可24小時(shí)發(fā)電 能緩解棄電的新能源 為什么還沒(méi)普及？

　　先來(lái)看一組熱乎乎的棄電數(shù)據(jù)。

　　2017年，全年棄水電量515億千瓦時(shí)，棄風(fēng)電量419億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率12%；棄光電量73億千瓦時(shí)，棄光率6%。這是1月24日上午，國(guó)家能源局在京召開例行新聞發(fā)布會(huì)上公布的數(shù)據(jù)。

　　總體來(lái)看，2017年全國(guó)“棄水、棄風(fēng)、棄光”電量超過(guò)1000億千瓦時(shí)，而2017年全球單座電站發(fā)電量最高的電站三峽電站年度發(fā)電為976.05億千瓦時(shí)。也就是說(shuō)，我們棄掉的電力，相當(dāng)于三峽電站努力發(fā)了一年的電量。

　　棄電的數(shù)據(jù)是驚人的。難道使用新能源發(fā)電就一定會(huì)產(chǎn)生棄電嗎？是否有一種新能源又清潔，又可以有效地減少棄電的矛盾呢？

　　又是新能源，又能緩解棄電的光熱發(fā)電

　　新能源發(fā)電正在快速發(fā)展當(dāng)中。

　　首先，發(fā)電量的數(shù)據(jù)在不斷增長(zhǎng)。國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)表明，2017年，可再生能源發(fā)電量1.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，發(fā)電量占全部發(fā)電量的26.4%。

　　其中，水電11945億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)1.7%；風(fēng)電3057億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)26.3%；光伏發(fā)電1182億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)78.6%；生物質(zhì)發(fā)電794億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)22.7%。

　　另有國(guó)家發(fā)改委的數(shù)據(jù)表明，2017年全國(guó)發(fā)電量同比增長(zhǎng)6.5%，其中火電發(fā)電量同比增長(zhǎng)5.2%，清潔能源發(fā)電量同比增長(zhǎng)10%，增速高于火電4.8%。

　　其次，可再生能源的裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。2017年底達(dá)到6.5億千瓦，同比增長(zhǎng)14%，其中增長(zhǎng)最快的還是光伏發(fā)電，同比增長(zhǎng)68.7%，裝機(jī)達(dá)到1.3億千瓦。2017年可再生能源發(fā)電裝機(jī)約占全部電力裝機(jī)的36.6%，同比上升2.1個(gè)百分點(diǎn)，可再生能源的清潔能源替代作用日益突顯。

　　然而棄電的問(wèn)題仍然存在。相比2016年，2017年的棄電數(shù)據(jù)減少了約90億千瓦時(shí)。

　　棄電有多種原因，或因?yàn)榭傮w的用電需求低于發(fā)電量，或是因?yàn)轱L(fēng)光水電都有間歇性，電量和電力不夠穩(wěn)定對(duì)電網(wǎng)造成挑戰(zhàn)，更重要的是因?yàn)檩旊姷耐ǖ朗芟?。在本地?zé)o法消納的風(fēng)光水電，只能選擇外送，然而電網(wǎng)的建設(shè)并沒(méi)有電站建設(shè)積極性高，大量的時(shí)間、人力和物理成本讓外送不那么簡(jiǎn)單，棄電成了唯一出路。

　　所以，是否能在發(fā)展新能源的同時(shí)又減少棄電的風(fēng)險(xiǎn)呢？或許，光熱發(fā)電是一個(gè)選擇。

　　上圖是Gemasolar發(fā)電站，位于西班牙塞維利亞，是世界首個(gè)擁有中央塔式接收器且具有儲(chǔ)熱能力的商用規(guī)模聚光太陽(yáng)能發(fā)電站。Gemasolar電站裝機(jī)20MW，電站年發(fā)電量近110GWh，能滿足2.5萬(wàn)戶居民的用電需求，年減排二氧化碳可達(dá)3萬(wàn)噸。

　　值得注意的是，光熱發(fā)電站利用太陽(yáng)能非常清潔，而且可以在缺少光照的陰雨天氣以及沒(méi)有光照的夜間持續(xù)發(fā)電15個(gè)小時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)不間斷供應(yīng)可靠能源。2013年的夏天，Gemasolar電站創(chuàng)造了連續(xù)36天無(wú)間斷24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行的記錄。

　　光熱發(fā)電站的無(wú)間斷發(fā)電特性，相比光伏、風(fēng)力發(fā)電來(lái)講更為穩(wěn)定。這么一看，光熱發(fā)電能否是緩解棄電的良藥呢？

