自2016年啟動首批光熱發(fā)電示范項目以來，短短3年時間我國光熱發(fā)電行業(yè)便取得了豐碩的成果，圓滿達成了預期示范效果。
2019年對于光熱發(fā)電行業(yè)而言更是收獲的一年。截止到年底，中廣核德令哈50MW槽式光熱發(fā)電項目并網1年半（2018年6月30日并網），首航節(jié)能敦煌100MW塔式光熱發(fā)電項目（2018年12月28日并網）和中控德令哈50MW塔式光熱發(fā)電項目（2018年12月30日并網）也已經并網滿1年。2019年9月19日，中電建共和50MW塔式光熱發(fā)電項目、魯能海西格爾木多能互補示范工程50MW塔式光熱發(fā)電項目并網；12月29日中電工程哈密50MW塔式光熱發(fā)電項目并網；11月6日，蘭州大成敦煌熔鹽菲涅爾50MW光熱發(fā)電項目倒送電一次成功，并已開始化鹽工作；12月29日，中核龍騰烏拉特100MW槽式光熱發(fā)電項目送電一次成功。
光熱發(fā)電產業(yè)的發(fā)展對于我國能源供給側結構性改革具有重要意義，是推動能源改革和能源轉型的重要抓手。但是，作為一個新興行業(yè)，光熱發(fā)電還不為大眾所熟悉，且常常被誤認為光伏發(fā)電。近期，銀湖新能源戰(zhàn)略研究中心將陸續(xù)發(fā)表系列文章，介紹光熱發(fā)電產業(yè)及其發(fā)展的成就與面臨的挑戰(zhàn)。
文/李靜云 韋福雷 中國（深圳）綜合開發(fā)研究院銀湖新能源戰(zhàn)略研究中心
太陽能取之不竭、用之不盡，是目前地球上可開發(fā)的、規(guī)模最大的清潔能源。太陽能主要有光熱和光伏兩種利用形式。盡管光熱與光伏從發(fā)電原理、技術路線、產業(yè)鏈到實際減排效果都截然不同。但是，人們還不熟悉光熱這一新興太陽能利用技術，常常將其與光伏混為一談。
由于被誤解太深，光熱是時候喊出自己的口號了：我就是我，不一樣的Power！
一、發(fā)電原理不一樣，“光—熱”VS.“光—電”
光熱發(fā)電的實質是“光—熱—功”轉化，光伏的發(fā)電的實質是“光—電”轉化，兩者發(fā)電的原理截然不同。
圖1 光熱與光伏發(fā)電原理對比圖
注：光熱發(fā)電聚光用的是定日鏡，光伏發(fā)電用的是太陽能電池組件。
光熱發(fā)電的實質是“光—熱—功”轉化。光熱發(fā)電站由集熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)構成。光熱發(fā)電是利用大規(guī)模定日鏡組成的集熱系統(tǒng)收集太陽能加熱介質，高溫介質與水進行熱交換產生高溫高壓蒸汽，推動汽輪機等常規(guī)設備進行熱功轉化驅動發(fā)電機發(fā)電。
光伏發(fā)電的實質是“光—電”轉化。光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應將光能直接轉變?yōu)殡娔艿募夹g。光伏發(fā)電的關鍵元件是太陽能電池，太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器、逆變器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。
二、穩(wěn)定性不一樣，能否駕馭這只“鴨子”
光熱發(fā)電配備儲能，具有良好的穩(wěn)定性，完美地解決了光伏發(fā)電不穩(wěn)定的問題，并且與光伏等電源組合能夠有效地促進消納。
光伏發(fā)電受太陽能自然屬性和儲電裝備技術滯后的雙重影響，具有隨機性、波動性等特點。光伏發(fā)電在中午達到高峰，傍晚隨著太陽落山而停止發(fā)電，但是晚上的電力需求卻急劇上升。光伏發(fā)電的大量應用會導致電網內其他發(fā)電方式（以火電為主）的供電量曲線急劇波動，該曲線由于形似鴨子而被稱為“鴨子曲線”。光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性對電網供電電壓、供電質量、繼電保護及電網調節(jié)能力造成較大沖擊。因此，光伏發(fā)電尚無法大規(guī)模接入電力系統(tǒng)，造成了嚴重的“棄光”問題。
圖2 “鴨子曲線”
光熱發(fā)電是穩(wěn)定的電網友好型電源。光熱發(fā)電配置儲熱系統(tǒng)，能夠將一部分太陽能轉化成熱能儲存起來，在夜間或者白天陽光被云層遮擋的時候可以用儲熱系統(tǒng)中的熱能發(fā)電，保持穩(wěn)定的電力輸出。因此，采用成熟的儲熱技術后光熱發(fā)電可以實現全天24小時穩(wěn)定持續(xù)供電。
圖3 光熱發(fā)電出力圖
