太陽能熱發(fā)電是能夠連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電，發(fā)揮煤電機(jī)組作用的電網(wǎng)友好型電源。隨著我國新型能源體系、新型電力系統(tǒng)以及風(fēng)光新能源大基地的加快建設(shè)，兼具調(diào)峰電源和儲(chǔ)能雙重功能、具備在部分區(qū)域作為調(diào)峰和基礎(chǔ)性電源潛力的太陽能熱發(fā)電技術(shù)正迎來新的發(fā)展機(jī)遇。然而，光熱發(fā)電行業(yè)也正面臨新的挑戰(zhàn)。

光熱發(fā)電行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

一、產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，成本快速下降，但與光伏風(fēng)電比依然較高

為推動(dòng)我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，形成國內(nèi)光熱設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)鏈，培育系統(tǒng)集成商，2016年9月，國家能源局組織實(shí)施了一批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)，發(fā)改委核定標(biāo)桿電價(jià)為1.15元/kWh（和2011年的光伏電價(jià)相同，當(dāng)時(shí)國內(nèi)光伏裝機(jī)已達(dá)到3GW）。通過示范項(xiàng)目的建設(shè)，我國完全掌握了光熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光、吸熱、儲(chǔ)換熱等核心技術(shù)，以及適應(yīng)我國高海拔、高寒地區(qū)環(huán)境的光熱電站設(shè)計(jì)集成、建設(shè)與運(yùn)營技術(shù)，并擁有完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從業(yè)企事業(yè)單位數(shù)量和產(chǎn)品供應(yīng)能力實(shí)現(xiàn)較大增長，為后續(xù)光熱發(fā)電進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

國家發(fā)展改革委在《關(guān)于太陽能熱發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》中提出：2019年以后國家將根據(jù)太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)電成本降低情況，適時(shí)完善太陽能熱發(fā)電價(jià)格政策，逐步降低新建太陽能熱發(fā)電價(jià)格水平。然而，財(cái)政部2020年1月發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》提出：新增光熱項(xiàng)目不再納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍?！秶野l(fā)展改革委關(guān)于2021年新能源上網(wǎng)電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》（發(fā)改價(jià)格〔2021〕833號(hào)）規(guī)定：2021年起，新核準(zhǔn)（備案）光熱發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)由當(dāng)?shù)厥〖?jí)價(jià)格主管部門制定，具備條件的可通過競(jìng)爭性配置方式形成，上網(wǎng)電價(jià)高于當(dāng)?shù)厝济喊l(fā)電基準(zhǔn)價(jià)的，基準(zhǔn)價(jià)以內(nèi)的部分由電網(wǎng)企業(yè)結(jié)算。

截至2023年底，我國并網(wǎng)運(yùn)行的光熱發(fā)電機(jī)組容量僅有57萬千瓦，裝機(jī)容量非常小；光熱發(fā)電處于發(fā)展初期，度電成本仍較高，并不具備同經(jīng)歷了數(shù)十年補(bǔ)貼發(fā)展的風(fēng)電、光伏平價(jià)的條件。此外，光熱發(fā)電的電力品質(zhì)尚未受到重視，對(duì)于促進(jìn)新能源消納的價(jià)值沒有被科學(xué)評(píng)估及在價(jià)格中體現(xiàn)。

二、產(chǎn)業(yè)鏈配套齊全，但電站項(xiàng)目少，拉動(dòng)強(qiáng)度不足

我國光熱發(fā)電技術(shù)起步晚于國外，最早的商業(yè)化光熱電站始建于上世紀(jì)80年代（美國），歐洲于2007年投運(yùn)了第一座商業(yè)化儲(chǔ)熱型光熱電站。我國首座50MW及以上光熱示范電站于2018年投運(yùn)。光熱發(fā)電涉及熱力學(xué)、傳熱學(xué)、光學(xué)、材料學(xué)、自動(dòng)化控制等多個(gè)學(xué)科，系統(tǒng)較為復(fù)雜。通過示范項(xiàng)目的建設(shè)，我國光熱發(fā)電整體技術(shù)能力基本與國外第二代商業(yè)化電站技術(shù)齊平，部分電站的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維水平已處于國際領(lǐng)先水平。然而，由于光熱發(fā)電項(xiàng)目初投資高，在沒有國家電價(jià)政策和補(bǔ)貼的情況下，光熱電站投資積極性不足，市場(chǎng)技術(shù)迭代機(jī)會(huì)欠缺，相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備等未能有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、集約化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)尚未釋放，導(dǎo)致度電成本仍較高，阻礙了快速邁向大規(guī)模發(fā)展。同時(shí)，新能源+儲(chǔ)能過網(wǎng)型技術(shù)逐步成熟、由電動(dòng)車發(fā)展帶動(dòng)起來的龐大的電池儲(chǔ)能技術(shù)成本不斷下降，如何快速實(shí)現(xiàn)降本增效是行業(yè)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。

