編者按：作為兩種技術(shù)路線，光伏發(fā)電與光熱發(fā)電之爭(zhēng)一直存在。從比較優(yōu)勢(shì)看，光熱發(fā)電更適宜基礎(chǔ)性能源，最有條件逐步取代火電擔(dān)當(dāng)基礎(chǔ)電力負(fù)荷。而光伏發(fā)電更適宜作為城市中能源的補(bǔ)充，應(yīng)用于分布式能源。以美國(guó)、西班牙、德國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家已開始將光熱發(fā)電作為未來(lái)替代傳統(tǒng)能源的主導(dǎo)選擇。光熱發(fā)電很有可能成為可再生能源領(lǐng)域繼風(fēng)電、光伏發(fā)電之后新的投資熱點(diǎn)，我國(guó)規(guī)?；l(fā)展光熱商業(yè)電站前景可期。怎樣避開光熱產(chǎn)業(yè)誤區(qū)是當(dāng)前業(yè)界的主要命題。
聚光式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)(Concentrating Solar Power, CSP)正在成為太陽(yáng)能利用的熱點(diǎn)。盡管全球光熱發(fā)電建成投產(chǎn)的總裝機(jī)量不足2吉瓦，但以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家在太陽(yáng)能領(lǐng)域的利用已越來(lái)越偏向于光熱發(fā)電。
2012年3月，西班牙AbengoaSolar公司、美國(guó)BrightSourceEnergy公司和其他一些世界頂級(jí)的太陽(yáng)能公司成立了太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。該聯(lián)盟將致力于大力發(fā)展聚光式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)（下稱光熱發(fā)電）、熱能儲(chǔ)存為一體的能源供應(yīng)體系。該聯(lián)盟執(zhí)行主任TexWilkins認(rèn)為，光熱發(fā)電是一種穩(wěn)定、可靠的可再生能源，從經(jīng)濟(jì)性分析，已具有規(guī)?；l(fā)展的條件，可以應(yīng)對(duì)美國(guó)乃至世界的能源供應(yīng)危機(jī)。
AbengoaSolar公司是非洲沙漠太陽(yáng)能計(jì)劃的主要發(fā)起者之一，而BrightSourceEnergy公司是全球塔式光熱發(fā)電領(lǐng)域的新興公司，之前獲得美國(guó)能源部一筆l4億美元貸款擔(dān)保用于在莫哈韋沙漠建設(shè)三個(gè)太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電廠。
目前，各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)都很積極，投資也是越來(lái)越大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球已建成和在建的光熱發(fā)電項(xiàng)目總裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)了4吉瓦，已宣布將建設(shè)的項(xiàng)目更是高達(dá)15吉瓦左右。
光熱發(fā)電已進(jìn)入快速發(fā)展期
20世紀(jì)70年代，石油危機(jī)的爆發(fā)促使世界各國(guó)開發(fā)新能源，美圍在加州沙漠地區(qū)建設(shè)大型槽式光熱發(fā)電站，引發(fā)了光熱發(fā)展的一個(gè)小高潮，也是全球光熱發(fā)電行業(yè)的一個(gè)啟蒙期。隨后在石油危機(jī)過(guò)后，各國(guó)對(duì)新能源發(fā)展的意愿隨之降低，市場(chǎng)需求明顯減少，在一定程度上影響了太陽(yáng)能光熱技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用。
太陽(yáng)能光熱與光伏產(chǎn)業(yè)相比，之所以光伏發(fā)展更快，是因?yàn)樘?yáng)能光伏在空間技術(shù)尤其是在航空航天領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用需求，比如宇宙飛船、人造衛(wèi)星、空間站等，都需要光伏發(fā)電作為動(dòng)力。而光熱發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域和定位則基本上只能是大型基礎(chǔ)性地面項(xiàng)目。而光熱發(fā)電除了美國(guó)、西班牙等少數(shù)國(guó)家的一些示范項(xiàng)目建設(shè)外，沒有形成較大規(guī)模的市場(chǎng)，所以盡管光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)很成熟，卻始終還沒有進(jìn)入全球大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
