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以技術(shù)革新實現(xiàn)更高運行溫度削減光熱發(fā)電LCOE

發(fā)布者：本網(wǎng)記者Robin | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 8683查看 | 2013-01-30 11:46:00

　　削減光熱發(fā)電的LCOE是全球光熱發(fā)電業(yè)界當(dāng)前面臨的共同命題。在全球能源市場的激烈競爭下，替代能源技術(shù)如光伏和風(fēng)電正在逐步接近傳統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電的成本，而光熱發(fā)電依然需要進一步降低LCOE以使其可以在可再生能源市場中占穩(wěn)腳跟。

　　CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：CSPPLAZA已經(jīng)在此前的多篇報道中討論過這一命題，增大光熱電站的相對裝機容量、降低項目融資的貸款利率、拉動組件成本下降、增大發(fā)電量等等，這一系列的解決路徑都是基于LCOE的影響因子來考慮的。

　　從更深一層來看，我們需要從技術(shù)角度上設(shè)法提升光熱電站的運行溫度。溫度影響著光熱電站的發(fā)電效率和發(fā)電量，進一步影響了LCOE。

　　如果將光熱電站的運行溫度從當(dāng)前普遍的380攝氏度提升到550攝氏度，對LCOE產(chǎn)生的具體影響有幾何？我們從理論層面上來探討這一問題。

技術(shù)革新方向：降低LCOE

　　在過去的幾年內(nèi)，太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)界共同努力已經(jīng)推動了LCOE的持續(xù)下跌，摩洛哥瓦爾扎扎特160MW槽式項目的中標(biāo)電價僅為1.62道拉姆/KWH（約0.188美元/KWH，約人民幣1.183元/KWH），這一事實說明了業(yè)內(nèi)對光熱發(fā)電成本的掌控預(yù)期。這個電價有著里程碑的意義，但相對于風(fēng)電和光伏，該電價依然偏高。我們?nèi)孕柙诖嘶A(chǔ)上進一步消減LCOE，才能使光熱發(fā)電在全球能源市場競爭者占據(jù)重要地位。

　　LCOE的影響因素眾多，每個光熱電站所處的地理環(huán)境的不同都將對LCOE造成重要影響。CAPEX的降低和電力產(chǎn)能的提高是LCOE降低的兩大直接影響要素。

　　我們此前已在相關(guān)文章中提到過LCOE的計算公式，從該公式可以看出，降低LCOE可以通過降低CAPEX和OPEX實現(xiàn)；同時，提升電站的運行性能，增加電力產(chǎn)能也將對LCOE削減帶來一定幫助。經(jīng)驗數(shù)據(jù)顯示，CAPEX約占一個光熱電站總的生命周期內(nèi)投資成本的50%左右，是其中最大的影響因素，項目融資帶來的投資支出約占31%左右，OPEX約占13%，剩余的是相關(guān)的稅費支出。

　　據(jù)CSPTODAY發(fā)布的研究數(shù)據(jù)顯示，降低1%的CAPEX大約可以削減0.8%~0.9%的LCOE，提升1%的發(fā)電量大約可以帶來0.7%~0.8%的LCOE削減。

　　新技術(shù)的開發(fā)即是為了降低成本、提升發(fā)電效率。但一般來講，降低成本和提升效率是相悖的，大多時候，成本降低則意味著效率隨之下降。

　　技術(shù)的主要革新方向集中于：一是更廉價、更高效、可運行溫度更高的傳熱介質(zhì)的開發(fā)；二是新的高效廉價的儲熱系統(tǒng)的開發(fā)；三是對光熱電站的組件設(shè)備進行改進，如增大槽式反射鏡的聚光面積，提高反射鏡的反射率，改進塔式接收器的設(shè)計，定日鏡系統(tǒng)的設(shè)計等；四是自動化的運維程序和監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用以降低運維成本等等。

傳熱介質(zhì)研發(fā)：實現(xiàn)更高溫度

　　上述幾個方面為LCOE的削減提供了廣闊的空間，目前對各種解決途徑關(guān)注較多的當(dāng)歸于新型傳熱介質(zhì)的研發(fā)，如美國能源部此前通過Sunshot計劃給予1000萬美元支持光熱發(fā)電傳熱介質(zhì)的研發(fā)。