三、光熱調(diào)峰啟動(dòng)，但機(jī)組容量小，不足以體現(xiàn)光熱的價(jià)值

光熱發(fā)電是具有靈活調(diào)節(jié)和系統(tǒng)支撐能力的可再生能源發(fā)電技術(shù)，是唯一具有替代煤電潛力的新能源技術(shù)。然而，首批示范項(xiàng)目是為了驗(yàn)證光熱發(fā)電技術(shù)路線的可行性；當(dāng)前風(fēng)光大基地項(xiàng)目中，光熱發(fā)電的裝機(jī)容量及系統(tǒng)配置受制于平價(jià)上網(wǎng)的投資經(jīng)濟(jì)性，功能定位為“調(diào)峰電源”，整體裝機(jī)容量比重較低（與風(fēng)光配比為1:6或1:9），不足以發(fā)揮對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的支撐作用。此外，光熱發(fā)電對(duì)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的價(jià)值，包括提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、提高風(fēng)電和光伏的安裝量等，尚未有定量的數(shù)據(jù)和價(jià)格體現(xiàn)。

促進(jìn)光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展的建議

一、研究制定“去補(bǔ)貼-市場(chǎng)化發(fā)展”過渡期間的光熱發(fā)電兩部制電價(jià)

光熱發(fā)電初投資較大，目前在風(fēng)光大基地中，光熱發(fā)電的角色被定為“調(diào)節(jié)性電源”，與風(fēng)電、光伏一體化發(fā)展，運(yùn)行策略為中午太陽能資源較好時(shí)，為光伏讓路，只在早晚高峰頂峰發(fā)電，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)從4000小時(shí)左右下降至2000小時(shí)甚至更低。建議在新能源基地中，率先開展上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制的市場(chǎng)化改革，研究出臺(tái)光熱發(fā)電機(jī)組的兩部制電價(jià)，結(jié)合全國典型光熱發(fā)電機(jī)組的投資成本，明確了光熱機(jī)組容量電價(jià)的適用范圍和國家補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，為光熱發(fā)電投資提供一定程度穩(wěn)定的預(yù)期和收入來源，充分體現(xiàn)光熱發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的支撐調(diào)節(jié)價(jià)值，從而提高新能源基地新能源電力比重。

在給予光熱發(fā)電機(jī)組容量電價(jià)的基礎(chǔ)上，耦合電能量價(jià)值（電力中長期或現(xiàn)貨市場(chǎng)）或調(diào)節(jié)價(jià)值（輔助服務(wù)）以及環(huán)境價(jià)值（CCER、綠電、綠證）的貨幣化實(shí)現(xiàn)，提高光熱發(fā)電項(xiàng)目投資的積極性，確保光熱發(fā)電行業(yè)持續(xù)健康運(yùn)行，在逐步去煤炭化的“雙碳”戰(zhàn)略背景下，促進(jìn)更大規(guī)模的新能源消納。未來隨著電力市場(chǎng)建設(shè)和頂層設(shè)計(jì)的不斷完善，光熱發(fā)電將最終通過市場(chǎng)化確定價(jià)格而非政府定價(jià)，不斷提升自己在電能量市場(chǎng)中的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)光熱發(fā)電在現(xiàn)階段的系統(tǒng)調(diào)節(jié)性以及未來基礎(chǔ)保障性電源轉(zhuǎn)型需要，從而確保電力系統(tǒng)發(fā)電容量的長期充裕性。

