雖然光熱發(fā)電在全球范圍內(nèi)已發(fā)展逾40年，但對(duì)該領(lǐng)域以外的大眾而言，這仍只是一個(gè)陌生的名詞。事實(shí)上，包括中國在內(nèi)，全世界目前有幾十個(gè)光熱發(fā)電的商業(yè)化電站已投入運(yùn)行。

電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院副主任工程師鄭韞哲于近日對(duì)記者表示，塔式光熱發(fā)電機(jī)組將成為光熱發(fā)電技術(shù)的主流，高參數(shù)、大容量與連續(xù)發(fā)電是光熱發(fā)電的發(fā)展方向。隨著光熱發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展以及成本的下降，未來它將成為替代常規(guī)化石能源的重要清潔電能。

發(fā)展迅速的光熱發(fā)電

光熱發(fā)電原理為先利用反射鏡，將太陽的直接輻射能聚集在吸熱器上，加熱吸熱器中的吸熱介質(zhì)后將光能轉(zhuǎn)化成熱能；再利用吸熱介質(zhì)的熱能，通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，之后利用高溫高壓蒸汽通過汽輪發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)熱能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)換。

鄭韞哲指出，光熱發(fā)電中后段部分的過程與燃煤發(fā)電基本相似?！暗鉄岚l(fā)電配備了一個(gè)典型的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，可以在白天吸收多余的太陽能資源，到了晚上再發(fā)電。這樣保證太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)全天24小時(shí)的發(fā)電。整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)于燃煤電站來說更加復(fù)雜，它的復(fù)雜點(diǎn)在于各個(gè)系統(tǒng)之間的集成以及控制?！?/p>

根據(jù)光熱發(fā)電技術(shù)按照聚光集熱方式的不同，分為槽式、塔式、線性菲涅爾式與碟式。

槽式和塔式是光熱發(fā)電采用的兩種主流發(fā)電形式。在已投運(yùn)的光熱發(fā)電機(jī)組中，槽式機(jī)組占60%~70%的比例，而在建光熱發(fā)電機(jī)組中塔式光熱發(fā)電機(jī)組則占據(jù)比較高的比例。

“這也說明，未來塔式光熱發(fā)電機(jī)組可能成為光熱發(fā)電技術(shù)的主流?！编嶍y哲說。

目前，全球光熱發(fā)電機(jī)組建成最多的兩個(gè)國家分別為西班牙和美國，同時(shí)摩洛哥、南非、印度、中國等國發(fā)展也很迅速——這與上述國家光熱資源條件較好有著直接關(guān)聯(lián)。

光熱發(fā)電可擔(dān)當(dāng)電力系統(tǒng)主力

研究顯示，與燃煤機(jī)組相比，光熱發(fā)電機(jī)組具有更好的調(diào)節(jié)性能。它的負(fù)荷條件范圍更寬，最小的負(fù)荷可以達(dá)到20%，蒸汽發(fā)熱系統(tǒng)升溫速率最高可達(dá)到每分鐘10度，大大縮短了汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，在冷態(tài)情況下可以達(dá)到60分鐘，熱態(tài)情況下20分鐘便能啟動(dòng)。

以西班牙Gemasolar電廠19.9兆瓦機(jī)組（儲(chǔ)熱15小時(shí)）為例。該電廠無論是全天24小時(shí)亦或一周7天里，出力均相當(dāng)穩(wěn)定。

鄭韞哲分析道：“光熱發(fā)電為什么能產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的出力曲線？這多虧了它的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。光熱發(fā)電通過配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)，能夠保持穩(wěn)定的電力輸出，并不受光照強(qiáng)度變化的影響。如果儲(chǔ)熱系統(tǒng)的容量足夠大，機(jī)組可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)發(fā)電。同時(shí)，可以根據(jù)電網(wǎng)用電負(fù)荷的需要，快速地調(diào)節(jié)汽輪發(fā)電機(jī)組的出力，即參與電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。另外，光熱發(fā)電機(jī)組比燃煤機(jī)組的啟停時(shí)間短、最低運(yùn)行負(fù)荷低，具有更好的調(diào)峰性能。”

他認(rèn)為，在電力系統(tǒng)中，光熱發(fā)電機(jī)組可以作為主力機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷，以及作為電力系統(tǒng)中的調(diào)峰機(jī)組承擔(dān)高峰負(fù)荷。而且裝設(shè)光熱發(fā)電機(jī)組的電力系統(tǒng)，還可以提高系統(tǒng)接納風(fēng)電或光伏發(fā)電的比重。

