光熱發(fā)電在上世紀(jì)80年代形成了建設(shè)熱潮，之后由于技術(shù)和成本障礙出現(xiàn)停滯，近5年來，隨著技術(shù)的快速進步、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和對清潔能源需求的增加，光熱發(fā)電又逐漸在多個國家和地區(qū)成為可再生能源領(lǐng)域的投資熱點，但與成熟的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)相比，光熱發(fā)電技術(shù)處在發(fā)展中，產(chǎn)業(yè)處于成長中，市場處于開拓中，尚需有效的政策和有利的發(fā)展環(huán)境予以支持。
太陽能光熱發(fā)電是太陽能高溫利用的主要技術(shù)形式，是太陽能利用的重要領(lǐng)域之一。根據(jù)聚熱方式的不同，主要分為塔式、槽式、菲涅爾式和碟式等4種，其共同點是利用不同技術(shù)加熱工質(zhì)，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電，也可以在熱能轉(zhuǎn)成電能的環(huán)節(jié)上采用斯特林發(fā)動機。
光熱發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r
隨著世界上第一座商業(yè)化運行的塔式太陽能熱發(fā)電站——裝機容量11兆瓦的西班牙Abengoa公司PS10在2007年并網(wǎng)發(fā)電，世界光熱發(fā)電市場重新啟動，并在全球多個地區(qū)升溫，近5年來全球市場保持穩(wěn)步增長。2011年新增裝機容量45萬千瓦，累計裝機176萬千瓦，建成在運的項目主要分布在西班牙（114.8萬千瓦）和美國（50.75萬千瓦），此外、阿爾及利亞（2.5萬千瓦）、摩洛哥（2萬千瓦）、埃及（2萬千瓦）、伊朗（1.7萬千瓦）以及德國、意大利、泰國、澳大利亞也各建設(shè)了1座光熱發(fā)電站。
2009年數(shù)十個國家和機構(gòu)聯(lián)合啟動了“沙漠太陽能計劃”，計劃在北非地區(qū)大規(guī)模建設(shè)光熱發(fā)電項目并將電力輸送到歐洲，但由于歐債危機導(dǎo)致投資無處落實、輸電網(wǎng)建設(shè)難度和費用高昂等因素，“沙漠太陽能計劃”實施受阻，盡管如此，光熱發(fā)電仍受到投資的青睞，2012年全球已經(jīng)規(guī)劃的光熱發(fā)電項目超過1800萬千瓦，其中美國651萬千瓦，西班牙108萬千瓦；在建項目211萬千瓦，其中美國126萬千瓦。
我國“十一五”863重點項目——1兆瓦塔式光熱發(fā)電項目2012年8月成功并網(wǎng)發(fā)電，同年8月德令哈光熱項目1期（1萬千瓦）產(chǎn)出蒸汽，10月另一座1.5兆瓦光熱發(fā)電項目也在三亞竣工投產(chǎn)，這些標(biāo)志著我國在繼美國、德國、西班牙后，探索并開始掌握大型光熱電站集成技術(shù)。目前國內(nèi)電力開發(fā)企業(yè)已規(guī)劃了十多個大型光熱發(fā)電項目，裝機容量近200萬千瓦，但尚沒有實際可連續(xù)運行的商業(yè)化光熱電站。
技術(shù)多條路線，產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模
光熱技術(shù)多條路線發(fā)展，各類技術(shù)各有優(yōu)勢劣勢。槽式光熱發(fā)電技術(shù)相對成熟，占據(jù)市場主導(dǎo)地位，在已投運項目中占90%左右。塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)聚光比高，工作溫度高，效率高，是近幾年比較受推崇的技術(shù)，是未來發(fā)展方向之一，在建和規(guī)劃項目中，槽式和塔式分別占據(jù)50%和40%左右。菲涅爾式也有較好的前景預(yù)期。斯特林發(fā)動機轉(zhuǎn)換效率相對高，運行較為靈活，適宜于分布式利用，但經(jīng)濟性相對差。
在國內(nèi)企業(yè)開展前期工作和試驗的項目中，有槽式、塔式、碟式、槽式和菲涅爾結(jié)合等多種技術(shù)形式，這些集成技術(shù)的商業(yè)化運營可行性尚需要長時間的實際運行電站驗證。
