太阳能光热发电

太阳能光热发电 太阳能光热发电研究调查报告 一、光热发电原理简介 太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。 聚光光热发电原理?系统先使用汇聚的太阳光将热量接收器中的介质(液体或气体)加热到非常高的温度，然后把这部分热量转换为机械能，再从机械能转化为电能。 太阳能光热发电是新能源利用的一个重要方向。 二、与光伏发电的比较 简而言之，光热发电是利用太阳能热发电，而光伏是用多晶硅做媒介的发电方式。 光热发电与光伏相比，有它的优势:第一，光伏发电储存量有限，白天有阳光的时候光伏发电才能运行，储存至夜间使用的电量有限。大规模储存光伏发电技术，目前全世界还没有。但光热技术的热量是能储存的，可以根据负载大小控制出气口，甚至可以支持几十栋楼的连续供电。第二，光伏发电是直流电，再通过变流器转换成交流电，相对平滑。而光热发 电是每分钟3000转，和火力发电一样，非常标准，质量要比光伏发电的好。第三，光伏发电虽然是一个新能源产业，但它的上游有一部分污染，主要是多晶硅。而光热发电基本没有污染的环节，都是一些常用的器件。第四，光热发电能够应用于大容量的电站，能够与火电相结合，未来将成为煤电的最佳替代对象。” 三、光热发电的分类: 光热发电现阶段可以分为四类: 槽式、塔式、碟式、菲涅尔式. 1.槽式?利用槽式聚光镜，直接将太阳光反射到位于镜面焦点处的集热管，将内部传热物质转化为蒸气从而驱动涡轮发电。 槽式太阳能热发电系统是一种借助槽型抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到聚热管上，通过馆内热载体将谁加热成蒸汽，推动汽轮机发电的清洁能源利用装置，槽形抛物面太阳能发电站功率为10-100MW，是目前所有太阳能热发电站中功率最大的 ，已经进入商业化运营阶段。槽式太阳能热发电系统属于线聚焦方式，其聚焦集热器采用分散布置，跟踪精度要求低，跟踪控制代价小，用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，吸收器的结构简单，但聚光比只有几十，介质温度不高于400摄氏度，属于中温发电，总效率在 14%一下，热电转换效率较低。 2.塔式?将吸收到的太阳能射线集中到塔中，对传热工作物质加热进而发电。 也称集中型太阳能热发电系统。其基本形式是 利用独立跟踪太阳的反射镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。塔式集热器属于点聚 焦方式，聚光倍数高达1000以上，介质温度多高于500摄氏度，总效率在 15%以上，属于高温热发电。塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。没过能源部主持的研究结果表明;在大规模发电方面塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。但是，塔式集热器的每块镜面都需随太阳运动而独立调节方向及朝向，所需要的跟踪定位机构代价高昂，限 20MW,处于示范工程建设阶段。 制了它的推广应用，目前塔式发电的利用规模可达10- 3.碟式?利用旋转抛物面反射镜，将入射太阳光聚焦到焦点上，用焦点处放置的斯特林发电装置进行发电。 碟式电站也是点聚焦方式，但聚焦集热器分散布置，与塔式相比，跟踪控制代价低，采用抛物面聚焦，吸收器位于个抛物面的焦点处，可产生750摄氏度左右的高温，效率达29.4%，在三中聚光式发电中是最高的，但其高温吸收器较为复杂，成本高，管道及其保温材料的费用也很客观，利用规模为5-50kW，仍处于试验模型严重过程中 。