前瞻2016:厚积薄发 光热市场将如何崛起

淮北金利 2015-06-13 来源: 搜狐

OFweek太阳能光伏网讯:近几年光热发电不断受到政策的支持。太阳能光热发电作为一种较为稳定、环保的新能源电力生产技术,已成为全球多个国家重点支持发展的战略性新兴产业。

一直以来,我国针对光热发电行业发展发布了一系列相关政策。早在2006年科技部颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》和2007年国家发改委颁布的《可再生能源中长期发展规划》两份文件中,我国就把太阳能热发电明确列为重点和优先发展方向。

2012年7月,国家能源局印发的《太阳能发电发展“十二五”规划》提出,到2015年底太阳能热发电装机达到1000MW,到2020年装机达到3000MW,虽然目前看来,2015年这一目标实现的可能性很小,但国家对光热发电的支持力度可见一斑。

2014年11月,国家发展和改革委员会公布的《国家应对气候变化规划(2014-2020年)》再次提到了要鼓励太阳能热发电示范项目的实施。该规划指出了控制温室气体排放的九大主要措施,而太阳能光热被列入优化能源结构的行动措施之一。

一、示范项目名单或于近期公布

2015年9月30日能源局发布《关于组织太阳能热发电示范项目建设的通知》。《通知》支持的示范项目应达到商业应用规模,单机容量不低于5万千瓦。《通知》的发布意在通过示范项目建设,培育若干具备全面工程建设能力的系统集成商,以适应后续太阳能热发电发展的需要。这一《通知》的发布在光热发电的历史上将是具备里程碑意义的事件,因为示范项目的实施将在成本核算、补贴发放、技术路线的选择等各方面为未来光热发电的发展提供有力的技术及实际案例支撑。

我们预计获准进入示范项目的名单或将于近期公布,这将是国内规模化的对光热发电进行补贴的开始,为未来光热发电标杆上网电价的发布提供事实依据。而名单的公布短期也会在政策层面为行业带来机会。

二、光热发电概述

光热发电是利用太阳的热资源进行发电的技术

太阳能热发电(CSP)是一种通过聚光装置将太阳光汇聚到吸热装置,并经传热换热产生高温气体或流体,再通过机械做功直接转化为三相交流电的发电形式。

塔式技术具备更加广泛的适用性

目前的聚光装置包括槽式、塔式、碟式和菲涅尔式。其中,槽式和塔式使用较为广泛。

蝶式和菲尼尔式光热技术虽然应用相对较少,但因为具备其特定的优点有一些示范项目在运行。

 

通过对四种技术路线的优劣势比较,我们认为,塔式技术更具备储热和大规模的应用的潜质,更适合中国光照条件较好地区的昼夜温差大、自然环境恶劣、可规模化开发的特点。而塔式技术的储热功能使得其更具备电网友好型性,与光伏和风电搭配后可在一定程度上解决新能源并网的诸多问题。

光热发电的储热功能是其相对于光伏发电最大的优势

9月20日,能源局公布《2015年1-9月光伏发电建设信息简况》。1-9月全国累计光伏发电量306亿千瓦时,弃光电量约30亿千瓦时,弃光率为10%;弃光主要发生在甘肃和新疆地区,其中,甘肃省弃光电量17.6亿千瓦时,弃光率28%,新疆(含兵团)弃光电量10.4亿千瓦时,弃光率20%。

随着建设规模的持续扩大,未来光伏的弃光率还有增高的可能。我们认为,光伏发电被弃的主要原因是光伏发电不够稳定,对电网不够友好,使得电网企业对光伏并网接入有所顾忌。

光热发电和光伏发电最为重要的差别在于光热发电可以先将太阳能以热能的方式储存起来,并在必要的时候转化成电能输送到电网。

而储能对于弥补太阳能发电的间歇性,以及对电网的调峰能力具有非常重要的意义。可以说,具备储能功能的光热发电是一种电网友好型发电方式,是可以与核电及火电一样作为基荷使用的电源。

光热发电本仍有下降空间

目前,制约太阳能热发电的关键是成本问题。光热发电的初始投资成本远高于其他发电方式,度电成本也较高。

不过,未来光热发电的成本还有较大下降空间,这主要体现在三个方面。

首先是技术路线的不断优化升级,比如发现工作温度更高工作介质、高温度决定了高热值转化效率;还比如,后续随着导热介质耐受温度的提高,热效率将大幅提升,光热发电的成本下降将可能是几何级的。(目前首航节能光热发电的核心设备之一吸热器的材料是公司自有知识产权的SHBG-2第二代材料,耐受温度可以到600度,耐受温度可达到700度以上SHBG-3第三代材料已经出来,未来可以做到900度以上)。

其次是关键生产部件的国产化,目前光热发电系统里面还有相当一部分零部件需要国外进口,而国产化后可使投资成本降低;

第三个成本下降途径是规模效应。这个规模效应体现在两个方面,一是装机容量的增加,这样单位投资成本会出现下降;二是随着光热电站建设规模的增加,原材料和零部件的规模效应也会显现,目前在光热建设规模很小的情况下,很多零部件都需要定制,大大增加了零部件的制作成本。

美国能源部提出2020年的SunShot计划目标,届时实现光热发的的度电成本削减至6美分/kWh,这一价格与传统燃气发电相差无几。如果这个价格能够实现,光热发电的普及将指日可待。

三、光热发电市场空间巨大

国内可供开发土地资源异常丰富

我国拥有丰富的太阳能资源,有专家测算,以年发电量来测算,中国潜在的太阳能集热可发电量为420000亿千瓦时/年,而2014年全社会用电量仅为55233亿千瓦时。仅需用约1%的国土面积来发展光热发电,就可以解决我国100%的能源需求。