近年來國內(nèi)外從事光熱發(fā)電的企業(yè)增多，除了德國、美國、以色列、西班牙等幾個國家在熱發(fā)電集熱部件、系統(tǒng)集成、傳熱部件等生產(chǎn)的傳統(tǒng)公司外，西門子、阿爾斯通、通用電氣等知名企業(yè)也相繼參與到光熱發(fā)電行業(yè)。
但由于近3年光伏發(fā)電成本的快速下降，使得光熱發(fā)電的競爭性削弱，光熱企業(yè)面臨的成本壓力增大，一些企業(yè)采取了在技術(shù)和示范方面增加投入、鞏固地位、獲得更多項目資金等措施，但也有一些企業(yè)急功近利，盲目擴大項目和生產(chǎn)規(guī)模，進行資本運作，卻在短期內(nèi)由于資金斷鏈而破產(chǎn)，其中不乏業(yè)界的領(lǐng)軍企業(yè)，如美國斯特林能源公司、德國千年公司先后于2011年底、2012年2月破產(chǎn)。
我國光熱設(shè)備制造起步較晚，但進步顯著。槽式熱發(fā)電的聚焦集熱管這一關(guān)鍵部件全球發(fā)展近30年，僅有德國肖特和西門子兩家企業(yè)可以批量生產(chǎn)，但我國僅用2-3年的時間，就有13家企業(yè)試制出樣管。線性菲涅爾技術(shù)和碟式技術(shù)的一些部件制造方面也有一些新的進展，高效碟式斯特林技術(shù)有待突破，中低溫斯特林技術(shù)發(fā)展快。
光熱發(fā)電發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
關(guān)鍵技術(shù)尚需商業(yè)化電站長期實際運行驗證。各類光熱發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化仍有一些技術(shù)上的障礙需要突破，相對于光伏，光熱發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備、系統(tǒng)集成、電站運行等技術(shù)要求高，雖然近兩年我國在槽式集熱管、反射鏡、聚光器、儲熱等核心裝備上的技術(shù)水平有了一定進步，但由于沒有實際連續(xù)運行的商業(yè)化光熱發(fā)電站的驗證，這些技術(shù)在可行性和長期運行可靠性方面仍存在較大的風(fēng)險。此外，我國的自然和氣候條件也對光熱發(fā)電技術(shù)提出了不同于國外光熱發(fā)電發(fā)展領(lǐng)先地區(qū)（美國南部、西班牙）的要求，如“三北”地區(qū)風(fēng)沙大，溫差大，污染重，聚光系統(tǒng)及其跟蹤部件需要有很強的抗風(fēng)、防沙、防塵的能力，集熱、傳熱和儲能系統(tǒng)需要適應(yīng)大溫差和溫度的快速變化等。因此，完全照搬國外技術(shù)、直接使用國外部件和產(chǎn)品集成、套用國外商業(yè)化運行的光熱電站的運行模式，在我國應(yīng)用可能會遇到較多問題，可能會使我國的光熱發(fā)電發(fā)展走彎路。因此，集熱、傳熱、儲熱、系統(tǒng)集成、電站運行技術(shù)的創(chuàng)新是必須的。
產(chǎn)業(yè)存在薄弱環(huán)節(jié)。國內(nèi)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)剛剛開始建立，一些關(guān)鍵零部件還沒有完全實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)雖然有數(shù)十家企業(yè)介入光熱制造，但由于采用多條技術(shù)路徑，力量分散，因此各類技術(shù)的制造業(yè)均存在薄弱環(huán)節(jié)，支撐實現(xiàn)2015年100萬千瓦的光熱發(fā)電裝機目標(biāo)，光熱產(chǎn)業(yè)的一些環(huán)節(jié)尚不具備大批量供貨的能力或沒有做好準(zhǔn)備。
政策環(huán)境急需改善。光熱發(fā)電是技術(shù)和資金雙密集的產(chǎn)業(yè)，目前我國已建成的光熱電站規(guī)模較小，主要是得到了支持技術(shù)研發(fā)示范的科研經(jīng)費的資助。但經(jīng)濟性相對較好的數(shù)萬千瓦的大型光熱電站投資動輒十多億元，電力投資企業(yè)一方面希望能夠早日介入以期占領(lǐng)先期市場，另一方面又不愿承擔(dān)投資風(fēng)險，造成目前大型光熱電站項目規(guī)劃多但在項目實際投資和開工建設(shè)上投資企業(yè)觀望的局面。因此，國家應(yīng)通過有效的政策引導(dǎo)逐步建立光熱投資市場。
