太阳能光热发电现状及前景分析

李方方 袁亚周 吴 怡 上海置信节能环保有限公司



太阳能光热发电现状及前景分析

李方方 袁亚周 吴 怡 上海置信节能环保有限公司

介绍了太阳能发电的基本原理，对槽式、塔式、蝶式和菲涅尔式4种太阳能光热发电技术的优劣势进行比较；阐述了光热发电技术的发展现状及典型项目情况，并对光热发电的前景和挑战进行分析。

太阳能；光热发电技术；CSP；发展现状；发展前景

1 太阳能光热发电技术简介

太 阳 能 光 热 发 电（Concentrated Solar Power，简称CSP）通过数量众多的反射镜，将太阳的直射光聚焦采集，通过加热水或者其他工作介质，将太阳能转化为热能，然后利用与传统的热力循环一样的过程，即形成高温高压的水蒸气推动汽轮机发电机组工作，最终将热能转化成为电能［1］。整个光热发电系统更接近于火电，区别在于将储煤厂和传送带变成了集热厂，其它的冷却系统、热交换器等，与火电一样。

太阳能光热发电可储能，实现连续发电，具备基础负荷特征，这是别的新能源无法比拟的优势。白天电网的负荷曲线形状与太阳能发电自然曲线相似，上午负荷随时间上升，下午随时间下降，因此太阳能发电是天然的电网调峰负荷。配备专门蓄热装置的太阳能光热发电电站，不仅在启动时和多云状态时可以补充能量，保证机组的稳定运行，甚至可以实现24 h不间断发电。

2 一般技术路线

根据聚光方式的不同，光热发电技术主要分为：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔［2］。其共同点是利用不同技术加热工质驱动汽轮机或斯特林发动机发电，4种形式发电技术的优劣势和适用范围如下表［3］所示。世界范围内，槽式光热发电系统占比最高，但在规划建设中的光热电站项目中塔式所占的比例已经超出了槽式技术。

图1 光热发电负荷趋势图

3 发展现状

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。截至2013年3月，西班牙共有45座太阳能热发电站处于商业化运行的状态，其中槽式电站40座（1 972.5 MWe）、塔式电站3座（49.9 MWe）、菲涅尔式电站2座（31.4 MWe）。截止2014年4月底，全球已投入运行的光热电站约4 000 MW，其中约93%集中于西班牙与美国；在建约1600 MW，主要分布在美国、西班牙、印度、南非、伊朗、摩洛哥、中国等国家。IEA（国际能源机构）预测到2060年光热直接发电及采用光热化工合成燃料发电共占全球电力结构约30%。［4］

据统计，2012-2014年我国太阳能热发电项目备案规模逐年稳步上升。从已备案项目的统计结果看，我国太阳能热发电系统开发以槽式、塔式技术为主。除未明确技术路线的项目外，槽式项目数量较多，塔式项目规模较大。根据各省能源局统计数据显示，截止2014年，我国太阳能热发电备案及建成规模总计1448.28MW，重点开发省份中，青海省占总体开发规模48%，位居第一。西藏、内蒙古、甘肃三省分列第二、三。［5］

4 典型项目简介

（1）Crescent Dunes新月沙丘光热电站

截至到2014年12月，美国开发的大型光热电站总共有5个，其中装机392 MW的Ivanpah塔式电站、280 MW Solana槽式电站、250 MW Genesis槽式电站，Mojave槽式电站均已正式投运，110 MW的Crescent Dunes（新月沙丘）塔式电站尚未正式投运。

新月沙丘电站是目前全球最大的塔式熔盐光热电站，熔盐工作温度为550℃。电站PPA协议购电年限为25年，协议电价为0.135美元/kWh（约0.86元/kWh），在25年的协议期限内电价每年将上涨1%。该电站自2014年2 月12 日试运行，目前暂未投入商业运行。［6］

