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太陽能光熱發(fā)電的未來成本趨勢

發(fā)布者：本網(wǎng)記者Jason | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 2評論 | 13661查看 | 2012-10-23 07:41:00

　　CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：以研發(fā)提升價值鏈、以工業(yè)化拉動組件成本下降，以規(guī)?；苿右?guī)模經(jīng)濟效應(yīng)的實現(xiàn)，光熱發(fā)電的未來成本走向決定于此。

　　不可否認的是，盡管光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)誕生多年，但直到今天，其商業(yè)化應(yīng)用還處于初級發(fā)展階段，離平價上網(wǎng)的目標(biāo)還有較遠距離。降低成本是光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)界共同的責(zé)任和目標(biāo)。

　　圖表1指出了2010年~2020年十年間，各種CSP技術(shù)的成本下降趨勢。從中可以看出，采用水冷冷卻且無儲熱的槽式技術(shù)預(yù)計到2015年成本將下降20%，而采用空冷冷卻且配置儲熱的塔式技術(shù)成本將下降53%。

圖表1：光熱發(fā)電技術(shù)成本下降趨勢

　　上述數(shù)據(jù)的預(yù)測基于一系列的假定情景，所采用的相關(guān)參數(shù)可能并不適合于某些國家或一些其他的技術(shù)環(huán)境。但其在整體上是具有代表性的，可以說明光熱發(fā)電在未來十年內(nèi)的成本下降趨勢。

　　相關(guān)研究表明，光熱發(fā)電的成本下降主要有三大驅(qū)動因素：一是研發(fā)和示范項目所帶來的技術(shù)創(chuàng)新和提升；二是工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)帶來的產(chǎn)品組件成本的下降；三是更大規(guī)模電站的開發(fā)帶來的規(guī)模化效應(yīng)。

　　研發(fā)和示范項目所帶來的技術(shù)上的革新是最基礎(chǔ)的推動因素，評估和測定研發(fā)和成本下降之間的因果關(guān)系客觀上來講是比較困難的。對此，不同的業(yè)內(nèi)專家的預(yù)測也不同，他們統(tǒng)一認同的是增加研發(fā)支持則可以有效降低成本。在對16個歐洲光熱發(fā)電專家進行調(diào)查后，我們得出了圖表2所列出的平均估值。

　　圖表2顯示，在當(dāng)前的研發(fā)情景（指對光熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)的政策支持、研發(fā)機構(gòu)和研發(fā)項目的數(shù)量和質(zhì)量等整體的研發(fā)環(huán)境）下，光熱發(fā)電成本在2030年可降至10.1美分/千瓦時，而在增加50%的研發(fā)情境下，預(yù)期到2030年可降至8.9美分/千瓦時，若增加100%的研發(fā)情境，預(yù)期到2030年可降至8.1美分/千瓦時。

圖表2：專家給出的平均預(yù)測-研發(fā)對光熱發(fā)電成本的影響

　　而上述預(yù)期都與美國能源部到2020年將成本降低至6美分/千瓦時的目標(biāo)相去甚遠,但與國際能源署給出的成本預(yù)期大致相同。

　　工業(yè)化是成本下降的第二個重要推動力。光熱電站涉及到的組件裝備眾多，大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)則可以降低單位組件的成本。比如光場系統(tǒng)的集熱管、反光鏡等各種組件，傳熱介質(zhì)的規(guī)模化生產(chǎn)，儲熱系統(tǒng)的規(guī)模化，空冷設(shè)備的批量化，發(fā)電機系統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)等等都可以有效拉低系統(tǒng)成本。

　　雖然關(guān)鍵的組件故障是相似的，但必須指出不同技術(shù)所應(yīng)用到的組件也是不同的。

　　光場系統(tǒng)是光熱電站最大的投資構(gòu)成之一，這同時也意味著其成本下降潛力是最大的，通過規(guī)模化生產(chǎn)和優(yōu)化安裝技術(shù)來拉低成本是可行的，以降低材料的消耗量和所需要勞動力的人數(shù)和成本。研究表明，反射鏡的反射率如果增加一個百分點，則可以使光熱電站最終的LCOE降低一個百分點。

　　反射涂層的質(zhì)量也可以在減少清潔用水量的同時增加反射鏡的耐用性。材料用量的減少和設(shè)計上的優(yōu)化也是集熱系統(tǒng)的主要目標(biāo)，對于塔式電站來說，這尤其重要。

　　更高的運行溫度將有效提高光熱電站的熱電轉(zhuǎn)化效率，而若想獲得更高的運行溫度，就需要提供傳熱介質(zhì)的性能。在槽式電站中，熔鹽作為傳熱介質(zhì)或直接蒸汽發(fā)生將逐步替代傳統(tǒng)的以導(dǎo)熱油作傳熱介質(zhì)的方案。而對塔式電站來說，水和熔鹽作為傳熱介質(zhì)已經(jīng)在多個電站中應(yīng)用。