經(jīng)濟性和競爭力有待提升。技術(shù)和產(chǎn)業(yè)能否持續(xù)健康發(fā)展，經(jīng)濟性是必須考慮的問題。隨著技術(shù)的進步，光熱發(fā)電成本不斷下降，電價需求已從2008年的3元/千瓦時左右降到目前的1.7元/千瓦時左右，成效顯著。但一方面，光伏發(fā)電近幾年成本大幅度下降，一定程度上擠壓了光熱發(fā)電發(fā)展的空間；另一方面，由于光熱技術(shù)本身的不確定性和風(fēng)險，其經(jīng)濟性提升的預(yù)期時間和水平也存在不確定性。光熱發(fā)電還需要通過技術(shù)的不斷提升以及通過政策支持啟動市場并擴大規(guī)模，實現(xiàn)成本的下降。
光熱發(fā)電前景展望
光熱發(fā)電是戰(zhàn)略性的可再生能源技術(shù)，雖然當(dāng)前尚有前述的一些技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟性問題需要解決，但發(fā)展光熱發(fā)電并不存在不可逾越的障礙，相對于其他電源，光熱發(fā)電具有如下獨特優(yōu)勢。
其一，大規(guī)模發(fā)展光熱發(fā)電有助于推動可再生能源的整體發(fā)展和電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。“十八大”提出要推動能源生產(chǎn)和消費革命，可再生能源是不可或缺的途徑之一。2012年底我國風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量分別達到6237萬千瓦和700萬千瓦左右，80%以上容量為西部、北部大基地集中開發(fā)，由于光伏和風(fēng)電難以存儲，已經(jīng)呈現(xiàn)了嚴(yán)重的并網(wǎng)和限制出力問題，部分地區(qū)的限電比例超過30%，而光熱發(fā)電可以通過技術(shù)可行、成本相對低廉的儲熱裝置實現(xiàn)按電力調(diào)度需求發(fā)電，既可以作為基礎(chǔ)支撐電源，也具備較為靈活的調(diào)峰能力。大規(guī)模開發(fā)光熱發(fā)電可以緩解西部和北部的風(fēng)電、光伏限制出力情況，并共同組成清潔發(fā)電系統(tǒng)，大大提高可再生能源在電源結(jié)構(gòu)中的比例。
其二，發(fā)展光熱發(fā)電對經(jīng)濟和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的拉動作用顯著。光伏和光熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈均很長，但與光伏產(chǎn)業(yè)鏈不同的是，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的絕大部分環(huán)節(jié)為傳統(tǒng)制造業(yè)，如太陽集熱島所大量需要的鋼材、玻璃、水泥、鍍膜、儲熱材料等，一個5萬千瓦裝機配4-8小時儲熱的光熱發(fā)電系統(tǒng)，約需要鋼材10萬-15萬噸、玻璃6000噸、混凝土1萬噸，發(fā)展光熱發(fā)電可以適度緩解我國鋼鐵、玻璃、水泥等產(chǎn)能過剩問題，此外，汽輪機、發(fā)電機也是我國的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，光熱發(fā)電系統(tǒng)集成、運行控制則有潛力成為新興產(chǎn)業(yè)，因此，光熱發(fā)電不僅僅是提供一種清潔能源供應(yīng)方案，更為重要的是可以拉動經(jīng)濟和多項傳統(tǒng)、新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
其三，光熱發(fā)電市場面廣，發(fā)展?jié)摿薮?。我國太陽能資源豐富，尤其是西部和北部地區(qū)，土地和太陽能資源可以滿足光熱發(fā)電大規(guī)模發(fā)展需要。相對于風(fēng)電和光伏，光熱需要一定量的水資源，但配合西部煤電基地建設(shè)，建設(shè)數(shù)千萬千瓦至上億千瓦光熱發(fā)電裝機規(guī)模，從土地、太陽能、水資源角度看是可能的。光熱發(fā)電市場面廣，未來發(fā)展可以著眼于兩大類市場，一方面是建設(shè)配備儲能裝置的大規(guī)模光熱電站以及建設(shè)光熱天然氣聯(lián)合電站、光熱煤電聯(lián)合電站、20萬千瓦及以下煤電機組改造光熱電站等，另一方面是光熱發(fā)電的分布式應(yīng)用，包括在海島、偏遠地區(qū)利用光熱發(fā)電實現(xiàn)供電、供熱和海水淡化，在有工業(yè)用熱需求地區(qū)推廣建設(shè)光熱熱電聯(lián)產(chǎn)、光熱工業(yè)蒸汽等。