碟式热发电系统的光热转换效率高达85%左右，在三类系统中位居首位;使用灵活，既可以作为分布式系统单独供电，也可以并网发电，但造价昂贵，在三种系统中也是位居首位;此外，碟式系统的聚光比非常高，可以达到2000摄氏度，但是对于目前的热发电技术而言，如此高的温度并不是需要的，甚至是具有破坏性的，所以碟式系统的接收器一般病不方在焦点上，二是根据性能指标要求适当的放在较低的温度区内，这样，高聚光度的优点实际上病不能得到充分的发挥。 4.菲涅尔式?工作原理类似槽式光热发电，只是采用菲涅耳结构的聚光镜来替代抛面镜。菲涅尔式发电优势明显，投资比槽式发电低45%，占地面积仅为塔式的1/4。 太阳能热发电的四种技术形式，相比之下各有优劣。像以美国为主的槽式电站最长的运行了将近三十年，槽式光热发电技术的可靠性已经经受住了时间的考验，技术最为成熟;而塔式发电系统发电效率较高，但占地面积较大，目前主要用于边远地区的小型独立供电;碟式发电效率最高，但存在反射镜局部容易过热等问题; 就现阶段而言槽式聚热最为成熟同时也最具备商业化可行性。根据国际权威机构2009年统计，目前在全世界运行的槽式太阳能热发电占整个太阳能聚热发电装置的88%，占在建项目的97.5%。未来十年，全世界光热发电规模将达到24G瓦，其中槽式太阳能热发电仍占主导地位。特别是欧盟即将在非洲建立的“欧洲沙漠行动”项目，仍将采用成熟的槽式太阳能热发电技术。 四、太阳能光热发电的发展与存在的问题 太阳能光热要求直接辐射在每年1900千瓦小时/平方米以上，这个条件全世界只有美国、欧洲的西班牙、非洲和中国具备。美国和西班牙已捷足先登，建立了各自的光热发电项目，而在中国，内蒙、新疆、青海和西藏等广袤地区，尚有大片的光热资源等待开发。这背后蕴藏的，将是一个巨大的设备制造市场。 目前，国际上最大的商业化太阳能热塔式发电站是西班牙PS10，装机容量为11MWe，在建的最大太阳能热塔式发电站是西班牙PS20，装机容量为20MWe。2007、2008两年，世界上太阳能热发电的在建装机容量是07年之前20年的8倍，太阳能热发电技术已经进入快速发展时期。太阳能热发电一次投资为2,500-2,900美元/kW，太阳能热发电年效率可达15% -20%，发电成本15美分/kWh。随着技术和规模的发展，有望在2020年其发电成本达到4美分/kWh左右。 虽然光热发电的优势很明显，但是存在着不少问题与制约条件: 光热发电只适合年辐射量在1900千瓦时/平方米以上的地区，而且土地坡度不能超过3%，更重要的是，光热发电还需要大量水源用来冷却。一般说来，50兆瓦的光热发电系统年用水量在15万方左右，与火电基本一致。问题在于，符合以上日照和用地条件的地区，大多在西北西南，水源相对匮乏，虽然光热发电也可以采取空冷的方式进行冷却，但成本会高出很多。 光热发电的成本很难计算，首先，光热发电站的几百面甚至上千面聚光镜，每天冲着太 阳转，风吹日晒，要经常清洗，否则反光率会下降;其次，如果其中有聚光镜坏了，这个成本不是初期投资的成本，是运营中算不出来的;第三，光热发电燃气轮机也要进行后期维护，需要大量的水源，如果电站建在沙漠地区，水源将是一个问题。 目前国外的光热电站已有数十万千瓦建设运行，而国内光热发电还处在兆瓦级示范阶段。之所以与光伏电站相差这么多，技术、成本、政策三大问题不可小觑。 首先，加快技术升级是关键。我国2007年颁布的《可再生能源中长期发展规划》提出，到2010年，太阳能热发电总容量达到5万千瓦，太阳能光伏发电总容量达到2万千瓦;到2020年，太阳能热发电总容量达到20万千瓦，将与光伏发电相当。然而，目前国内在建和已签约的太阳能光伏发电总容量已达140万千瓦，而太阳能热发电还没有形成市场，两者形成巨大反差。 光热发电站建设成本直接影响热电并网价格。如果每千瓦单位造价为2万元，则上网电价维持在1.5元左右。如果每千瓦单位造价降至1万元以下，上网电价就可降到1元/千瓦时以内，并逐渐接近现行风电标杆电价.据了解，此轮特许权招标项目原定税后上网电价在2元/千瓦时以上，与今年光伏特许权招标0.7288元/千瓦时相比显然过高，而且，光热发电只适合年辐射量在2000千瓦时/平方米以上的地区，同时还需要大量水源来冷却。