近期，西班牙、德國(guó)等國(guó)對(duì)新能源的補(bǔ)貼有所調(diào)整，特別是1月27日，西班牙已頒布法令取消對(duì)面再生能源發(fā)電的補(bǔ)貼政策，業(yè)內(nèi)人士紛紛擔(dān)心此舉是否會(huì)對(duì)整個(gè)新能源的發(fā)展雪上加霜。
但是，美國(guó)對(duì)大力發(fā)展可再生能源的初衷并未改變。最新公布的美國(guó)能源部2013財(cái)政年度的總預(yù)算為272億美元，比去年增長(zhǎng)3.2%。其中23億美元將專項(xiàng)用于能源效率研究和發(fā)展、汽車技術(shù)改進(jìn)以及生物燃料領(lǐng)域。此外，清潔能源研究資金的額度也比2012財(cái)年提高了近30%。美國(guó)政府一直致力于支持本國(guó)CSP產(chǎn)業(yè)，一些大型項(xiàng)目正在實(shí)施，其中Brightsource能源公司的400兆瓦級(jí)項(xiàng)目和Abengoa公司250兆瓦級(jí)發(fā)電廠一直得到美國(guó)聯(lián)邦政府的貸款支持。
聚光式太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域全球知名公司
根據(jù)彭博新能源的最新數(shù)據(jù)顯示，2011年世界各地在建和已投運(yùn)的光熱發(fā)電站同比增長(zhǎng)54%。目前太陽(yáng)能熱發(fā)電站遍布美國(guó)、西班牙、德國(guó)、法國(guó)、阿聯(lián)酋、印度、埃及、摩洛哥、阿爾及利亞、澳大利亞等國(guó)家。
太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。據(jù)歐委會(huì)預(yù)計(jì)，歐盟2020年的CSP裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬(wàn)千瓦，發(fā)電量85太瓦時(shí)。歐盟第七研發(fā)框架計(jì)劃( FP7)目前資助的CSP技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目主要集中在：建設(shè)應(yīng)用不同CSP技術(shù)的大尺度發(fā)電示范工程，進(jìn)行優(yōu)化比較和經(jīng)濟(jì)上的可行性及適應(yīng)性；提升其運(yùn)營(yíng)操作性和降低成本，促進(jìn)廉價(jià)替代材料的研發(fā)及儲(chǔ)能技術(shù)研究；太陽(yáng)能混合技術(shù)的研發(fā)及利用CSP技術(shù)生產(chǎn)氫氣的研究；大型集中式太陽(yáng)能科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；25萬(wàn)千瓦級(jí)光熱發(fā)電廠的規(guī)范化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)。
今年，英國(guó)NurEnergie與德國(guó)沙漠技術(shù)基金會(huì)共同宣布，計(jì)劃在突尼斯建設(shè)2吉瓦聚光太陽(yáng)能CSP項(xiàng)目，該項(xiàng)目將于2014年開工，計(jì)劃2016年開始通過(guò)海底電纜為意大利提供電力。
澳大利亞發(fā)布的《2020零排放固定式能源計(jì)劃書》中指出，10年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)100%的可再生能源供應(yīng)，基底負(fù)載能源由可再生能源提供。其中提到大規(guī)模的、有熔鹽儲(chǔ)存配備的聚焦太陽(yáng)能系統(tǒng)可以可靠地提供全天24小時(shí)的電力供應(yīng)。計(jì)劃使用聚光太陽(yáng)能發(fā)電完成60%的電網(wǎng)供電量。
我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化前景可期
中國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的研究始于1979年。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，中國(guó)在太陽(yáng)能吸熱材料、熱電轉(zhuǎn)換材料、儲(chǔ)能材料、聚光裝備、槽式真空管、吸熱器、碟式聚光器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了較大的進(jìn)步。
