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編者按：作為兩種技術路線，光伏發(fā)電與光熱發(fā)電之爭一直存在。從比較優(yōu)勢看，光熱發(fā)電更適宜基礎性能源，最有條件逐步取代火電擔當基礎電力負荷。而光伏發(fā)電更適宜作為城市中能源的補充，應用于分布式能源。以美國、西班牙、德國為首的發(fā)達國家已開始將光熱發(fā)電作為未來替代傳統(tǒng)能源的主導選擇。光熱發(fā)電很有可能成為可再生能源領域繼風電、光伏發(fā)電之后新的投資熱點，我國規(guī)模化發(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)是當前業(yè)界的主要命題。
聚光式太陽能熱發(fā)電技術(Concentrating Solar Power, CSP)正在成為太陽能利用的熱點。盡管全球光熱發(fā)電建成投產(chǎn)的總裝機量不足2吉瓦，但以美國為首的發(fā)達國家在太陽能領域的利用已越來越偏向于光熱發(fā)電。
2012年3月，西班牙AbengoaSolar公司、美國BrightSourceEnergy公司和其他一些世界頂級的太陽能公司成立了太陽能光熱產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。該聯(lián)盟將致力于大力發(fā)展聚光式太陽能熱發(fā)電技術(下稱光熱發(fā)電)、熱能儲存為一體的能源供應體系。該聯(lián)盟執(zhí)行主任TexWilkins認為，光熱發(fā)電是一種穩(wěn)定、可靠的可再生能源，從經(jīng)濟性分析，已具有規(guī)模化發(fā)展的條件，可以應對美國乃至世界的能源供應危機。
AbengoaSolar公司是非洲沙漠太陽能計劃的主要發(fā)起者之一，而BrightSourceEnergy公司是全球塔式光熱發(fā)電領域的新興公司，之前獲得美國能源部一筆l4億美元貸款擔保用于在莫哈韋沙漠建設三個太陽能塔式熱發(fā)電廠。
目前，各發(fā)達國家對光熱發(fā)電技術的研發(fā)都很積極，投資也是越來越大。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球已建成和在建的光熱發(fā)電項目總裝機容量已經(jīng)超過了4吉瓦，已宣布將建設的項目更是高達15吉瓦左右。
光熱發(fā)電已進入快速發(fā)展期
20世紀70年代，石油危機的爆發(fā)促使世界各國開發(fā)新能源，美圍在加州沙漠地區(qū)建設大型槽式光熱發(fā)電站，引發(fā)了光熱發(fā)展的一個小高潮，也是全球光熱發(fā)電行業(yè)的一個啟蒙期。隨后在石油危機過后，各國對新能源發(fā)展的意愿隨之降低，市場需求明顯減少，在一定程度上影響了太陽能光熱技術的規(guī)?；瘧?。
太陽能光熱與光伏產(chǎn)業(yè)相比，之所以光伏發(fā)展更快，是因為太陽能光伏在空間技術尤其是在航空航天領域有著非常重要的應用需求，比如宇宙飛船、人造衛(wèi)星、空間站等，都需要光伏發(fā)電作為動力。而光熱發(fā)電的應用領域和定位則基本上只能是大型基礎性地面項目。而光熱發(fā)電除了美國、西班牙等少數(shù)國家的一些示范項目建設外，沒有形成較大規(guī)模的市場，所以盡管光熱發(fā)電技術已經(jīng)很成熟，卻始終還沒有進入全球大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
近期，西班牙、德國等國對新能源的補貼有所調(diào)整，特別是1月27日，西班牙已頒布法令取消對面再生能源發(fā)電的補貼政策，業(yè)內(nèi)人士紛紛擔心此舉是否會對整個新能源的發(fā)展雪上加霜。
但是，美國對大力發(fā)展可再生能源的初衷并未改變。最新公布的美國能源部2013財政年度的總預算為272億美元，比去年增長3.2%。其中23億美元將專項用于能源效率研究和發(fā)展、汽車技術改進以及生物燃料領域。此外，清潔能源研究資金的額度也比2012財年提高了近30%。美國政府一直致力于支持本國CSP產(chǎn)業(yè)，一些大型項目正在實施，其中Brightsource能源公司的400兆瓦級項目和Abengoa公司250兆瓦級發(fā)電廠一直得到美國聯(lián)邦政府的貸款支持。
聚光式太陽能熱發(fā)電領域全球知名公司
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的光熱發(fā)電站同比增長54%。目前太陽能熱發(fā)電站遍布美國、西班牙、德國、法國、阿聯(lián)酋、印度、埃及、摩洛哥、阿爾及利亞、澳大利亞等國家。
太陽能熱發(fā)電技術已經(jīng)進入快速發(fā)展時期。據(jù)歐委會預計，歐盟2020年的CSP裝機容量將達到3000萬千瓦，發(fā)電量85太瓦時。歐盟第七研發(fā)框架計劃( FP7)目前資助的CSP技術研發(fā)項目主要集中在：建設應用不同CSP技術的大尺度發(fā)電示范工程，進行優(yōu)化比較和經(jīng)濟上的可行性及適應性;提升其運營操作性和降低成本，促進廉價替代材料的研發(fā)及儲能技術研究;太陽能混合技術的研發(fā)及利用CSP技術生產(chǎn)氫氣的研究;大型集中式太陽能科技基礎設施建設;25萬千瓦級光熱發(fā)電廠的規(guī)范化設計和標準化研發(fā)。