一般说来，50兆瓦的光热发电系统年用水量在15万立方左右，而问题在于，符合以上日照和用地条件的地区，大多在西北西南，水源相对匮乏。 五、太阳能光热发电核心技术与国内情况分析 光热发电，我国正处于起步阶段，十一五规划中的863就有关于太阳能光热发电的项目 现阶段最为成熟的槽式光热发电系统，主要由集热管、聚热镜片、汽轮机和支架等零部件构成。其中，集热管是技术含量最高的核心部件。集热管的主要功用是，通过聚热镜收集的反射光，把管内的导热油加热到400度，最终将水变成蒸汽。目前国内企业中，山东皇明技术最为成熟，早在2001年，作为国内最大的太阳能光热企业，皇明公司就自行开发太阳能光热发电技术。如今，光热发电所需的核心部件，如定日镜、槽式镀膜钢管、槽式聚光器均可自行生产，水平已经赶超国际水平。7月17日，皇明与德国诺瓦蒂公司成功签约，向西班牙出口长达25公里、30兆瓦的菲涅尔式高温热发电的核心部件镀膜钢管。德国Novatec公司是一家太阳能热发电建设的公司，其于西班牙正在建设30MW的菲涅尔式太阳能热发电站，目前其核心组件即是全部采购皇明集团。 在北京延庆兆瓦级塔式光热发电项目招标中，也仅有皇明一家参与竞标。延庆热发电电站拟定招标后，仅有的几家大企业都无人投标，原因是延庆风沙太大，300米内定日镜聚光角度很容易发生偏移，镜面也会被刮伤。这个项目皇明开发出了独有的定日镜技术，安装后调试的光斑已经达到国际水平。因此，最后只有皇明一家参与了竞标。 今年10月底，位于内蒙古鄂尔多斯的50兆瓦太阳能光热发电特许权示范项目正式招标，开标时间定于2011年1月20日，这是国内当前最大的太阳能热发电项目。皇明将参与鄂尔多斯竞标的核心组件为镀膜钢管。根据该项目可研报告，原定税后上网电价为2.26元/千瓦时，电站每千瓦造价为2.6万元，与光伏发电1.2元左右的上网电价以及2.3万元左右的单位成本相比，成本显然过高。据了解，该项目建设周期将为两年。业内人士预计，招标后的上网电价可能会在1.8—1.9元，但最终价格还要看招标结果。 12月28日，中国首座兆瓦级太阳能热发电试验示范项目——大唐天威(甘肃矿区)10MW太阳能热发电试验示范项目，在甘肃举行开工奠基仪式。由天威(成都)太阳能热 发电开发有限公司和中国大唐集团新能源公司等共同出资建设，总投资额3亿元。一期工程计划2011年10月竣工。该试验示范项目以光煤混合发电的方式，通过利用可再生的太阳能资源来补充发电，可有效减少原火电机组煤耗量，降低污染排放，实现连续稳定发电。项目运行后每年将可节约标煤11785吨，可减排二氧化硫33.64吨、减排烟尘2.081吨、减排氮氧化物38.31吨。 六、小结: 国内太阳能光热发电尚处于起步阶段，现阶段多为示范工程。 之前的光热发电多用于太阳能热水器，国内企业也大多是从太阳能热水器起家，国内较大的有山东皇明，山东力诺，山东太阳雨，北京四季沐歌等，大多位于山东太阳谷地区。 其中，山东皇明技术非常成熟全面，已经进军太阳能发电站行业。虽然原理类似，但是由于太阳能光热电站技术要求要高，其中核心部分集热管技术门槛高，投入成本也较大，所以其他企业大多仍以太阳能热水器为主，处于一个观望阶段。鉴于光热发电尚未有上市公司，目前这些企业中有山东皇明，北京四季沐歌，南京清华阳光，江苏辉煌太阳能，山东桑乐等几家企业在筹划上市中。而在光伏发电的上市企业中，北京中海阳、成都天威保变等企业也开始发展光热发电技术。上海益科博公司在“模块定日阵”聚焦光热技术方面也有较大进展，曾在今年世博会中国馆的低碳展区进行展出。 总体来看，光热发电优势明显，可与现有火力发电厂相结合，低碳低污染，有非常好的市场前景，值得关注。但是国内技术成本尚未成熟，目前最为成熟的槽式热发电技术，其真空玻璃的集热管损坏率高，其价格也很贵，属于不甚理想的状态。拥有成熟的核心技术仍然是当务之急。。