令強(qiáng)華，衛(wèi)書滿

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，四川 成都 610091）

在中國(guó)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，技術(shù)已經(jīng)成熟，但光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電雖然發(fā)電成本低廉但不可實(shí)現(xiàn)調(diào)峰，并且由于大型風(fēng)電、光伏等可再生能源建設(shè)在遠(yuǎn)離市區(qū)的區(qū)域，且利用小時(shí)數(shù)低，單獨(dú)遠(yuǎn)距離進(jìn)行電力輸送十分不經(jīng)濟(jì)，輸送電網(wǎng)的利用率不高。

聚光太陽(yáng)能發(fā)電（CSP）作為利用太陽(yáng)能熱發(fā)電的新能源技術(shù)，其熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有效調(diào)峰，與光伏、風(fēng)電具有良好的互補(bǔ)性。CSP、光伏、風(fēng)電的綜合開發(fā)利用既可以解決光伏、風(fēng)電的電網(wǎng)利用率低問(wèn)題，解決風(fēng)能及光伏發(fā)電不穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)光熱則可以利用光伏、風(fēng)電作為廠用電來(lái)源的一部分。

雖然CSP 存在投資成本高的缺點(diǎn)，但隨著近年來(lái)CSP市場(chǎng)的持續(xù)升溫，作為有望成為唯一取代火電調(diào)峰的清潔能源，加強(qiáng)CSP 技術(shù)及與光伏、風(fēng)電的綜合開發(fā)利用的研究，取得技術(shù)突破，對(duì)企業(yè)新能源產(chǎn)業(yè)布局具有重要意義。

1 CSP 原理

太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用太陽(yáng)能聚光器先將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，然后經(jīng)過(guò)各種方式轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)形式。太陽(yáng)能熱發(fā)電包括聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電（CSP）、太陽(yáng)能半導(dǎo)體溫差發(fā)電、太陽(yáng)能煙囪發(fā)電、太陽(yáng)池發(fā)電和太陽(yáng)能熱聲發(fā)電等。CSP 是通過(guò)“光—熱—功”的轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)現(xiàn)發(fā)電的一種技術(shù)形式，聚光器將低密度的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成高密度的能量，經(jīng)由傳熱介質(zhì)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)熱力循環(huán)做功，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。

2 CSP 的主要技術(shù)形式

根據(jù)不同的聚光技術(shù)，CSP 主要有塔式CSP、槽式CSP、碟式CSP。三者的主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

塔式CSP 使用點(diǎn)聚焦技術(shù)。定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，聚焦的陽(yáng)光反射到位于塔頂?shù)奈鼰崞鲀?nèi)。吸熱器加熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)，將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變成熱能，再通過(guò)熱力循環(huán)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。其聚光比約為300～1 000，傳熱介質(zhì)包括水/蒸汽、熔鹽、空氣等，傳熱介質(zhì)的工作溫度范圍在250～1 200 ℃，可采用汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，系統(tǒng)綜合效率高。典型的塔式CSP有西班牙的PS10 電站，中國(guó)第一座投入商業(yè)運(yùn)行的塔式CSP 項(xiàng)目為青海德令哈塔式CSP 項(xiàng)目。

槽式CSP 使用線聚焦技術(shù)。采用拋物面槽式反射鏡將太陽(yáng)光聚集到位于焦線的吸熱管上，加熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)（油或水），然后經(jīng)熱交換器產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。其聚光比在70～80 之間，傳熱介質(zhì)包括合成油、水等，介質(zhì)的工作溫度一般在400 ℃以內(nèi)，系統(tǒng)綜合效率較低。此外，有一種槽式系統(tǒng)的簡(jiǎn)化版：線性菲涅爾CSP，其采用平面鏡代替拋物面型曲面鏡，通過(guò)調(diào)整、控制平面鏡的傾斜角度，將陽(yáng)光反射到集熱管上。典型的槽式CSP 主要有美國(guó)SEGS 槽式電站。典型的線性菲涅爾CSP 有國(guó)內(nèi)的皇明公司2.5 MW 線性菲涅爾示范系統(tǒng)。

碟式CSP 使用點(diǎn)聚焦技術(shù)。其利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽(yáng)光聚集在鏡面焦點(diǎn)處，在該處可放置太陽(yáng)能吸熱器吸收熱能加熱工質(zhì)驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。其聚光比約為1 000～3 000，其系統(tǒng)效率高，單機(jī)規(guī)模小，非常適合分布式發(fā)電。典型的碟式CSP 應(yīng)用主要有鄂爾多斯蝶式斯特林示范電站。

