如果你持續(xù)關注能源領域的發(fā)展,那么你將意識到一些國家的電力市場正悄然發(fā)生著變革。與傳統(tǒng)化石燃料相比,太陽能和風能等可再生能源越來越具有競爭優(yōu)勢,近年來許多國家的可再生能源發(fā)電量占比都在不斷提升。例如,2010年德國出臺能源轉(zhuǎn)型(Energiewende)政策,稱要在2035年實現(xiàn)可再生能源用電量占比達55%~60%的目標。
德國及其它國家的能源變革政策有力地促進了可再生能源的研究與發(fā)展(R&D),同時也推動相關企業(yè)進一步發(fā)展風能、太陽能及其它可再生能源技術。
在太陽能發(fā)電領域,現(xiàn)階段光伏毫無疑問處于支配地位,多年以來,光伏市場的激烈競爭和技術不斷創(chuàng)新升級促使其成本不斷降低,也使一些企業(yè)淘汰出局。目前,作為已有數(shù)十年發(fā)展歷史的另一種太陽能發(fā)電技術——光熱發(fā)電也逐漸開始嶄露頭角,隨著技術的不斷發(fā)展進步,其獨特的儲能優(yōu)勢可以使光熱電站實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電,逐步具備承擔電力基礎負載的能力。
熔鹽塔式技術占比日趨提升
光伏發(fā)電利用太陽能電池板將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能,而光熱發(fā)電則由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成蒸氣,再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。目前,商業(yè)可用的光熱發(fā)電技術路線基本分為四種,根據(jù)它們集中太陽輻射方式的不同,可以分為點聚焦集熱系統(tǒng)和線聚焦集熱系統(tǒng)。點聚焦集熱技術包括塔式和碟式;線聚焦集熱系統(tǒng)包括槽式和線性菲涅爾式。
據(jù)美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)數(shù)據(jù)庫顯示,目前全球共有130多個光熱電站項目。其中,99個電站已投入運行,18個電站仍處于建設階段。這些電站中,槽式光熱電站占主導地位(88個),而塔式電站(29個)則因其在高溫下的儲能優(yōu)勢日越來越受到重視。
據(jù)國際可再生能源機構(IRENA)和CSPPLAZA研究中心分別公布的相關數(shù)據(jù)顯示,截至2016年年底,全球光熱發(fā)電裝機已超過5GW(CSPPLAZA統(tǒng)計數(shù)據(jù)為5017MW)。目前,西班牙國內(nèi)共有50座光熱電站投入運營,裝機量達2.3GW,而美國投入運營的光熱電站裝機達1.7GW,規(guī)劃建設中的光熱電站裝機達1.7GW。此外,中國也計劃在2018年之前實現(xiàn)光熱發(fā)電裝機1.4GW,到2020年達5GW的目標。去年9月,中國國家能源局公布了20個光熱示范項目名單,其中大多數(shù)項目將由中國企業(yè)設計和建造,而美國和澳大利亞等國的相關企業(yè)也將參與到部分項目的建設中來。
美國知名光熱電站開發(fā)商BrightSource的市場部及政務部高級副總裁Joe Desmond表示,根據(jù)可參考案例分析,IRENA預計到2030年全球光熱電站總裝機容量至少達到45GW,甚至有望達到110GW,而這樣做可以將全球溫度升幅控制在2℃以內(nèi)。
光熱發(fā)電的核心優(yōu)勢——儲能
另一美國知名光熱電站開發(fā)商SolarReserve的首席執(zhí)行官Kevin Smith認為,光熱電站的主要優(yōu)勢在于它可以生產(chǎn)出電網(wǎng)友好型的可調(diào)度電力。這意味著與傳統(tǒng)的發(fā)電廠一樣,光熱電站產(chǎn)生的電力可以很好地滿足連續(xù)的用電需求,而這主要得益于光熱電站可以配置高性價比的熔鹽儲熱系統(tǒng)。這種儲熱技術并非直接蓄電(光伏和風電一般使用蓄電池來儲存電力),這使得光熱電站生產(chǎn)的電力不僅可調(diào)度,而且可以實現(xiàn)24小時電力調(diào)度,且夜間不需要補充備用燃料。
SolarReserve的塔式光熱發(fā)電技術便采用熔鹽進行儲熱,由硝酸鈉和硝酸鉀組成的混合物被作為電站的傳儲熱介質(zhì)。熔鹽泵將熔融鹽(300℃)泵到高約164米左右的吸熱塔頂端的吸熱器中,而吸熱器用集中的太陽輻射熱量將熔鹽加熱到約565℃。約27215噸的熔融鹽被密封存儲在不銹鋼罐中,這樣可以更好地實現(xiàn)儲熱。
圖:塔式光熱電站運行原理
該公司第一個投入商業(yè)應用的光熱電站是裝機110MW的新月沙丘項目,該電站已于2015年年底投入運行,并于2016年獲得電力雜志(Power Magazine)年度最佳電站獎。此后,SolarReserve繼續(xù)開發(fā)多個光熱項目,包括南非裝機100MW塔式光熱電站Redstone,該電站配置了12小時的熔鹽儲熱系統(tǒng),并將于2018年投入運行。