　　光熱發(fā)電的優(yōu)與劣

　　光熱發(fā)電的原理很簡(jiǎn)單，就是把光聚集起來(lái)產(chǎn)生熱量發(fā)電。從下圖可以看到，太陽(yáng)光通過(guò)反射鏡匯聚到太陽(yáng)能收集的裝置，然后用太陽(yáng)能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（熔鹽或?qū)嵊停?，通過(guò)換熱裝置形成高溫高壓的水蒸汽，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

　　上文提到的Gemasolar發(fā)電站屬于塔式光熱發(fā)電站，除此之外，光熱發(fā)電站還有槽式、碟式等主要形式。但目前蝶式的仍未走出實(shí)驗(yàn)室，可以商業(yè)應(yīng)用的只有槽式和塔式。兩者除了吸收太陽(yáng)能的裝置不一樣之外，其余的原理都基本相同。

　　無(wú)論是哪種光熱電站，每一片反射鏡都需要按照太陽(yáng)光的角度安裝，將陽(yáng)光反射聚集在圓心處的導(dǎo)熱管上才能夠收集到太陽(yáng)能，安裝精度要求很高。

　　以塔式熔鹽電站Gemasolar為例，2650面反射鏡占地185公頃，以不同的角度反射太陽(yáng)光到中央塔的集熱區(qū)，系統(tǒng)塔頂中央接收器的溫度可達(dá)900多攝氏度。塔式接收器采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)，溫度也可達(dá)500多攝氏度，向燃?xì)廨啓C(jī)傳輸溫度越高、高壓蒸汽的數(shù)量越多，發(fā)電站的功效也就越大。

　　光熱發(fā)電和光伏發(fā)電是兩種完全不同的技術(shù)。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。而光熱發(fā)電原理和傳統(tǒng)發(fā)電類似，加熱產(chǎn)生氣態(tài)推動(dòng)汽輪機(jī),發(fā)電機(jī)發(fā)交流電。

　　兩者相比較來(lái)說(shuō)，光熱發(fā)電核心優(yōu)勢(shì)非常明顯。

　　第一，電力輸出穩(wěn)定。

　　經(jīng)濟(jì)可靠的儲(chǔ)能功能是光熱發(fā)電技術(shù)最重要的價(jià)值。光熱發(fā)電站可以將白天的陽(yáng)光能源轉(zhuǎn)換為熱能儲(chǔ)存起來(lái)，在夜間繼續(xù)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的發(fā)電過(guò)程（還可通過(guò)天然氣補(bǔ)燃來(lái)平滑電力輸出），完全不受短時(shí)間天氣影響，實(shí)現(xiàn)一天24小時(shí)的平穩(wěn)發(fā)電。

　　此外，光熱電站的電網(wǎng)調(diào)度特性與傳統(tǒng)火電廠基本相同，無(wú)擾動(dòng)沖擊和容量限制，電網(wǎng)接入簡(jiǎn)單可靠，可以按照調(diào)度指令增減出力，進(jìn)行峰谷調(diào)節(jié)。

　　反觀光伏、風(fēng)力發(fā)電，兩者是需要看天吃飯的，具有間歇性、不穩(wěn)定性和不可控性，無(wú)法精確預(yù)測(cè)且發(fā)電曲線不穩(wěn)定，大規(guī)模的應(yīng)用還造成了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，棄電也由此而生。

　　第二，儲(chǔ)能成本低。

　　由于風(fēng)電、光伏波動(dòng)的特性，如要應(yīng)用，則需要將電儲(chǔ)存在電池中，需要的時(shí)候再釋放。而光熱發(fā)電，是將能量?jī)?chǔ)存在導(dǎo)熱的介質(zhì)中，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的發(fā)電。有網(wǎng)友算了一筆賬，目前電池造價(jià)$1500/kwh,光熱太陽(yáng)能用的導(dǎo)熱介質(zhì)，熔鹽造價(jià)$30/kwh，導(dǎo)熱油更便宜。經(jīng)濟(jì)性可想而知。

　　第三，環(huán)境污染較小。

　　光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能發(fā)電，過(guò)程并無(wú)污染，然而太陽(yáng)能電池在生產(chǎn)過(guò)程存在致命的弱點(diǎn)，中對(duì)環(huán)境的損耗較大，是高能耗、高污染的生產(chǎn)流程。而光熱發(fā)電是清潔生產(chǎn)過(guò)程，基本采用物理手段進(jìn)行光電能量轉(zhuǎn)換，對(duì)環(huán)境危害極小，太陽(yáng)能光熱發(fā)電站全生命周期的CO2排放僅為12g/kWh。