3 CSP 電站的技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

3.1 CSP 電站系統(tǒng)的基本組成和工作模式

CSP 電站系統(tǒng)的基本組成和工作模式如圖1～圖4所示。

3.2 CSP 電站系統(tǒng)與光伏發(fā)電、風(fēng)電的互補(bǔ)性

3．2．1 系統(tǒng)友好性方面

風(fēng)能受風(fēng)力影響，其出力具有顯著的間歇性和不確定性。并網(wǎng)運(yùn)行后出力的劇烈變化將對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡和穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。在白天，日照好風(fēng)力小，但是負(fù)荷需求大，風(fēng)能無(wú)法滿足需求，到了夜間無(wú)日照風(fēng)力大，但負(fù)荷需求小，往往不得不“棄風(fēng)”。

圖1 CSP 電站系統(tǒng)的基本組成

圖2 CSP 電站白天工作模式1（直接發(fā)電）

圖3 CSP 電站白天工作模式2（儲(chǔ)熱+發(fā)電）

圖4 CSP 電站夜間工作模式（利用儲(chǔ)熱發(fā)電）

而根據(jù)圖1～圖4 所展示的CSP 電站的基本組成和工作模式可以看出，因CSP 電站具有儲(chǔ)熱子系統(tǒng)，可以通過(guò)白天將多余熱量?jī)?chǔ)存，晚間再用儲(chǔ)存的熱量釋放發(fā)電，受天氣變化影響較小，能顯著平滑發(fā)電出力，實(shí)現(xiàn)友好并網(wǎng)，可作為調(diào)峰電源。理論上，當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)間超過(guò)15 h，CSP 電站則可承擔(dān)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)負(fù)荷。

如果將圖1～圖4 中的聚光集熱子系統(tǒng)替換為風(fēng)能子系統(tǒng)，將風(fēng)能通過(guò)功率控制器、電加熱器轉(zhuǎn)換為熱能加熱儲(chǔ)子系統(tǒng)的介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的儲(chǔ)能，把廉價(jià)的富余的夜間風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍诟叻骞╇娖诶玫碾娔埽瑢?shí)現(xiàn)谷電峰用，同時(shí)平滑風(fēng)能的發(fā)電出力，實(shí)現(xiàn)友好并網(wǎng)。有國(guó)外研究表明午夜以后的風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為熱能保存約1 d，來(lái)供應(yīng)第二天傍晚上升的用電負(fù)荷。而CSP 的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)在超過(guò)12 h 的時(shí)間后僅流失近0.5%的熱量，其熱損是相當(dāng)小的，這也保證了其儲(chǔ)能方式具有可觀的經(jīng)濟(jì)性。

CSP 電站和光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能的兩種不同技術(shù)形式。

CSP 是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽缓笤偻ㄟ^(guò)傳統(tǒng)的熱力循環(huán)（圖1～圖4 中的熱—功—電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)）做功發(fā)電的技術(shù)。例如，由汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，產(chǎn)生和傳統(tǒng)的火電一樣的交流電，可實(shí)現(xiàn)友好并網(wǎng)。CSP 多余的熱量可以通過(guò)儲(chǔ)熱子系統(tǒng)存儲(chǔ)。目前，隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)直接存儲(chǔ)電能的成本大約為1 400 元/kW·h，熔鹽是目前世界上公認(rèn)的最佳高溫傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，具有使用壽命長(zhǎng)（25～30年）、儲(chǔ)熱密度大、價(jià)格低、放熱工況穩(wěn)定易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池技術(shù)，有光子使電子躍遷，形成電位差，光能直接就轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽a(chǎn)生直流電，因此光伏發(fā)電的多余能量主要是采用蓄電池存儲(chǔ)，其技術(shù)難度和造價(jià)遠(yuǎn)比CSP 的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)高。采用傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能技術(shù)不僅存儲(chǔ)容量和使用壽命要低于熔鹽儲(chǔ)熱，儲(chǔ)能成本約為熔鹽儲(chǔ)熱的4～8 倍，經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如熔鹽儲(chǔ)熱方式（寧德時(shí)代已經(jīng)推出新長(zhǎng)壽命電池，其技術(shù)參數(shù)尚未取得，需要持續(xù)跟蹤新能源領(lǐng)域新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)）。

