細(xì)數(shù)幾種“光熱發(fā)電+”電站開發(fā)模式

:光熱發(fā)電技術(shù)主要分塔式、槽式、碟式、菲涅爾式四大類，這其中又因傳儲熱介質(zhì)、儲熱方式、聚光方式的差異而呈現(xiàn)多元化。

就入選中國首批示范的20個項目來說，均采用單一的塔式、槽式或菲涅爾式技術(shù)。而同樣由國家能源局發(fā)布的23個首批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程中也包含一定的光熱發(fā)電裝機(jī)，其中由山東電力建設(shè)第三工程有限公司擔(dān)任EPC的魯能海西州格爾木多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范項目目前也在積極推進(jìn)建設(shè)。

雖然裝機(jī)50MW的光熱發(fā)電系統(tǒng)相對于總裝機(jī)700MW的魯能項目只能作為配角，但這種“光熱發(fā)電+”的電站開發(fā)模式也提供了一種光熱發(fā)電項目開發(fā)的新思路。

目前，鑒于光熱發(fā)電依然面臨著投資成本較大、度電成本較高的現(xiàn)狀，采用“光熱發(fā)電+”的電站開發(fā)模式在一定程度上可有助于削減光熱發(fā)電項目的投資成本，降低投資風(fēng)險。

從理論上來講，光熱發(fā)電四種主要技術(shù)路線之間、光熱發(fā)電與傳統(tǒng)火電以及與其它可在生能源之間都有可能碰撞出“火花”，并實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)多贏的理想效果。

1.光熱發(fā)電+光熱發(fā)電

首先來看看不同光熱發(fā)電技術(shù)路線之間可以進(jìn)行哪些“光熱發(fā)電+”組合以及目前業(yè)界已經(jīng)進(jìn)行了哪些嘗試。

1)槽式+塔式

代表項目：摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目、迪拜700MW光熱電站

2017年9月，一則新聞大大鼓舞了中國光熱發(fā)電行業(yè)：沙特ACWA電力公司(ACWA Power)和上海電氣集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合體以7.3美分/kWh的超低電價中標(biāo)迪拜700MW項目EPC總承包合同。

迪拜700MW光熱項目位于迪拜阿勒馬克圖姆太陽能園，由3個裝機(jī)為200MW的槽式電站(世界上單體裝機(jī)最大的槽式電站)以及1個裝機(jī)為100MW的塔式電站組成，是目前全球規(guī)模最大光熱電站項目。該項目是迪拜“清潔能源戰(zhàn)略”的重要組成部分，每年能夠為迪拜270000多家住戶提供清潔電力，每年可減少140萬噸碳排放量。

該超低電價的誕生在一定程度上歸功于該項目一塔三槽的設(shè)計方案。槽式與塔式發(fā)電技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)方案可以集合槽式的成熟和塔式的高效，還能提高項目整體的儲能能力并降低儲能成本。從技術(shù)層面來看，槽式技術(shù)相對更加成熟，商業(yè)化驗證程度也更高，其裝機(jī)量在目前已建成光熱發(fā)電項目裝機(jī)量中占比最大。但塔式光熱技術(shù)正憑借其較高的工作運(yùn)行溫度和因此帶來的整體系統(tǒng)效率提升而逐步開始發(fā)力，在全球范圍內(nèi)開始得到大規(guī)模部署。

ACWA Power業(yè)務(wù)發(fā)展執(zhí)行總監(jiān)Andrea Lovato表示：“按照我們的技術(shù)方案，塔式光熱系統(tǒng)將配置15小時的儲熱系統(tǒng)，而槽式系統(tǒng)將配置11個小時的儲熱系統(tǒng)，這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合使系統(tǒng)可以根據(jù)需求隨時提供電力，同時又有助于降低總發(fā)電成本。槽式技術(shù)是一種更成熟、風(fēng)險更低的技術(shù)路線，而塔式技術(shù)的加入將助力儲能成本下降。”

此外，即將全面投運(yùn)、也由山東電力建設(shè)第三工程有限公司參建的摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目也已體現(xiàn)出槽式與塔式技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢，其中一期NOORI(160MW)、二期NOORII(200MW)采用槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，三期NOORIII(150MW)采用塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，而NOORII和NOORIII項目此前的平均中標(biāo)價15.67美分/kWh代表了當(dāng)時光熱發(fā)電項目的最低電價水平。

圖：NOOR光熱發(fā)電項目綜合體全景

2)菲涅爾+塔式

代表項目：日本三菱菲涅爾塔式混合光熱發(fā)電系統(tǒng)

由日本三菱日立電力系統(tǒng)(MHPS)建設(shè)的菲涅爾塔式混合光熱發(fā)電系統(tǒng)由低溫菲涅爾集熱蒸發(fā)系統(tǒng)、塔式過熱器和收集太陽光線的定日鏡等部分組成。與傳統(tǒng)的光熱發(fā)電系統(tǒng)相比，這一混合型系統(tǒng)能夠以更低成本生產(chǎn)溫度更高的蒸汽。

在該系統(tǒng)中，菲涅爾集熱器將收集70%的太陽光線，通過與水換熱產(chǎn)生溫度300攝氏度左右的蒸汽。之后，蒸汽會被送到位于塔頂?shù)奈鼰崞?，通過定日鏡的聚焦，進(jìn)一步加熱到550攝氏度左右。由于蒸汽已經(jīng)被預(yù)熱過，其所需的定日鏡陣列規(guī)模也要小得多，因此成本遠(yuǎn)低于常規(guī)的CSP系統(tǒng)。MHPS表示，這套測試中的混合光熱發(fā)電系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生等效300千瓦的電能。