今年，英國NurEnergie與德國沙漠技術基金會共同宣布，計劃在突尼斯建設2吉瓦聚光太陽能CSP項目，該項目將于2014年開工，計劃2016年開始通過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劃書》中指出，10年內(nèi)將實現(xiàn)100%的可再生能源供應，基底負載能源由可再生能源提供。其中提到大規(guī)模的、有熔鹽儲存配備的聚焦太陽能系統(tǒng)可以可靠地提供全天24小時的電力供應。計劃使用聚光太陽能發(fā)電完成60%的電網(wǎng)供電量。
我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化前景可期
中國太陽能光熱發(fā)電技術的研究始于1979年。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國在太陽能吸熱材料、熱電轉(zhuǎn)換材料、儲能材料、聚光裝備、槽式真空管、吸熱器、碟式聚光器系統(tǒng)的設計有了較大的進步。
2009年，科技部太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術創(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、皇明太陽能等企業(yè)、大學和研究所組成，該聯(lián)盟計劃“十二五”期間建設1000兆瓦級規(guī)模的光熱電站。2011年3月1日，中科院電工所代表中國以締約方的身份正式加入國際能源署太陽能熱發(fā)電熱化學組織。
2011年1月20日內(nèi)蒙古50兆瓦熱發(fā)電項目開標，大唐新能源最終以09399元/千瓦時的低價中標，這是國內(nèi)首個光熱發(fā)電特許招標項目，是我國光熱發(fā)電商業(yè)化運營重要一步，該項目要求設備國產(chǎn)化率60%以上，應該是國內(nèi)實際應用方面的典型。但該競標價格，企業(yè)盈利困難，產(chǎn)業(yè)發(fā)展動力仍然不足，難以推動光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模向前發(fā)展。
最近兩年來，許多企業(yè)紛紛介入光熱發(fā)電領域，既有央企，也有民企。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)處于在建和規(guī)劃階段的光熱項目已達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)實用電站;預計2020年后，光熱發(fā)電開始規(guī)?；ㄔO。
從國外新能源發(fā)展模式看，都是先以相關政府部門的投資進行技術研發(fā)和項目示范，然后給予政策上的扶持和財政補貼，從而帶動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而我國的新能源發(fā)展還在走先有市場需求、然后代工制造、接著引進設備、最后拼低價的老路，這是國內(nèi)很多產(chǎn)業(yè)的一個慣性循環(huán)，也是我們創(chuàng)新不足的根本原因。
國內(nèi)規(guī)劃在建CSP項目
作為太陽能發(fā)電的兩種技術路線，光伏與光熱之爭一直存在。其實光伏與光熱各具比較優(yōu)勢，各有適宜的環(huán)境和約束條件，并無絕對的優(yōu)劣之分。從比較優(yōu)勢看，光熱更適宜基礎性能源，光熱最大的優(yōu)勢在于并網(wǎng)友好、規(guī)模效應和清潔生產(chǎn)，因此最有條件逐步取代火電擔當基礎電力負荷。而光伏最大的優(yōu)勢在于靈活高效，對光照要求低、占地小、可模塊化部署，因此更適宜作為城市中能源的補充，應用于分布式能源。
經(jīng)中科院電工研究所測算分析，我國130多萬平方公里的沙漠戈壁，超過30萬平方公里適宜光熱發(fā)電，而且只要8萬平方公里戈壁建立CSP，其產(chǎn)生的電量就等同于中國2008年全年的發(fā)電量。此外，CSP還可以與當前已有的煤、天然氣、小水電互補，經(jīng)過余熱利用，提高能源使用效率。
盡管我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，但并非白手起家，因為光熱發(fā)電很多組件是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，且有火電站運營經(jīng)驗，產(chǎn)業(yè)基礎條件好于當年光伏。國內(nèi)雖已掌握光熱發(fā)電的技術，但與國外仍有差距，且尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，特別是部分關鍵組件的生產(chǎn)設備需要進口，比如生產(chǎn)聚光鏡的圓柱形半徑彎曲設備、外部壓制成型設備、深彎設備等被美國Glasstech公司壟斷。除了幾個小型電站仍處在示范性試驗階段，尚缺乏大型商業(yè)化電站的系統(tǒng)運營的經(jīng)驗。
“沙漠技術工業(yè)計劃”雖然在德國獲得了支持，但將太陽能從非洲傳輸?shù)綒W洲的可行性尚未得到論證。
對于企業(yè)，光熱產(chǎn)業(yè)進入門檻相對較高，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，單機容量大，電站經(jīng)濟裝機規(guī)模更大，投資回收周期長，對進入企業(yè)的抗風險能力要求較高。