利用熱能存儲(chǔ)作為一種獨(dú)立的電力存儲(chǔ)技術(shù)，可以與其他新能源形式形成良好的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)其他新能源的富裕能量存儲(chǔ)，減少不必要的“棄光”“棄風(fēng)”損失，利用夜間廉價(jià)的低谷電實(shí)現(xiàn)谷電峰用，實(shí)現(xiàn)友好并網(wǎng)。

3．2．2 電網(wǎng)利用率方面

由于大型風(fēng)電、光伏和光熱電站等可再生能源主要建設(shè)在沙漠、戈壁灘等地區(qū)，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，電力需求不足，需要遠(yuǎn)距離輸送電力至經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)區(qū)域，但風(fēng)電、光伏等利用小時(shí)數(shù)低，單獨(dú)進(jìn)行遠(yuǎn)距離電力輸送十分不經(jīng)濟(jì)，為提高輸送電網(wǎng)的利用率，不得不通過(guò)火電打捆等方式輸送。如果光熱電站成熟之后，則完全可以通過(guò)儲(chǔ)熱方式替代火電，解決電網(wǎng)利用率低問(wèn)題。光熱、光伏、風(fēng)力發(fā)電都面臨火電等傳統(tǒng)能源的競(jìng)爭(zhēng)，承載著代替化石能源的使命，只有光伏和光熱更好地協(xié)同互補(bǔ)，才能完成這項(xiàng)任務(wù)，滿足用電需求。

光伏發(fā)電優(yōu)勢(shì)在于分布式，在負(fù)荷中心建設(shè)方面，結(jié)合儲(chǔ)能等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)就地發(fā)電就地使用。同時(shí)，光伏也可作為移動(dòng)電源，充分滿足消費(fèi)市場(chǎng)需求，這是光熱電站難以企及的。光熱發(fā)電優(yōu)勢(shì)在于規(guī)?；m合在條件適宜地區(qū)建設(shè)大型光熱電站，然后遠(yuǎn)距離輸送。在這些地區(qū)，也可適當(dāng)發(fā)展大型光伏電站、大型風(fēng)力發(fā)電站，將光伏、光熱、風(fēng)電打捆送出，實(shí)現(xiàn)可再生能源最大限度的消納。它們的應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重，主戰(zhàn)場(chǎng)不重合，絕非替代關(guān)系，而是可以協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展的。

4 發(fā)展前景分析

截至2015-08，國(guó)內(nèi)CSP 累計(jì)裝機(jī)超過(guò)20 MW。已備案（核準(zhǔn)）在建的CSP 電站12 座，裝機(jī)規(guī)模為49.3 萬(wàn)kW；開展前期工作的CSP 電站18 座，裝機(jī)規(guī)模約90.1 萬(wàn)kW。但目前還沒有大規(guī)模建設(shè)完成的電站，在國(guó)內(nèi)已裝機(jī)的CSP系統(tǒng)中，除青海中控的10 MW 光熱發(fā)電項(xiàng)目以外，其他項(xiàng)目均為示范試驗(yàn)項(xiàng)目，未達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)下，光熱發(fā)電技術(shù)已成為光照資源充足國(guó)家擴(kuò)增太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)能的必要選擇，光熱利用其儲(chǔ)熱優(yōu)勢(shì)，能滿足日落后的用電高峰，其也會(huì)是政策決策者在綜合考量技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性等所有因素后的理想選擇，從而得到較快發(fā)展。

5 結(jié)論

各風(fēng)電、光伏、光熱企業(yè)多關(guān)注本行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，而對(duì)其他新能源領(lǐng)域與本行業(yè)技術(shù)融合的研究不夠。各單位應(yīng)充分利用企業(yè)的技術(shù)平臺(tái)，發(fā)揮國(guó)家電力規(guī)劃中心的引領(lǐng)作用，采取合理的商業(yè)運(yùn)作模式，創(chuàng)新投融資方式，利用CSP 與風(fēng)電、光伏的互補(bǔ)性，從規(guī)劃到設(shè)計(jì)，從研發(fā)到制造，從調(diào)試到運(yùn)維，研究新能源的互補(bǔ)開發(fā)技術(shù)，推動(dòng)跨領(lǐng)域合作，進(jìn)行新能源的綜合開發(fā)利用。加快施工技術(shù)和EPC 商業(yè)研究，為新能源項(xiàng)目開發(fā)和投資提供強(qiáng)勁動(dòng)力，為新源建設(shè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。