據(jù)了解，該項目占地面積約為10000m2，包括菲涅爾集熱蒸發(fā)系統(tǒng)、塔式吸熱器和150面塔式定日鏡，這些配置有跟蹤系統(tǒng)的定日鏡可以跟蹤太陽以將更多太陽光線反射到過熱器的焦點(diǎn)上。

3)碟式+槽式/塔式

從發(fā)電原理角度來說，碟式與槽式、塔式及菲涅爾式有較大不同，在中國首批示范項目競爭中也落得下風(fēng)。但在申報過程中，“碟式斯特林+槽式”、“碟式斯特林+塔式”開發(fā)模式的出現(xiàn)仍叫人眼前一亮。

雖然上述兩種開發(fā)模式目前尚無大型商業(yè)化項目案例，但隨著碟式光熱技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，未來這兩種開發(fā)模式也值得期待。

2.光熱發(fā)電+其它清潔能源

1)光熱發(fā)電+光伏

采用光熱光伏混合開發(fā)模式的案例較多，該模式可以實(shí)現(xiàn)在對太陽能資源相對高效和經(jīng)濟(jì)性利用的同時，為人類持續(xù)穩(wěn)定提供綠色電能。

代表項目：Ashalim太陽能綜合體、Noor Midelt光熱光伏混合電站、智利Cerro Dominador項目、Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目等

以色列在建的總裝機(jī)超300MW的Ashalim太陽能綜合體項目包括兩個光熱發(fā)電項目(Ashalim1和Ashalim2，裝機(jī)均為121MW)和一個裝機(jī)70MW的光伏發(fā)電項目;Noor Midelt項目總裝機(jī)規(guī)模預(yù)計為400MW，按照初步設(shè)想，該項目將建于Midelt東北方向約25公里處，總占地面積達(dá)3000公頃，其中光熱發(fā)電裝機(jī)將達(dá)150-190MW、儲熱時長可達(dá)5小時以上，而光伏電站裝機(jī)量由投標(biāo)人自行決定，但不能超過光熱電站夜間凈容量的20%;拉丁美洲首個光伏光熱混合電站Cerro Dominador則由一個裝機(jī)100MW的光伏電站和一個110MW的塔式光熱電站組成，總投資達(dá)18億美元;上文已經(jīng)提到的Noor Quarzazate項目位于摩洛哥瓦爾扎扎特(Ouarzazate)，總裝機(jī)580MW，占地2000公頃，耗資27億美元，包括510MW的光熱發(fā)電裝機(jī)和70MW的光伏裝機(jī)。

圖：裝機(jī)121MW的Ashalim1塔式光熱電站

光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的結(jié)合越來越受到大眾的關(guān)注與認(rèn)可。此前，德國航空航天中心DLR研究結(jié)果表明，在現(xiàn)有條件下，光熱和光伏相結(jié)合是目前最具前景的太陽能發(fā)電技術(shù)路線。光伏發(fā)電廠直接向電網(wǎng)供電，在用電高峰期，比如夜間，光熱將在夜晚通過儲熱發(fā)揮其優(yōu)勢。即使增加化石燃料補(bǔ)燃也將相對容易可行，成本不會過高。

另外，摩洛哥可持續(xù)能源署masen高級代表Adil Bouabdallah在于不久前召開的CPC2018大會上曾表示，masen認(rèn)為光伏和光熱的結(jié)合將會是未來太陽能發(fā)展的方向。通過不同比例的配置，可以開發(fā)出3種組合模式;高CSP低PV，此種模式中，光熱晝夜運(yùn)行;CSP&PV平均分配，白天光伏用于發(fā)電，光熱僅在部分時間發(fā)電，夜間光熱滿負(fù)荷發(fā)電;高PV和低CSP的模式，光伏白天發(fā)電，光熱儲能用于夜間發(fā)電。這種太陽能混合發(fā)電的概念正逐漸在全球范圍內(nèi)被廣泛認(rèn)識。

2)光熱發(fā)電+光伏+風(fēng)電+儲能

在此類項目中，光熱發(fā)電往往利用其出色的調(diào)峰能力擔(dān)任輔助角色，但隨著光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，有望不斷提升自己的比重。

代表項目：魯能海西州700MW風(fēng)光熱儲多能互補(bǔ)項目

開篇提到的魯能海西州700MW風(fēng)光熱儲多能互補(bǔ)項目由西北電力設(shè)計院設(shè)計，位于青海省海西州格爾木市境內(nèi)，總裝機(jī)容量700兆瓦，其中風(fēng)電400兆瓦，光伏200兆瓦，光熱50兆瓦，儲能50兆瓦。該項目于2017年6月開工，成為國家首個正式建設(shè)的集風(fēng)光熱儲于一體的多能互補(bǔ)科技創(chuàng)新項目。

圖：魯能格爾木熔鹽塔式光熱項目建設(shè)現(xiàn)場俯瞰

該項目旨在將風(fēng)電、光伏、光熱和儲能結(jié)合起來，形成風(fēng)、光、熱、儲多種能源的優(yōu)化組合，以有效解決用電高峰期和低谷期電力輸出的不平衡問題，提高能源利用效率，優(yōu)化新能源電力品質(zhì)，增強(qiáng)電力輸出功率的穩(wěn)定性，提升電力系統(tǒng)消納風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源的能力和綜合效益。

通過多能互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)行后，可有效減輕電網(wǎng)調(diào)峰壓力。考慮出力限額與青海省負(fù)荷曲線匹配，本項目通過儲能和光熱聯(lián)合調(diào)節(jié)，將大幅降低限電比例。