　　然而，光熱發(fā)電站相比光伏發(fā)電站，也不是十全十美的替代品。

　　光伏發(fā)電適合小規(guī)模、分布式的發(fā)電，建設(shè)成本較低，而光熱發(fā)電和傳統(tǒng)的火力發(fā)電相似，適合集中式的大規(guī)模發(fā)電，對(duì)地理?xiàng)l件要求高，目前建設(shè)成本較高。

　　而且，中國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)相對(duì)成熟，而光熱發(fā)電雖然很早就在國(guó)外興起，但在中國(guó)仍屬于“處級(jí)階段”，存在技術(shù)障礙，成功經(jīng)驗(yàn)少，亦缺少標(biāo)準(zhǔn)體系，高性能核心設(shè)備部件需要進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化制造水平較低。

　　光熱發(fā)電在全世界和中國(guó)

　　目前，全世界的光熱發(fā)電建成裝機(jī)總規(guī)模在2017年底已達(dá)到增至5133MW，由美國(guó)、西班牙領(lǐng)跑，南非、摩洛哥、印度等新興市場(chǎng)迅速崛起。

光熱電站全球裝機(jī)總規(guī)模數(shù)據(jù)來(lái)源：CSPPLAZA

　　而中國(guó)光熱發(fā)電行業(yè)起步較晚，處于商業(yè)化規(guī)模前期。不過(guò)，政策支持正在進(jìn)行。

　　2016年9月，國(guó)家能源局正式發(fā)布了《國(guó)家能源局關(guān)于建設(shè)太陽(yáng)能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的通知》，中國(guó)首批20個(gè)光熱發(fā)電示范項(xiàng)目名單出爐，分別分布在青海省、甘肅省、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆自治區(qū)，總裝機(jī)134.9萬(wàn)千瓦。通知要求各示范項(xiàng)目原則上應(yīng)在2018年底前建成投產(chǎn)。

　　目前，第二批示范項(xiàng)目建設(shè)正在啟動(dòng)當(dāng)中，國(guó)家能源局新能源和可再生能源司副司長(zhǎng)李創(chuàng)軍曾指出要進(jìn)一步加大政策支持力度，爭(zhēng)取國(guó)家有關(guān)方面在土地、財(cái)稅及信貸方面給予光熱發(fā)電更多支持。

　　在國(guó)家能源局正式印發(fā)的《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，太陽(yáng)能熱發(fā)電也被多次提及。

　　規(guī)劃提到，要通過(guò)示范項(xiàng)目建設(shè)推進(jìn)太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化，建立健全政策和行業(yè)管理體系，完善各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。目標(biāo)是到2020年底，太陽(yáng)能熱發(fā)電裝機(jī)達(dá)到500萬(wàn)KW。太陽(yáng)能熱利用集熱面積達(dá)到8億平方米，太陽(yáng)能熱發(fā)電成本低于0.8元/千瓦時(shí)。同時(shí)要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱發(fā)電效率較大提高，形成全產(chǎn)業(yè)鏈集成能力。

　　在政策的推動(dòng)作用下，2017年中國(guó)首批光熱示范項(xiàng)目集中建設(shè)發(fā)展良好。

　　其中，中廣核德令哈50MW導(dǎo)熱油槽式光熱發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)度領(lǐng)先，現(xiàn)已完成了太陽(yáng)島的整體安裝作業(yè)；太陽(yáng)島、傳儲(chǔ)熱島和常規(guī)島正在進(jìn)行分段分系統(tǒng)調(diào)試，電網(wǎng)接入系統(tǒng)也即將完工，即將成為我國(guó)首個(gè)投運(yùn)的商業(yè)化光熱電站。2017歲末之際，華強(qiáng)兆陽(yáng)張家口一號(hào)15MW太陽(yáng)能熱發(fā)電站基本建成，完成了北京兆陽(yáng)光熱技術(shù)有限公司技術(shù)體系從理論到商業(yè)化驗(yàn)證的里程碑式發(fā)展。

　　在中國(guó)棄風(fēng)棄光問(wèn)題突出的地方，比如內(nèi)蒙、甘肅等地廣人稀電力消納比較困難的地區(qū)，光熱發(fā)電的大規(guī)模建設(shè)正好彌補(bǔ)了棄電的問(wèn)題。

　　當(dāng)下，如何提高光熱發(fā)電的技術(shù)水平、如何與目前新能源產(chǎn)業(yè)的整體形勢(shì)結(jié)合、如何理性系統(tǒng)地規(guī)劃光熱產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)不造成“扎堆過(guò)熱”產(chǎn)能過(guò)剩等，仍是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。（【無(wú)所不能 文丨蕓豆】）