2009年，科技部太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟成立，成員目前包括中科院電工所、華電集團(tuán)、皇明太陽(yáng)能等企業(yè)、大學(xué)和研究所組成，該聯(lián)盟計(jì)劃“十二五”期間建設(shè)1000兆瓦級(jí)規(guī)模的光熱電站。2011年3月1日，中科院電工所代表中國(guó)以締約方的身份正式加入國(guó)際能源署太陽(yáng)能熱發(fā)電熱化學(xué)組織。
2011年1月20日內(nèi)蒙古50兆瓦熱發(fā)電項(xiàng)目開標(biāo)，大唐新能源最終以09399元／千瓦時(shí)的低價(jià)中標(biāo)，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)光熱發(fā)電特許招標(biāo)項(xiàng)目，是我國(guó)光熱發(fā)電商業(yè)化運(yùn)營(yíng)重要一步，該項(xiàng)目要求設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率60%以上，應(yīng)該是國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用方面的典型。但該競(jìng)標(biāo)價(jià)格，企業(yè)盈利困難，產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)力仍然不足，難以推動(dòng)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模向前發(fā)展。
最近兩年來(lái)，許多企業(yè)紛紛介入光熱發(fā)電領(lǐng)域，既有央企，也有民企。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)處于在建和規(guī)劃階段的光熱項(xiàng)目已達(dá)5333.31兆瓦。按照科技部的規(guī)劃，將逐步在2015年建成10～100兆瓦光熱發(fā)電示范電站；2020年建成荒漠地區(qū)100～1000兆瓦商業(yè)實(shí)用電站；預(yù)計(jì)2020年后，光熱發(fā)電開始規(guī)?；ㄔO(shè)。
從國(guó)外新能源發(fā)展模式看，都是先以相關(guān)政府部門的投資進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和項(xiàng)目示范，然后給予政策上的扶持和財(cái)政補(bǔ)貼，從而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而我國(guó)的新能源發(fā)展還在走先有市場(chǎng)需求、然后代工制造、接著引進(jìn)設(shè)備、最后拼低價(jià)的老路，這是國(guó)內(nèi)很多產(chǎn)業(yè)的一個(gè)慣性循環(huán)，也是我們創(chuàng)新不足的根本原因。
國(guó)內(nèi)規(guī)劃在建CSP項(xiàng)目
作為太陽(yáng)能發(fā)電的兩種技術(shù)路線，光伏與光熱之爭(zhēng)一直存在。其實(shí)光伏與光熱各具比較優(yōu)勢(shì)，各有適宜的環(huán)境和約束條件，并無(wú)絕對(duì)的優(yōu)劣之分。從比較優(yōu)勢(shì)看，光熱更適宜基礎(chǔ)性能源，光熱最大的優(yōu)勢(shì)在于并網(wǎng)友好、規(guī)模效應(yīng)和清潔生產(chǎn)，因此最有條件逐步取代火電擔(dān)當(dāng)基礎(chǔ)電力負(fù)荷。而光伏最大的優(yōu)勢(shì)在于靈活高效，對(duì)光照要求低、占地小、可模塊化部署，因此更適宜作為城市中能源的補(bǔ)充，應(yīng)用于分布式能源。
經(jīng)中科院電工研究所測(cè)算分析，我國(guó)130多萬(wàn)平方公里的沙漠戈壁，超過(guò)30萬(wàn)平方公里適宜光熱發(fā)電，而且只要8萬(wàn)平方公里戈壁建立CSP，其產(chǎn)生的電量就等同于中國(guó)2008年全年的發(fā)電量。此外，CSP還可以與當(dāng)前已有的煤、天然氣、小水電互補(bǔ)，經(jīng)過(guò)余熱利用，提高能源使用效率。