另外,从光照条件来看,全国有三分之二以上的面积可以达到年光照时间2000小时以上。

尤其是西部和北部地区,土地和太阳能资源可以满足光热大规模发电的需要,其中有条件发展太阳能电站的沙漠和戈壁面积约为30万平方公里,占我国沙漠面积的33%。其中,甘肃河西走廊、青海、西藏以及新疆的哈密和吐鲁番地区的光热资源条件较好。

以目前唯一投入商业化运营的中控德令哈电站为例,该电站一期装机容量为10MW,占地面积约500亩,稳定之后年发电利用小时数可达2000小时左右,照此测算,仅10万平方公里的年发电量便可达60000亿千瓦时,高于2014年全年的用电需求。

 

光热发电未来几年将保持高速增长

全球光热资源丰富。全球光热发电市场主要分布在南欧、北非、中东、南非、南亚、中国、澳洲、北美与南美。截止2014年4月底,全球已投入运行的光热电站约4GW,其中约93%集中于西班牙与美国;在建约1.6GW,主要分布在美国、西班牙等国家。

IEA(国际能源署)可再生能源部门主管PaoloFrankl预测光热发电的运行装机到2050年将满足全球11%的电力需求。届时,全球光热发电装机可实现982GW的在运行规模,年发电量将达到4380TWh,其中中国市场到2030年将达到29GW装机,到2040年翻至88GW装机,到2050年将达到118GW装机。

根据早期规划,2020年中国光热发电装机容量将达到3GW,而前期能源局的示范项目规划的规模就达1GW,加上十二五期间中国在光热领域技术的厚积薄发,我们认为,2020年装机达到3GW的规模是有极大可能的。实际上,目前各企业规划建设的光热电站规模就大3GW以上。

四、光热发电可与其他产业结合,实现优势互补

通过海水淡化提供源源不断的淡水资源

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。海水淡化可缓解城市淡水资源短缺的现状。中东地区光热+海水淡化将有望成为主流的配臵方式。

我国海水淡化产业已初具规模,是少数能够完整自主设计建设海水淡化工程的国家之一。

将太阳能光热发电与海水淡化技术相结合,不仅能够提升发电系统的热能利用效率还可以大大降低海水淡化技术的成本,可谓一举两得。海水淡化对热源的温度要求不高,其需要的工作温度在80~120摄氏度之间,太阳能热发电后产生的蒸汽余热刚好可以满足这个要求。余热把集热带里的淡水变成蒸汽,随后将蒸汽的热量传递给海水淡化装置中的海水,使海水在负压条件下蒸发后冷却凝结,形成蒸馏水。

相比于传统的海水淡化技术,光热发电技术的独特性在于,其不但可以提供热能,还可以提供电能,可以根据情况为海水淡化提供不同的能量来源,不会在热能不足的情况下降低海水淡化的效率。

冷热电三联产

冷热电三联产的基本原理是对于能量的梯级利用。聚光装置将太阳光汇聚到吸热装置,并经传热换热过程产生高温气体来进行发电。

这些高温气体做功后,温度和压力降低并进入余热锅炉。余热锅炉产生的高温蒸汽进入吸收式制冷机组进行制冷。

从制冷机组出来的蒸汽温度会降到200℃左右,然后再进入热网水换热器中加热采暖用水。最后,低温蒸汽被排入大气。

相较于传统化石燃料发电的三联产模式,将太阳能热发电应用于冷热电三联产可以大大降低发电产生的污染,提高能源利用的效率,是未来能源有效利用的发展方向。

丹麦政府大力支持发展分布式供能系统,冷热电分布式供能技术的发展日益受到重视。丹麦成为世界上能源利用效率最高的国家,在过去的近20年中,GDP翻了一番,能源的消耗却没有增加,污染物的排放反而大幅下降。

光热和光伏可形成互补效应

对于光伏和光热,虽然这两种技术目前看起来存在一定的竞争,但最终两者是互补的关系。

伴随光伏发电的装机增加,白天和夜间用电的矛盾会愈加突出,储热型光热发电的可调电力品质和价值将会在随之进一步凸显。

 

五、光热发电进入壁垒高,寡头垄断

行业尚处于寡头垄断的格局

国外的光热发电建设技术拥有企业主要集中在美国、西班牙等国家,并且已逐渐形成寡头垄断的局势。目前国际上主要的光热电站大都是由这几家企业建设完成。

国内的光热发电竞争格局更为集中。具备全系统开发能力的企业主要有首航节能和中控太阳能等企业,而中海阳、龙腾太阳能等公司则主要是在各自细分零部件领域拥有优势。

寡头垄断缘于行业高进入壁垒

目前,国内多家企业都在积极从事光热发电设备的国产化研制工作,但热电产业链上的核心技术,像系统集成、集热器、镜场、熔岩泵等,却只有少数企业掌握甚至仍掌握在国外企业手中。这说明光热发电的进入壁垒是相对比较高的:

硬件方面,高温集热管需要的高温、长寿命、高可靠性材料,尤其是吸热膜材;定日镜追日用的低速大扭矩减速机及熔岩泵等。

软件方面,定日镜控制系统是难题,控制系统如果控制的不好,差一点就会跑偏,从而会影响效率的;还有就是如何把太阳能的参数和天气的参数相结合。

另外,太阳能热发电站涉及太阳能集热、常规发电、传热蓄热等多种系统集成。这需要企业拥有很强的电站运行技术及经验,而目前国内拥有光热发电电站运行经验的企业是非常少的。

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