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)電從這個角度來看，應該是最有前景的新能源。政策對于光熱產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展起著關鍵作用，2011年5月，國家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄(2011年本)，鼓勵新能源門類中，太陽能光熱發(fā)電位于首位，從政策層面對光熱發(fā)電的重視程度也顯著提升。但相關的實質(zhì)性細節(jié)還需要進一步落實，特別是購電和補貼等扶持政策，消除CSP發(fā)展的不確定因素，否則國內(nèi)供應鏈企業(yè)還將會重蹈覆轍，去迎合國外市場配置資源。
三種情景下我國CSP市場預測
經(jīng)濟性分析：選址和規(guī)模效應
對可再生能源的經(jīng)濟分析不僅應考慮絕對成本，也應該考慮其對于傳統(tǒng)能源的相對成本。絕對成本影響因素主要有建造成本和運維成本、政府補貼、資本成本和使用壽命等。相對成本主要包括化石能源價格上漲及大幅波動風險、碳成本等。
CSP技術路線多，系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，構(gòu)造復雜，參數(shù)多，而且產(chǎn)業(yè)化尚不成熟，因此經(jīng)濟性分析特別是成本測算比較難，從光熱發(fā)電設備組件分析，不論槽式還是塔式，鏡場占比最大，因此是成本下降的主要空間所在。影響經(jīng)濟的因素還包括：
太陽能輻射強度。
由于地區(qū)的太陽輻射強度不同，相同投資條件下的發(fā)電量不同。太陽輻射強度高的地方，發(fā)電量也相應增加。
規(guī)模效應。
機組越大，效率越高。相同容量的機組，初參數(shù)越高，機組效率就越高。當系統(tǒng)效率提高2%時，每千瓦初始投資成本降低1%。對于塔式電站，當系統(tǒng)效率從15%提高到25%，鏡場的投資成本將降低40%，總成本降低20%。當裝機容量從50MW增加到100MW時，單位投資成本可降低12%，當規(guī)模擴大到200MW時，單位投資成本將下降20%。
運營和維護成本。
盡管CSP電站的建造成本較高，但其運營所需的能源成本低，所以長期效益可觀。運維成本主要包括電站運營、燃料費用、冷卻水、鏡場維護等。常規(guī)化石能源電站基建投資占10%，運行維護占90%，而CSP電站成本結(jié)構(gòu)正好相反。一個典型的50兆瓦槽式CSP電站需要大約30名運營人員和10名鏡場維護人員，運營成本大約為1.3～3美分/千瓦時。
蓄熱裝置。
有儲能裝置的槽式CSP的LCOE(每度電成本計算)要比沒有儲能裝置的下降28%。熔融鹽儲能系統(tǒng)的成本是30～50美元/千瓦，如果儲存成本下降至15～20美元/千瓦或更少，具有更大規(guī)模的儲熱裝置的CSP將成為一個基本負荷技術。
政府補貼。
與成本相關的政策措施主要有上網(wǎng)電價補貼、貸款擔保、財政補貼、稅收優(yōu)惠、降低進口關稅、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，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的關鍵因素之一。比如美國所有CSP電站開發(fā)商或供應商能得到預先融資，但成功運營后才能獲得無追索權項目貸款，而西班牙的所有CSP項目在建階段都能獲得無追索權貸款。
扶持光熱產(chǎn)業(yè)的政策建議
目前，我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于初期階段，與美國、西班牙等國家相比，尚缺乏大型光熱示范電站自主關鍵技術及設備的長期運營驗證。
2011年以前，95%以上的光熱電站裝機集中在美國和西班牙，其電價也從最早的4元/千瓦時降到了現(xiàn)在的不到2.1元/千瓦時，這個電價基本能夠真實反映當前光熱電站的造價和運營需要。
對于我國光熱發(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、技術研發(fā)體系建設和各級相關部門的支持。同時，政府還應該幫助和引導中小企業(yè)建立起聯(lián)合體系，形成從材料到制造，再到系統(tǒng)集成，最終達到可應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。
預計我國光熱發(fā)電在5年內(nèi)將會大規(guī)模發(fā)展，但我國產(chǎn)業(yè)還尚未形成，僅僅依靠企業(yè)界去完成是不現(xiàn)實的，還需要政策細則的進一步出臺和扶持。
全國工商聯(lián)建議，希望國家發(fā)改委盡快制定針對第一批大型光熱電站的重點扶持性電價政策，綜合考慮各種情況，光熱發(fā)電電價應在1.6～1.7元/千瓦時之間，通過4～5年的發(fā)展，光熱發(fā)電的電價預計將降到0.8～1.0元/千瓦時，并在20年內(nèi)有望實現(xiàn)平價上網(wǎng)。(作者 姚志豪，供職于中科院電工研究所，系國內(nèi)首位光熱電站總設計及系統(tǒng)集成方向畢業(yè)博士)