二、盡快開展太陽能熱發(fā)電對(duì)電網(wǎng)支撐能力的研究

受制于平價(jià)上網(wǎng)條件下的投資經(jīng)濟(jì)性，新能源大基地項(xiàng)目中光熱發(fā)電與光伏的容量配置比例極低，這些項(xiàng)目建成后對(duì)提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性的作用尚不明確。如此低的配置和容量恐將“杯水車薪”，無法保證新能源大基地的電力品質(zhì)和外送要求。建議盡快開展光熱發(fā)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)支撐能力的研究。依據(jù)大基地千萬千瓦級(jí)規(guī)模的直流送出特點(diǎn)以及西部地區(qū)的電網(wǎng)特征，結(jié)合用戶側(cè)需求，立足于對(duì)外輸送100%的新能源電力建設(shè)新能源基地，從參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻，進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行控制策略的優(yōu)化研究，結(jié)合不同儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)與響應(yīng)特性分析研究提升大基地外送消納能力的合理配置與優(yōu)化控制，以項(xiàng)目數(shù)據(jù)驗(yàn)證光熱發(fā)電的實(shí)際調(diào)節(jié)作用和系統(tǒng)支撐能力。建議根據(jù)受電地區(qū)的負(fù)荷特性，研究確定上網(wǎng)電價(jià)系數(shù)和對(duì)應(yīng)的時(shí)段，使上網(wǎng)電價(jià)體現(xiàn)供求關(guān)系，激勵(lì)電源為系統(tǒng)調(diào)峰。

三、不斷總結(jié)現(xiàn)有商業(yè)化光熱電站的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，降低成本

1）提高核心設(shè)備的壽命和可靠性。由于在今后與光伏及風(fēng)電打捆的太陽能光熱電站需頻繁啟停及大幅度變負(fù)荷運(yùn)行，吸熱器、儲(chǔ)熱、換熱以及汽輪機(jī)熱應(yīng)力問題突出，頻繁啟停造成的疲勞問題和安全問題不容忽視。需要研究并進(jìn)一步提高材料和設(shè)備的安全性和可靠性，建議對(duì)百兆瓦級(jí)吸熱器、熔融鹽罐體、耐熱震蒸汽透平、大容量蒸汽發(fā)生器等進(jìn)行研究。

2）優(yōu)化電站來云的應(yīng)對(duì)策略。云是影響電站集熱量、發(fā)電量的重要因素；另外，云層短時(shí)間的遮擋和離開會(huì)使吸熱器表面受熱發(fā)生巨大變化，從而影響吸熱器的使用壽命以及電站的安全運(yùn)行。云策略的優(yōu)化可以減少熱沖擊對(duì)設(shè)備的影響，減小運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。建議研制短時(shí)更精確的云/太陽輻照度預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

3）提高聚光場(chǎng)效率。低成本光伏電力加熱熔鹽的技術(shù)對(duì)太陽能熱發(fā)電的集熱場(chǎng)造成巨大沖擊。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能聚光成本占比最高。一方面要與現(xiàn)有商業(yè)化光熱電站結(jié)合，開發(fā)低成本聚光器和鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)及反射鏡自潔技術(shù)，提高聚光器動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度，減少集熱系統(tǒng)溢出損失。另一方面，需要采用新的聚光方式，降低余弦損失和截?cái)鄵p失，提高太陽能聚光場(chǎng)的年均光學(xué)效率，用更小的光場(chǎng)提高能量輸出，從而從根本上降低聚光場(chǎng)成本。

4）提高核心材料性能。需要開發(fā)高溫高穩(wěn)定性光/熱轉(zhuǎn)化材料，高溫合金，高溫長壽命低成本“充/儲(chǔ)/放熱”材料，柔性反光材料。

5）組織專門第三方技術(shù)力量，總結(jié)示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試評(píng)價(jià)在運(yùn)國家光熱發(fā)電示范電站。建議對(duì)光熱示范電站核心設(shè)備、子系統(tǒng)和全系統(tǒng)以及輔機(jī)設(shè)備的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，形成詳細(xì)的測(cè)試科研報(bào)告；并基于數(shù)據(jù)梳理經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，得出設(shè)備設(shè)計(jì)方法、運(yùn)行操作規(guī)范、系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范和事故處理大綱。