光熱發(fā)電站還可以根據電網用電負荷的需求，快速調整汽輪發(fā)電機組出力。光熱發(fā)電站15分鐘左右便可實現20-110%發(fā)電負荷的快速變化，調節(jié)性能優(yōu)于燃煤發(fā)電，可參與電網一次調頻和二次調頻。將光熱發(fā)電作為調峰電源，與光伏發(fā)電形成互補，能夠駕馭“鴨子”曲線，有效解決“棄光”問題。
三、發(fā)電量不一樣，光熱≈光伏的2.5倍
光熱發(fā)電機組配置儲能系統(tǒng)能夠實現穩(wěn)定供電，因此光熱發(fā)電的出力遠遠超過光伏發(fā)電。
光伏發(fā)電的應用時長為每年1200-1500小時，而光熱發(fā)電的應用時長可以達到每年3000-4000小時。據調查，5萬千瓦容量的光伏電站即使在光照條件較好的西北地區(qū)，其年發(fā)電量也僅為7000萬度；而同容量的光熱電站年發(fā)電量可達到約2億度。也就是說，相同容量的光熱發(fā)電機組的年發(fā)電量約是光伏發(fā)電的2.5倍。
光熱發(fā)電不需要電力系統(tǒng)額外配套儲能電站。但是，光伏要成為電網中可靠的電源，滿足晚高峰的電力需求，至少需要配置6小時的電池儲能電站。根據電力規(guī)劃設計總院的研究，要達到100MW光熱發(fā)電機組的年發(fā)電量，需要250MW光伏發(fā)電站配置100MW電池儲能電站；在年發(fā)電量相同的情況下，光伏發(fā)電+電池儲能電站的上網電價是光熱上網電價的1.18倍。
圖4 同等發(fā)電量光熱發(fā)電與光伏發(fā)電+儲能電站對比
資料來源：電力規(guī)劃設計總院原副院長孫銳在2019第六屆中國國際光熱大會上的發(fā)言《建設光熱發(fā)電基地有利于實現高比例新能源電力外送》
四、產業(yè)鏈不一樣，新興技術與傳統(tǒng)產業(yè)的完美結合
光熱和光伏發(fā)電的原理不同，兩者的產業(yè)鏈也截然不同。光熱發(fā)電產業(yè)與傳統(tǒng)火電的產業(yè)鏈高度相關，而光伏發(fā)電產業(yè)則與硅料的應用開發(fā)為核心。
雖然光熱發(fā)電是新興發(fā)電技術，但是整個發(fā)電系統(tǒng)所需的技術與火電站非常接近。光熱發(fā)電分為太陽島、儲熱島、常規(guī)島三部分。其中，常規(guī)島與燃煤火電廠技術路線基本相同，光熱電站創(chuàng)新設計基本集中在太陽島部分，對總體技術路線并無改變，不會帶來系統(tǒng)技術的風險。兩者之間的核心區(qū)別就是將儲煤廠和傳送帶變成了集熱廠，其它的汽輪機、冷卻系統(tǒng)、熱交換器等，都與火電一致。光熱發(fā)電產業(yè)鏈大多環(huán)節(jié)屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，如鋼鐵、玻璃、水泥、礦料、化工、電力設備制造等行業(yè)。
圖5 光伏發(fā)電產業(yè)鏈
太陽能光伏產業(yè)鏈包括上游的晶體硅原料和硅棒、硅錠、硅片，中游的光伏電池、光伏組件，下游的光伏應用系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。
圖6 光伏發(fā)電產業(yè)鏈
五、碳排放不一樣，光熱≈光伏的1/10
由于產業(yè)鏈不同，光熱發(fā)電和光伏發(fā)電對環(huán)境的污染程度也不盡相同。
光伏發(fā)電產業(yè)鏈的上游是硅料加工，而硅料生產仍然是高耗能環(huán)節(jié)，并存在一定的污染隱患。此外，為了彌補上網的波動性，目前光伏發(fā)電多采用火電調峰。1GW的光伏需要配套5-6GW的火電調峰，也在一定程度上抵消了其減排效果。
圖7 各類發(fā)電站全壽命周期碳排量對比
數據來源：德國環(huán)境自然資源和核能部，德國環(huán)境合作及發(fā)展報告
光熱發(fā)電過程基本采用物理手段進行光電能量轉換，幾乎沒有污染。光熱發(fā)電站所有的組件、原材料均是安全、無污染的，整個光熱發(fā)電產業(yè)鏈基本不存在高耗能、高污染等問題，是真正綠色清潔環(huán)保的可再生能源。就二氧化碳排放而言，光熱發(fā)電站全生命周期每千瓦時二氧化碳排放量僅為12克，遠遠低于煤電的900克，低于光伏的110克（如圖7所示）。
六、原來，你是這樣的光熱！
不比不知道，原來光熱與光伏不僅有著本質的區(qū)別，而且性能遠遠優(yōu)于光伏。更加穩(wěn)定、高效、綠色，原來你是這樣的光熱！
不過，光熱發(fā)電還處于試點示范階段，不像光伏已經形成規(guī)?；l(fā)展的格局，進入平價上網階段。如果把光熱和光伏比作兩兄弟，顯然光伏是進入壯年的大哥，光熱還是處于成長期的小弟。但是，光熱的優(yōu)越特質決定了其對我國電力結構調整有百利而無一害，發(fā)展光熱發(fā)電不僅是我國推進能源革命和能源轉型的重要戰(zhàn)略選擇，也是推動供給側改革和經濟高質量發(fā)展的重要抓手。
