲能成本下降。”

此外，即將全面投運、也由山東電力建設第三工程有限公司參建的摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目也已體現出槽式與塔式技術結合的優勢，其中一期NOORI(160MW)、二期NOORII(200MW)采用槽式太陽能熱發電技術，三期NOORIII(150MW)采用塔式太陽能熱發電技術，而NOORII和NOORIII項目此前的平均中標價15.67美分/kWh代表了當時光熱發電項目的最低電價水平。

圖：NOOR光熱發電項目綜合體全景

2)菲涅爾+塔式

代表項目：日本三菱菲涅爾塔式混合光熱發電系統

由日本三菱日立電力系統(MHPS)建設的菲涅爾塔式混合光熱發電系統由低溫菲涅爾集熱蒸發系統、塔式過熱器和收集太陽光線的定日鏡等部分組成。與傳統的光熱發電系統相比，這一混合型系統能夠以更低成本生產溫度更高的蒸汽。

在該系統中，菲涅爾集熱器將收集70%的太陽光線，通過與水換熱產生溫度300攝氏度左右的蒸汽。之后，蒸汽會被送到位于塔頂的吸熱器，通過定日鏡的聚焦，進一步加熱到550攝氏度左右。由于蒸汽已經被預熱過，其所需的定日鏡陣列規模也要小得多，因此成本遠低于常規的CSP系統。MHPS表示，這套測試中的混合光熱發電系統，能夠產生等效300千瓦的電能。

據了解，該項目占地面積約為10000m2，包括菲涅爾集熱蒸發系統、塔式吸熱器和150面塔式定日鏡，這些配置有跟蹤系統的定日鏡可以跟蹤太陽以將更多太陽光線反射到過熱器的焦點上。

3)碟式+槽式/塔式

從發電原理角度來說，碟式與槽式、塔式及菲涅爾式有較大不同，在中國首批示范項目競爭中也落得下風。但在申報過程中，“碟式斯特林+槽式”、“碟式斯特林+塔式”開發模式的出現仍叫人眼前一亮。

雖然上述兩種開發模式目前尚無大型商業化項目案例，但隨著碟式光熱技術的不斷發展進步，未來這兩種開發模式也值得期待。

2.光熱發電+其它清潔能源

1)光熱發電+光伏

采用光熱光伏混合開發模式的案例較多，該模式可以實現在對太陽能資源相對高效和經濟性利用的同時，為人類持續穩定提供綠色電能。

代表項目：Ashalim太陽能綜合體、Noor Midelt光熱光伏混合電站、智利Cerro Dominador項目、Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目等

以色列在建的總裝機超300MW的Ashalim太陽能綜合體項目包括兩個光熱發電項目(Ashalim1和Ashalim2，裝機均為121MW)和一個裝機70MW的光伏發電項目;Noor Midelt項目總裝機規模預計為400MW，按照初步設想，該項目將建于Midelt東北方向約25公里處，總占地面積達3000公頃，其中光熱發電裝機將達150-190MW、儲熱時長可達5小時以上，而光伏電站裝機量由投標人自行決定，但不能超過光熱電站夜間凈容量的20%;拉丁美洲首個光伏光熱混合電站Cerro Dominador則由一個裝機100MW的光伏電站和一個110MW的塔式光熱電站組成，總投資達18億美元;上文已經提到的Noor Quarzazate項目位于摩洛哥瓦爾扎扎特(Ouarzazate)，總裝機580MW，占地2000公頃，耗資27億美元，包括510MW的光熱發電裝機和70MW的光伏裝機。

圖：裝機121MW的Ashalim1塔式光熱電站

光熱發電與光伏發電的結合越來越受到大眾的關注與認可。此前，德國航空航天中心DLR研究結果表明，在現有條件下，光熱和光伏相結合是目前最具前景的太陽能發電技術路線。光伏發電廠直接向電網供電，在用電高峰期，比如夜間，光熱將在夜晚通過儲熱發揮其優勢。即使增加化石燃料補燃也將相對容易可行，成本不會過高。

另外，摩洛哥可持續能源署masen高級代表Adil Bouabdallah在于不久前召開的CPC2018大會上曾表示，masen認為光伏和光熱的結合將會是未來太陽能發展的方向。通過不同比例的配置，可以開發出3種組合模式;高CSP低PV，此種模式中，光熱晝夜運行;CSP&PV平均分配，白天光伏用于發電，光熱僅在部分時間發電，夜間光熱滿負荷發電;高PV和低CSP的模式，光伏白天發電，光熱儲能用于夜間發電。這種太陽能混合發電的概念正逐漸在全球范圍內被廣泛認識。

2)光熱發電+光伏+風電+儲能

在此類項目中，光熱發電往往利用其出色的調峰能力擔任輔助角色，但隨著光熱發電技術的發展進步，有望不斷提升自己的比重。

代表項目：魯能海西州700MW風光熱儲多能互補項目

開篇提到的魯能海西州700MW風光熱儲多能互補項目由西北電力設計院設計，位于青海省海西州格爾木市境內，總裝機容量700兆瓦，其中風電400兆瓦，光伏200兆瓦，光熱50兆瓦，儲能50兆瓦。該項目于2017年6月開工，成為國家首個正式建設的集風光熱儲于一體的多能互補科技創新項目。