數(shù)據(jù)顯示，2018年全球光熱發(fā)電建成裝機(jī)容量新增936兆瓦，總裝機(jī)在2017年5133兆瓦的基礎(chǔ)上增至約6069兆瓦，增幅為18.23%。

其中，中國光熱發(fā)電市場新增裝機(jī)215兆瓦，占全球總新增裝機(jī)量的23%。換言之，中國對(duì)全球光熱發(fā)電的貢獻(xiàn)非常巨大。

他介紹道，裝機(jī)200兆瓦的摩洛哥NoorII光熱電站，是目前世界上槽式單機(jī)容量最的大商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目，于2018年1月10日首次并網(wǎng)成功。

NoorII電站裝機(jī)200兆瓦，采用SenerTrough2大開口槽式集熱器，建設(shè)425個(gè)集熱回路，熔鹽儲(chǔ)熱時(shí)長7小時(shí)。

目前，全球正在實(shí)施的最大光熱發(fā)電項(xiàng)目為阿聯(lián)酋迪拜MohammedbinRashidAlMaktoum太陽能園區(qū)第四期的700兆瓦光熱發(fā)電項(xiàng)目。該項(xiàng)目由3個(gè)裝機(jī)200兆瓦的槽式電站，以及1個(gè)裝機(jī)100兆瓦的塔式電站組成。2018年3月19日該項(xiàng)目舉行了動(dòng)工儀式，4月13日在上海舉行了總包合同簽約儀式，5月17日國家發(fā)改委通過絲路基金關(guān)于投資迪拜光熱電站項(xiàng)目的備案。

沙特ACWA電力公司和上海電氣集團(tuán)組成的聯(lián)合體將共同建設(shè)該項(xiàng)目。預(yù)計(jì)電價(jià)為7.3美分每千瓦時(shí)，PPA執(zhí)行年限高達(dá)35年，項(xiàng)目的第一階段預(yù)計(jì)將于2020年建成。中國能建華東院在發(fā)電導(dǎo)設(shè)計(jì)中參與了工作。

國家政策推動(dòng)光熱發(fā)電發(fā)展

2016年9月14日，能源局發(fā)布《國家能源局關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的通知》（國能新能[2016]223號(hào)），確定第一批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目名單及電價(jià)。

2016年12月，國家能源局發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016~2020年）》，提出到2020年底，要實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到500萬千瓦。

2018年5月22日，國家能源局下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》，重點(diǎn)明確要建立電價(jià)退坡機(jī)制、建設(shè)內(nèi)容調(diào)整機(jī)制、項(xiàng)目退出機(jī)制和失信懲戒等制度，確保發(fā)揮首批項(xiàng)目的行業(yè)示范引領(lǐng)作用。

目前，我國投運(yùn)的光熱發(fā)電電站包括八達(dá)嶺1兆瓦塔式試驗(yàn)電站、中廣核德令哈50兆瓦槽式商業(yè)電站、首航節(jié)能敦煌100兆瓦塔式商業(yè)電站、中控青海德令哈50兆瓦塔式商業(yè)電站、天津?yàn)I海甘肅熔鹽槽式發(fā)電項(xiàng)目、常州龍騰烏拉特導(dǎo)熱油槽式集熱回路及鹽城300kWt二次反射示范項(xiàng)目。

在目前中國20個(gè)光熱發(fā)電的示范項(xiàng)目中，共有7個(gè)槽式電站、9個(gè)塔式電站以及4個(gè)線性菲涅爾電站。

鄭韞哲認(rèn)為，提及光熱發(fā)電時(shí)不能忽略其另外一個(gè)重要功能，即目前已經(jīng)實(shí)施的、包含光熱發(fā)電在內(nèi)的多能互補(bǔ)項(xiàng)目。

如在青海海西州的魯能多能互補(bǔ)電站項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中，魯能打算建設(shè)50兆瓦的光熱發(fā)電項(xiàng)目，并通過配備可以產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定電力輸出的光熱發(fā)電機(jī)組。該項(xiàng)目可大大提高電網(wǎng)對(duì)于光伏、風(fēng)電等可再生能源的消納接受的能力。