6）提高我國在高精度檢測(cè)測(cè)量設(shè)備研制和工程應(yīng)用。我國相關(guān)檢測(cè)測(cè)量設(shè)備主要為進(jìn)口設(shè)備。建議重點(diǎn)開展高能流密度測(cè)量系統(tǒng)、生產(chǎn)線和現(xiàn)場(chǎng)的聚光器誤差測(cè)量儀器、槽式集熱器聚光誤差測(cè)試儀器、高溫熔鹽以及顆粒流量計(jì)等儀器儀表的研制和工程應(yīng)用。

四、開展光熱發(fā)電前沿技術(shù)示范，持續(xù)深化基礎(chǔ)研究

技術(shù)創(chuàng)新是促進(jìn)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的源泉，建議加緊部署前沿顛覆性技術(shù)研究，支持光熱發(fā)電新技術(shù)研發(fā)和新技術(shù)示范工程。建議開展低成本聚光方式的基礎(chǔ)研究，從太陽形狀、太陽輻射的能量性質(zhì)，光學(xué)曲面的自適應(yīng)調(diào)控方法，高密度聚集光能對(duì)物質(zhì)表面微觀結(jié)構(gòu)的影響，太陽能到化學(xué)能轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)及反應(yīng)器研究，太陽能超臨界水蒸氣發(fā)電等基礎(chǔ)研究內(nèi)容。在“十三五”太陽能超臨界二氧化碳發(fā)電基礎(chǔ)研究項(xiàng)目基礎(chǔ)上，進(jìn)行20-50MWe級(jí)高溫超臨界二氧化碳太陽能熱發(fā)電示范研究；采用綠色傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)的太陽能熱發(fā)電站以及50MW級(jí)太陽能熱化學(xué)燃?xì)怆娬镜惹把丶夹g(shù)研發(fā)和示范。同時(shí)開展基于熱力學(xué)第二定律效率的能量轉(zhuǎn)換方式研究、太陽能聚光與高溫氫燃料電池系統(tǒng)耦合發(fā)電技術(shù)等前沿理論研究。

五、盡快實(shí)施單機(jī)大容量光熱發(fā)電示范項(xiàng)目

推動(dòng)大容量、低成本光熱發(fā)電項(xiàng)目的應(yīng)用。通過加強(qiáng)新裝備、新技術(shù)研發(fā)和試驗(yàn)示范工作進(jìn)一步提升其靈活性和調(diào)節(jié)能力，加快技術(shù)改進(jìn)和設(shè)備升級(jí)，提高光熱機(jī)組的發(fā)電效率，降低單位發(fā)電成本，增加機(jī)組在市場(chǎng)上的競(jìng)爭力。建議盡快實(shí)施光熱單機(jī)規(guī)模大、容量比例高的“光熱+”一體化大基地示范項(xiàng)目，總結(jié)高比例“光熱+”大基地項(xiàng)目的發(fā)電以及調(diào)峰特性，將太陽能熱發(fā)電站規(guī)模推廣到1000MW級(jí)，助力以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展。

六、推進(jìn)以太陽能為主的多能互補(bǔ)的低碳發(fā)電技術(shù)示范

太陽能高溫集熱與火電及核電的互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)，與高溫燃料電池制氫技術(shù)的結(jié)合，與生物質(zhì)能的互補(bǔ)系統(tǒng)。特別是考慮在大基地中考慮以光熱為主，與火電結(jié)合的1000MW級(jí)混合電力系統(tǒng)技術(shù)，將電站調(diào)峰速率提高4倍，將度電煤耗降低70%。

七、對(duì)多種新型儲(chǔ)能發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行集中示范，研究其在電網(wǎng)中實(shí)際發(fā)揮的作用和特性

熔鹽儲(chǔ)能光熱發(fā)電、純電制熱熔鹽儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等技術(shù)都適用于電力系統(tǒng)大規(guī)模、長時(shí)間、長壽命的儲(chǔ)能調(diào)峰應(yīng)用場(chǎng)景。在青海省或甘肅等同等資源條件下，對(duì)純?nèi)埯}儲(chǔ)能光熱發(fā)電以及光伏+純電制熱熔鹽儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等技術(shù)路線進(jìn)行集中示范，研究不同季節(jié)、不同氣象條件下各電源的發(fā)電功率特性，在項(xiàng)目整體上網(wǎng)電力曲線相同的情況下，對(duì)電網(wǎng)的實(shí)際支撐作用。