表1 4种光热发电技术的优劣势比较

（2）中控德令哈光热发电

中控德令哈光热发电站一期工程是我国首套投入商业运营的光热发电项目，2013年7月，位于青海省内的中控德令哈光热发电项目一期工程（10 MW，塔式）成功并网发电，具备6 h储热能力。2014年国家发展和改革委员会批复了该电站的上网电价（含税）为1.2元/kWh。中控德令哈10 MW塔式电站上网电价的落地给予行业极大的鼓舞，中国多个规划中的光热发电项目的实施亟待光热电价政策的进一步明朗。

5 应用前景和需要解决的问题

（1）应用前景光热发电技术应用前景主要有以下几个方面。1）与火电厂联合发电，这种运行方式将成为光热发电的一个重要发展趋势。

2）光热发电与光伏发电形成互补效应，建设光热+光伏的综合电站。在同一个发电区域内平衡光热和光伏之间的电力生产和输送，可消除光伏的间歇性问题，这两大技术的结合从总体上可有效降低整体系统的发电成本。美国的新月沙丘项目则是光热&光伏全集成的项目，该电站向需要全天候电能供给的矿业供电。

3）建立分布式发电系统，这种发电系统有助于解决偏远山区的供电问题，蝶式发电系统最适合，但由于其发电技术还不成熟，因此多采用槽式发电系统。

4）太阳能中高温热利用。太阳能热发电站的聚光镜场，可以用来产生蒸汽供工业应用，比如用于海水淡化、纺织行业、化工和稠油开采等，国内已有部分示范项目。海南乐东、临高有太阳能海水淡化的示范项目，广东番禺有太阳能中温产生蒸汽供纺织厂用的示范，新疆克拉玛依太阳能预热天然气蒸汽锅炉用于稠油开采等。

（2）需要解决的问题

尽管光热发电技术已经诞生多年，但其商业化应用还处于初级发展阶段，离平价上网的目标还存在一定的差距。降低成本是光热发电产业界共同的责任和目标。太阳能热发电系统成套设备的技术水平有待提高和完善，技术标准和管理规则尚不完善，需要尽快出台相应的技术标准和管理规范。

太阳能热发电最根本的是需要有好的太阳能资源，但根据SolarGIS提供的中国太阳能资源分布，除了西藏地区以外，DNI大于2 000 kWh/m2y的地方并不多，DNI资源在2 000kWh/m2y左右的地方均位于我国西北地区。而我国西北地区生态环境脆弱、干旱少雨、水资源贫乏、多风沙、冬季气温寒冷，且同样远离用电负荷中心，这些条件制约着光热发电技术的大规模、充分利用。

但太阳能在为人类提供清洁能源的同时也会为环境生态带来一些负面影响，美国伊万帕（Ivanpah）塔式太阳能光热发电站测试、试运行阶段，存在发电塔杀死鸟的情况。

［1］ 张争，夏勇. 太阳能光热发电的发展现状及前景分析［J］. 长江工程职业技术学院学报， 2013， 30（01）:24-26

［2］ 张耀明.太阳能热发电技术［J］.山西能源与节能，2009（3）:1-4

［3］ 王泽凯. 太阳能光热发电技术应用与发展［J］. 玻璃， 2012，39（06）:30-35.

［4］ 中国产业洞察网，《2013-2016年中国太阳能光热发电市场全景调查与投资方向研究报告》

［5］ CSPPLAZA2015年会，水电水利规划设计总院，易跃春，《中国太阳能热发电产业十三五发展规划及展望》

［6］ 数据来源于 CSPPLAZA光热发电网

Current Situation and Prospect Analysis on Concentrated Solar Power Generation

Li Fangfang， Yuan Yazhou， Wu Yi
Shanghai Zhixin Energy Saving and Environment Protection Co.，Ltd

The article introduces working principle of solar power generation and compares advantages and disadvantages of 4 types solar power solar-thermal power generation technology， such as tank type， tower type， butterfly type， fresnel type. It demonstrates development situation and typical projects of solar power solar-thermal power generation technology and analyzes its prospect and challenges.

Solar Energy， Concentrated Solar Power Generation Technology， CSP， Development Situation， Development Prospect

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.07.013

李方方：（1986-），女，主要从事能源智能化应用及清洁能源研究和应用。