《可再生能源發(fā)展十二五規(guī)劃》中提出了光熱發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)，到2015年達到100萬千瓦，針對這一目標(biāo)，業(yè)內(nèi)有不同觀點，一種是認(rèn)為目標(biāo)還可增大，另一種是認(rèn)為目前光熱發(fā)電建設(shè)情況實現(xiàn)目標(biāo)難度高，但這一目標(biāo)重要的意義在于其更多體現(xiàn)的是國家發(fā)展光熱發(fā)電的決心和導(dǎo)向。類比《十一五可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中的光伏發(fā)電目標(biāo)，2008年提出到2010年光伏裝機達到30萬千瓦，2020年達到180萬千瓦，但實際上2012年就達到700萬千瓦，2015年發(fā)展目標(biāo)有望提升到3500萬千瓦。因此，如果光熱發(fā)電在技術(shù)和經(jīng)濟性上再前進一步，在制造業(yè)保障以及系統(tǒng)集成、運行管理方面取得足夠的經(jīng)驗，光熱發(fā)電的中長期目標(biāo)可大為增加。如通過100萬千瓦規(guī)模內(nèi)若干個大型示范項目的建設(shè)，使其在西部太陽能資源條件較好地區(qū)的電價需求在3-5年內(nèi)降低到1元/千瓦時以內(nèi)，則可以實現(xiàn)更大規(guī)模的發(fā)展，達到目前光伏發(fā)電的每年數(shù)百千瓦的市場規(guī)模是可能的。
針對我國光熱發(fā)電情況和發(fā)展需求，提出如下具體建議。
其一，建議有關(guān)部門盡快制定有效的政策啟動和擴大市場。根據(jù)我國風(fēng)電、光伏等可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗，光熱發(fā)電已經(jīng)在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上做好準(zhǔn)備，即將邁入商業(yè)化應(yīng)用的門檻。需要國家制定合適的政策，以盡快啟動市場，并根據(jù)市場反饋和產(chǎn)業(yè)建設(shè)進展，按照合適的速度擴大規(guī)模。首先是需要出臺明確電價政策，建議直接采用如風(fēng)電、光伏發(fā)電類似的光熱發(fā)電標(biāo)桿電價政策，或是再通過一到兩輪的招標(biāo)再確定標(biāo)桿電價，給光熱發(fā)電投資企業(yè)、制造業(yè)明確的信號，并在金融信貸等方面提出扶持和優(yōu)惠政策。
其二，制造業(yè)必須注重自主技術(shù)的創(chuàng)新，為光熱發(fā)電市場的規(guī)?；l(fā)展提供支撐。我國的光熱制造業(yè)既要行動迅速，盡快完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，又要借鑒國外光熱產(chǎn)業(yè)以及國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗和教訓(xùn)。應(yīng)注重自主技術(shù)創(chuàng)新，基于我國本土環(huán)境和條件研發(fā)技術(shù)并進行產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，既要適應(yīng)我國特殊條件，更重要的是避免走光伏產(chǎn)業(yè)大量引進技術(shù)和生產(chǎn)線、多環(huán)節(jié)簡單重復(fù)、惡性競爭、貿(mào)易紛爭不斷的老路，建立真正自主的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)。（作者單位：國家發(fā)改委能源研究所）