盡管我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，但并非白手起家，因?yàn)楣鉄岚l(fā)電很多組件是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，且有火電站運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)條件好于當(dāng)年光伏。國(guó)內(nèi)雖已掌握光熱發(fā)電的技術(shù)，但與國(guó)外仍有差距，且尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，特別是部分關(guān)鍵組件的生產(chǎn)設(shè)備需要進(jìn)口，比如生產(chǎn)聚光鏡的圓柱形半徑彎曲設(shè)備、外部壓制成型設(shè)備、深彎設(shè)備等被美國(guó)Glasstech公司壟斷。除了幾個(gè)小型電站仍處在示范性試驗(yàn)階段，尚缺乏大型商業(yè)化電站的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)。
“沙漠技術(shù)工業(yè)計(jì)劃”雖然在德國(guó)獲得了支持，但將太陽(yáng)能從非洲傳輸?shù)綒W洲的可行性尚未得到論證。
對(duì)于企業(yè)，光熱產(chǎn)業(yè)進(jìn)入門檻相對(duì)較高，特別是初始投資成本高。CSP成本大約九成是在初始投資階段，單機(jī)容量大，電站經(jīng)濟(jì)裝機(jī)規(guī)模更大，投資回收周期長(zhǎng)，對(duì)進(jìn)入企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力要求較高。
目前政府正在尋找的是能夠起到替代作用的新能源，光熱發(fā)電從這個(gè)角度來(lái)看，應(yīng)該是最有前景的新能源。政策對(duì)于光熱產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起著關(guān)鍵作用，2011年5月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本），鼓勵(lì)新能源門類中，太陽(yáng)能光熱發(fā)電位于首位，從政策層面對(duì)光熱發(fā)電的重視程度也顯著提升。但相關(guān)的實(shí)質(zhì)性細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步落實(shí)，特別是購(gòu)電和補(bǔ)貼等扶持政策，消除CSP發(fā)展的不確定因素，否則國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈企業(yè)還將會(huì)重蹈覆轍，去迎合國(guó)外市場(chǎng)配置資源。
三種情景下我國(guó)CSP市場(chǎng)預(yù)測(cè)
經(jīng)濟(jì)性分析：選址和規(guī)模效應(yīng)
對(duì)可再生能源的經(jīng)濟(jì)分析不僅應(yīng)考慮絕對(duì)成本，也應(yīng)該考慮其對(duì)于傳統(tǒng)能源的相對(duì)成本。絕對(duì)成本影響因素主要有建造成本和運(yùn)維成本、政府補(bǔ)貼、資本成本和使用壽命等。相對(duì)成本主要包括化石能源價(jià)格上漲及大幅波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、碳成本等。
CSP技術(shù)路線多，系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，構(gòu)造復(fù)雜，參數(shù)多，而且產(chǎn)業(yè)化尚不成熟，因此經(jīng)濟(jì)性分析特別是成本測(cè)算比較難，從光熱發(fā)電設(shè)備組件分析，不論槽式還是塔式，鏡場(chǎng)占比最大，因此是成本下降的主要空間所在。影響經(jīng)濟(jì)的因素還包括：
太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度。由于地區(qū)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不同，相同投資條件下的發(fā)電量不同。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度高的地方，發(fā)電量也相應(yīng)增加。
規(guī)模效應(yīng)。機(jī)組越大，效率越高。相同容量的機(jī)組，初參數(shù)越高，機(jī)組效率就越高。當(dāng)系統(tǒng)效率提高2%時(shí)，每千瓦初始投資成本降低1%。對(duì)于塔式電站，當(dāng)系統(tǒng)效率從15%提高到25%，鏡場(chǎng)的投資成本將降低40%，總成本降低20%。當(dāng)裝機(jī)容量從50MW增加到100MW時(shí)，單位投資成本可降低12%，當(dāng)規(guī)模擴(kuò)大到200MW時(shí)，單位投資成本將下降20%。