光熱發(fā)電未來將占據(jù)高比例

關(guān)于光熱發(fā)電在我國的發(fā)展前景，鄭韞哲指出，2018年全國一次能源消費(fèi)總量為46.4億噸標(biāo)煤，非化石能源占比14.3%。到2020年，非化石能源在一次能源消費(fèi)中的比重計(jì)劃達(dá)到15%，2030年計(jì)劃達(dá)到20%、2050年達(dá)到50%。

而且，我國在《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016~2030）》中提到，非化石能源發(fā)電量在2030年占到全部發(fā)電量的50%、所對(duì)應(yīng)的發(fā)電裝機(jī)占總量的55%。鄭韞哲說：“這其中，光熱發(fā)電會(huì)占據(jù)相當(dāng)高的比例”。

法向直射太陽輻射（DNI）值是當(dāng)前光熱發(fā)電技術(shù)方案選擇及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。國際上光熱發(fā)電廠址的DNI通常在1800kWh/m2a以上，我國首批示范項(xiàng)目申報(bào)時(shí)要求1600kWh/m2a以上，建議在1700kWh/m2a以上。

鄭韞哲預(yù)計(jì)：“據(jù)初步估算，中國擁有可利用的年DNI＞1700kWh/m2的土地約94萬km2，分布于西北的新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、青海以及西藏等地區(qū)?！?/p>

以10萬平方公里面積計(jì)算為例，其年發(fā)電量為54000×108kWh。按配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)為3500計(jì)算，10萬平方公里土地可裝機(jī)容量約為15億千瓦。

“這已是一個(gè)相當(dāng)巨大的數(shù)字?！编嶍y哲說。

他指出，全國很多地區(qū)尤其西北部的地方政府非常重視發(fā)展光熱發(fā)電，并紛紛制訂了很多建設(shè)基地的規(guī)劃，“電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院也曾經(jīng)參與評(píng)審過一些光熱發(fā)電基地的規(guī)劃，比如甘肅玉門花海百萬千瓦級(jí)光熱發(fā)電基地規(guī)劃、內(nèi)蒙古阿拉善盟左旗光熱發(fā)電示范基地規(guī)劃、青海省光熱發(fā)電開發(fā)規(guī)劃等”。

高參數(shù)、大容量與連續(xù)發(fā)電是發(fā)展方向

隨著中國光熱發(fā)電示范項(xiàng)目的建設(shè)，也陸續(xù)帶動(dòng)了一批后續(xù)項(xiàng)目的前期工作的開展。

鄭韞哲介紹道，去年5月18日，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院發(fā)布了《中國電力發(fā)展報(bào)告2017》，以塔式光熱發(fā)電機(jī)組、12小時(shí)儲(chǔ)熱時(shí)間為例，分析出電價(jià)的各項(xiàng)成本構(gòu)成。

如電價(jià)構(gòu)成中占比較大的項(xiàng)目有初始投資、財(cái)務(wù)費(fèi)用、修理費(fèi)、銷售稅金及附加和所得稅；主要影響因素包括初始投資、系統(tǒng)效率，年法向直接輻射照度（DNI）、儲(chǔ)熱時(shí)長、融資成本、稅收政策等。

“預(yù)計(jì)到2020年，光熱發(fā)電的工程造價(jià)會(huì)從現(xiàn)在的每千瓦2.5~3萬元降低到2.1萬左右，電價(jià)降低至0.87元每度電。之所以有這么樂觀的估計(jì)，是基于中國風(fēng)電和光伏新能源已有的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，光熱發(fā)電成本下降的速度一定要比國外更快。”鄭韞哲說。

高參數(shù)、大容量、連續(xù)發(fā)電是光熱發(fā)電未來的發(fā)展趨勢。鄭韞哲認(rèn)為，高參數(shù)即為聚光比高、運(yùn)行溫度高和熱電轉(zhuǎn)換效率高?！盀榇?，必須在高反射率高精度反射鏡、高精密度跟蹤控制系統(tǒng)、高熱流密度下的傳熱、光熱電轉(zhuǎn)換等核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的研制中，加大研發(fā)力度。”

大容量則主要指發(fā)電規(guī)模大，要形成吉瓦級(jí)的發(fā)電能力，主要需降低投資成本和單位發(fā)電成本，逐步具備與火力發(fā)電成本相當(dāng)?shù)母偁幠芰Α?/p>

“連續(xù)發(fā)電則主要是提高儲(chǔ)熱效能。我相信隨著光熱發(fā)電的規(guī)模化發(fā)展以及成本的下降，未來它一定會(huì)成為替代常規(guī)化石能源的重要清潔電能?！编嶍y哲總結(jié)道。