　　根據(jù)卡諾循環(huán)原理，卡諾循環(huán)中的熱機效率的計算公式如下：卡諾效率η=1－Tc/Th（Tc指低溫?zé)嵩礈囟?，Th指高溫?zé)嵩礈囟龋瑹崃垦h(huán)的溫差越高，發(fā)電效率越高。當(dāng)前光熱電站的實際運行效率還遠(yuǎn)低于卡諾循環(huán)的理論效率。

　　實現(xiàn)更高的運行溫度對光熱電站提高效率是極為有益的。熔鹽塔式電站可以獲得550攝氏度左右的蒸汽溫度，比傳統(tǒng)的槽式電站一般能夠達(dá)到的380攝氏度的溫度要高出不少，帶來的直接影響是熱電轉(zhuǎn)化效率提高了5%~8%。

　　熔鹽傳熱介質(zhì)的主要缺點是熔點太高，易凝固堵塞管路。當(dāng)前熔鹽的研發(fā)目標(biāo)是開發(fā)出低熔點、高氣化點的熔鹽，而現(xiàn)實中面臨的困難是熔點降低了，其氣化點也隨之降低。這兩者是相悖的。

　　下表展示了效率和運行溫度之間的關(guān)系：其中淺藍(lán)色的曲線為各溫度對應(yīng)下的理論卡諾效率，深藍(lán)色的曲線為現(xiàn)實中可以實現(xiàn)的效率上限（以75%的理論效率折算），同時給出了在超臨界蒸汽循環(huán)、超臨界二氧化碳循環(huán)下的效率變化。從該圖可以看出，溫度與效率的正相關(guān)關(guān)系。運行溫度提高→熱效率提高→發(fā)電量提高→LCOE降低

　　為量化這些關(guān)系，可以確定一個提高運行溫度和削減LCOE的一個理論關(guān)聯(lián)式，但這一公式難以成為一個通用關(guān)聯(lián)式，因為每個電站都因DNI值和電站設(shè)計等而出現(xiàn)不同的結(jié)果，1%的熱效率的增加對不同電站的發(fā)電量的影響也不盡相同。

　　我們可以假定一種參考情景，如下表，對一個110MW的配置了6小時儲熱的槽式電站進行成本和運行性能分析，假定蒸汽溫度可從380攝氏度提高到1000攝氏度，LCOE的削減幅度可達(dá)40%，如果從380攝氏度提高到550攝氏度，可削減10%的LCOE。

　　LCOE通過提高運行溫度來削減的同時，還可以相對減少光場系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模，由于熱效率提高，光場的集熱規(guī)模就可以對應(yīng)減小。對一個110MW的光熱電站進行分析，如果發(fā)電效率從39.5%提高到44%（通過將傳熱介質(zhì)的溫度提高至560攝氏度），光場的集熱面積可相應(yīng)減小約10%，這將產(chǎn)生CAPEX的大幅下降。

　　但在實際操作中，提高電站運行溫度還可能面對來自材料，組件設(shè)計和電站構(gòu)造等方面的障礙，這些對CAPEX也會造成一定的負(fù)面影響。在進行相關(guān)研發(fā)時應(yīng)通盤考慮。

　　總的來看，提高運行溫度對LCOE削減有重要意義，CSP產(chǎn)業(yè)對此在時間和金錢上的投入是值得肯定的。實現(xiàn)更高的運行溫度不僅僅可以提高效率，還可以相應(yīng)地降低CAPEX。但這又是一把雙刃劍，更高的運行溫度的實現(xiàn)需要材料和組件設(shè)計方面的進一步發(fā)展，這同時又將增加CAPEX。

　　因此，研發(fā)的方向應(yīng)是，這種新型的傳熱介質(zhì)可以幫助實現(xiàn)更高的運行溫度，整體上又不增加過多的系統(tǒng)額外投入，對CAPEX不造成過多的負(fù)面影響。這是我們面對的一個較大的挑戰(zhàn)，需要CSP業(yè)界的共同努力。

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