　　更深入的研究在于對傳熱管道系統(tǒng)的改進，通過對傳熱管道系統(tǒng)的鑄造材料進行改進，使其可以適應(yīng)超過1000攝氏度的高溫，以適應(yīng)更高效傳熱介質(zhì)的應(yīng)用。

　　采用何種傳熱介質(zhì)將直接影響儲熱系統(tǒng)的設(shè)計。儲熱系統(tǒng)已經(jīng)在成熟的商業(yè)化電站中有所應(yīng)用，當(dāng)前的典型解決方案是雙罐熔鹽儲熱。儲熱系統(tǒng)的成本下降在于提升其耐用性，提高冷罐和熱罐之間的溫差，這可以通過提升儲熱系統(tǒng)的設(shè)計水平，改進熔鹽的成分組成來實現(xiàn)。

　　空冷系統(tǒng)取決于水資源的可利用量以及環(huán)境和政策方面的要求，如果可能，采用水冷技術(shù)價格更加低廉，冷卻效果也更好。雖然大多數(shù)光熱電站都不具備這樣的條件?？绽湎到y(tǒng)成本的降低主要依賴于設(shè)計上的提升，一些光熱電站開發(fā)商自愿選擇采用空冷技術(shù)以降低水耗量。

　　發(fā)電系統(tǒng)如蒸汽輪機、發(fā)電機都是比較成熟的技術(shù)。目前的系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的郎肯循環(huán)，最具效果的成本削減應(yīng)是增大發(fā)電機組的裝機容量。這將降低單位MW的維護運營成本。一些研究者進行的相關(guān)研究表明，發(fā)電機的功率翻番，其帶來的成本增加僅約60%~70%。

　　由于更大規(guī)模的電站可以帶來更大的設(shè)備組件需求量，這在采購時將更易獲得更為優(yōu)惠的采購價格。因此，增加電站規(guī)?？捎行Ы档统杀尽５?，電站的規(guī)模也并非完全是越大越好，開發(fā)商也要考慮到增加電站規(guī)模也會帶來一些額外的成本增加，比如擴大光場系統(tǒng)的規(guī)模則可能帶來更多的寄生性支出，比如更多的管道建設(shè)支出，更多的電力消耗，都將對LCOE產(chǎn)生反面影響。

　　更大規(guī)模的電站有更好的規(guī)模經(jīng)濟效益。但最理想的CSP電站的規(guī)模大小需要在擴大規(guī)模的最大收益點和缺點最小化之間找到平衡點。對55MW和275MW兩種電站進行的成本仿真分析對比結(jié)果顯示，槽式電站最合適的裝機規(guī)模為220MW，相對110MW的參照槽式電站模型來看，其LCOE可下降6%~8%；而塔式電站最合適的裝機規(guī)模為250MW，相對于100MW的塔式電站參照模型來看，其LCOE可下降20%。這是一個臨界點，如果繼續(xù)增加裝機規(guī)模，其LCOE不降反升。

　　運營和維護成本盡管與一個光熱電站的建設(shè)成本并無直接關(guān)聯(lián)，但運維依然是光熱電站生命周期內(nèi)重要的成本構(gòu)成。雖然目前還沒有足夠長的實際電站運行經(jīng)驗來考量一個光熱電站的實際運營成本。但我們大致可以從以下幾個方面考慮：一是反光鏡損壞率，二是集熱管失效率，三是運維自動化程度，四是電站設(shè)計。

　　圖表3和圖表4展示了美國能源部SunShot計劃給出的當(dāng)前成本和預(yù)期成本。其中2010年的成本數(shù)據(jù)是基于一個100MW的無儲熱槽式電站作出的計算，2015年的成本預(yù)測是基于一個250MW的帶6小時儲熱的槽式電站和一個100MW的熔鹽作傳熱介質(zhì)的帶6小時儲熱的塔式電站作出的計算。

圖表3:美國DOE對光熱發(fā)電的成本預(yù)測

圖表4:美國DOE對光熱發(fā)電的成本預(yù)測

　　圖表5則展示了增加一個槽式電站的裝機規(guī)模（50MW~200MW）將帶來的成本下降。

圖表5：大規(guī)模對一個槽式電站的成本影響（50~200MW）

　　研發(fā)、工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；?jīng)濟效應(yīng)是光熱發(fā)電成本下降的三大驅(qū)動因素。如果我們重視這三個方面的持續(xù)改進，在未來十年內(nèi)，光熱發(fā)電將完全有能力實現(xiàn)平價上網(wǎng)。

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