運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。盡管CSP電站的建造成本較高，但其運(yùn)營(yíng)所需的能源成本低，所以長(zhǎng)期效益可觀。運(yùn)維成本主要包括電站運(yùn)營(yíng)、燃料費(fèi)用、冷卻水、鏡場(chǎng)維護(hù)等。常規(guī)化石能源電站基建投資占10%，運(yùn)行維護(hù)占90%，而CSP電站成本結(jié)構(gòu)正好相反。一個(gè)典型的50兆瓦槽式CSP電站需要大約30名運(yùn)營(yíng)人員和10名鏡場(chǎng)維護(hù)人員，運(yùn)營(yíng)成本大約為1.3～3美分/千瓦時(shí)。
蓄熱裝置。有儲(chǔ)能裝置的槽式CSP的LCOE（每度電成本計(jì)算）要比沒有儲(chǔ)能裝置的下降28%。熔融鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本是30～50美元/千瓦，如果儲(chǔ)存成本下降至15～20美元/千瓦或更少，具有更大規(guī)模的儲(chǔ)熱裝置的CSP將成為一個(gè)基本負(fù)荷技術(shù)。
政府補(bǔ)貼。與成本相關(guān)的政策措施主要有上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼、貸款擔(dān)保、財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、降低進(jìn)口關(guān)稅、加速折舊等。
融資環(huán)境。光熱發(fā)電初始投資規(guī)模大，投資回收期較長(zhǎng)，因此需要外部融資的支撐，融資的可得性、便利性和資本成本是決定LCOE的關(guān)鍵因素之一。比如美國(guó)所有CSP電站開發(fā)商或供應(yīng)商能得到預(yù)先融資，但成功運(yùn)營(yíng)后才能獲得無(wú)追索權(quán)項(xiàng)目貸款，而西班牙的所有CSP項(xiàng)目在建階段都能獲得無(wú)追索權(quán)貸款。
扶持光熱產(chǎn)業(yè)的政策建議
目前，我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于初期階段，與美國(guó)、西班牙等國(guó)家相比，尚缺乏大型光熱示范電站自主關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證。
2011年以前，95%以上的光熱電站裝機(jī)集中在美國(guó)和西班牙，其電價(jià)也從最早的4元/千瓦時(shí)降到了現(xiàn)在的不到2.1元/千瓦時(shí)，這個(gè)電價(jià)基本能夠真實(shí)反映當(dāng)前光熱電站的造價(jià)和運(yùn)營(yíng)需要。
對(duì)于我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尚需要政策環(huán)境、產(chǎn)業(yè)環(huán)境、技術(shù)研發(fā)體系建設(shè)和各級(jí)相關(guān)部門的支持。同時(shí)，政府還應(yīng)該幫助和引導(dǎo)中小企業(yè)建立起聯(lián)合體系，形成從材料到制造，再到系統(tǒng)集成，最終達(dá)到可應(yīng)用的完整的清潔能源產(chǎn)業(yè)鏈，讓光熱發(fā)電等新能源在能源利用中的比重得到提升。
預(yù)計(jì)我國(guó)光熱發(fā)電在5年內(nèi)將會(huì)大規(guī)模發(fā)展，但我國(guó)產(chǎn)業(yè)還尚未形成，僅僅依靠企業(yè)界去完成是不現(xiàn)實(shí)的，還需要政策細(xì)則的進(jìn)一步出臺(tái)和扶持。
全國(guó)工商聯(lián)建議，希望國(guó)家發(fā)改委盡快制定針對(duì)第一批大型光熱電站的重點(diǎn)扶持性電價(jià)政策，綜合考慮各種情況，光熱發(fā)電電價(jià)應(yīng)在1.6～1.7元/千瓦時(shí)之間，通過(guò)4～5年的發(fā)展，光熱發(fā)電的電價(jià)預(yù)計(jì)將降到0.8～1.0元/千瓦時(shí)，并在20年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。（作者 姚志豪，供職于中科院電工研究所，系國(guó)內(nèi)首位光熱電站總設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成方向畢業(yè)博士）
