太陽能光熱發(fā)電原理及種類

太陽能光熱發(fā)電通常叫做聚光式太陽能發(fā)電，與傳統(tǒng)發(fā)電站不一樣的是，它是通過聚集太陽輻射獲得熱能，將熱能轉(zhuǎn)化成高溫蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機來發(fā)電。從熱力學(xué)原理上講，太陽能光熱發(fā)電站與常規(guī)熱力發(fā)電廠完全一樣。太陽能光熱發(fā)電按照聚集熱量方式的不同，主要分為槽式、塔式和碟式三種技術(shù)路線。

1）槽式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是目前實現(xiàn)商業(yè)化運行最多，且技術(shù)最成熟的太陽能光熱發(fā)電站系統(tǒng)。槽式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是采用“線聚焦”原理，利用大面積槽式拋物面形式的反射鏡將太陽光聚焦反射到集熱管上，并將集熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)加熱至高溫，利用其熱量加熱水產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。

2）塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是采用的“點聚焦”原理，是通過成千上萬個定日鏡，將太陽光反射到位于高塔頂部的太陽爐表面，太陽爐上設(shè)有公共吸熱器，由于太陽光被無數(shù)個鏡片反射聚焦到吸熱器一個“點”上，所以在其表面可形成高達2000℃左右的高溫，可將其內(nèi)部的傳熱介質(zhì)加熱至高溫蒸汽，從而利用高溫蒸汽推動汽輪機發(fā)電。塔式太陽能光熱發(fā)電站的蒸汽運行溫度約500℃左右，熱效率在15%以上。

3）碟式又稱盤式，其主要技術(shù)特征是采用盤狀拋物面聚光集熱器，它也是一種點聚焦集熱器，其聚光比可以高達數(shù)百倍到數(shù)千倍，因而可以產(chǎn)生非常高的溫度。在其接收器上安裝熱電轉(zhuǎn)換裝置，比如斯特林發(fā)動機或朗肯循環(huán)熱機等，從而將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能。可以單臺使用或多臺并聯(lián)使用，適宜小規(guī)模發(fā)電，所以比較適合偏遠山區(qū)、遠離電網(wǎng)地區(qū)，進行分布式離網(wǎng)供電。

光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

新興市場拉動全球光熱市場回暖。2012年至2016年全球光熱裝機量復(fù)合增速為23.3%。自2014年起全球光熱裝機量受西班牙市場影響增長放緩，隨后全球光熱市場增長點逐漸從西班牙和美國市場轉(zhuǎn)向摩洛哥、南非及中國等新興市場。2017年，全球光熱發(fā)電裝機規(guī)?；厣?，預(yù)計新增裝機量可達900MW。隨著上述新興市場項目于近年落地，預(yù)計2018年全球光熱市場將會維持回升態(tài)勢。

我國光熱首批示范項目1.35GW中部分項目預(yù)計2018年建設(shè)完畢，第二批有望在2018年上半年推出。首批示范項目推進速度略緩慢于預(yù)期，其遇到的困難主要為項目前期土地等手續(xù)辦理周期較長、融資緩慢、部分技術(shù)工作成熟度不夠等。對屆時不能按時建成投產(chǎn)的項目，能源局將研究建立相應(yīng)的價格聯(lián)動機制。隨著第一批示范項目陸續(xù)開工，第二批示范項目預(yù)計將超過2GW，并有望在2018年上半年推出。

能源局于2017年8月31日下發(fā)了關(guān)于征求對《關(guān)于減輕可再生能源領(lǐng)域涉企稅費負擔(dān)的通知》意見的函?！锻ㄖ窂娬{(diào)，對納稅人銷售自產(chǎn)的利用太陽能生產(chǎn)的電力產(chǎn)品，實行增值稅即征即退50%的政策，從2018年12月31日延長到2020年12月31日；鼓勵銀行等金融機構(gòu)降低貸款利率，對達到優(yōu)質(zhì)信貸等級的可再生能源項目投資企業(yè)，鼓勵按基準(zhǔn)利率下浮10%左右的利率予以支持，并可對可再生能源發(fā)電項目適當(dāng)延長貸款期限并給予還貸靈活性；各地方政府一律不得向可再生能源投資企業(yè)收取沒有法律依據(jù)的資源出讓費等費用，已經(jīng)向風(fēng)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電等可再生能源開發(fā)投資項目收取資源出讓費（或有償配置項目）的地方政府，應(yīng)在通知發(fā)布一年內(nèi)完成清退。目前光熱發(fā)電項目電價構(gòu)成中，融資成本的比重在20%以上，因此若未來推行低息貸款等政策，將有效降低成本、推動項目發(fā)展。

我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)存在的問題

（一）發(fā)展后勁大，但是升級緩慢

我國的光熱發(fā)電發(fā)展已經(jīng)擁有了一定的成就，但是在這些成就之下，我們也要清楚地認識到產(chǎn)業(yè)發(fā)展所存在的問題。由于能源的枯竭，風(fēng)力，水力發(fā)電等這些發(fā)電產(chǎn)業(yè)也遇到發(fā)展瓶頸，太陽能作為近幾年開發(fā)的最清潔的綠色能源之一，具有很大的發(fā)展前景。再加之國家的重視，國家勵志將光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)推向國際，有國家政策的扶持和幫助，有利于提供光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)人才以及及時的進行與各國之間光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的交流，太陽能作為一種新起用的能源，各方的發(fā)展經(jīng)驗有利于在太陽能光熱發(fā)電此后的發(fā)展中，減少錯誤少走彎路。從上述以及各方的考察可以看出光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很大的后勁，但是，目前所存在的問題是光熱發(fā)電的技術(shù)在發(fā)展，但是技術(shù)沒有突破性的升級。我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)雖然現(xiàn)在已經(jīng)在國際上首屈一指，但是存在一個現(xiàn)象，其他國家的光熱發(fā)電領(lǐng)域每隔一定時間內(nèi)會有技術(shù)上的突破，提高光熱發(fā)電的質(zhì)量。而我國現(xiàn)今光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)似乎還停留在擴大規(guī)模的戰(zhàn)略上。

（二）缺乏大規(guī)模作業(yè)的經(jīng)驗

我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步比較晚，但是在建設(shè)和規(guī)劃的光熱發(fā)電裝機容量早已位居于世界前列。但是我們的技術(shù)還不成熟，依然缺乏經(jīng)驗，尤其是大規(guī)模設(shè)計作業(yè)的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗都需要后期的操作去累積。我國的太陽能資源豐富，主要是我國西部以及山西北部以上地區(qū)，近年來，太陽能的推廣在我國境內(nèi)開始大規(guī)模的發(fā)展。缺乏經(jīng)驗的我們更多的還是盤踞于我國西部，其他的項目不足1MW，這樣的“大規(guī)?！本褪侨狈?jīng)驗的表現(xiàn)。

（三）對于過剩產(chǎn)能的應(yīng)用力度小

我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于商業(yè)規(guī)?；那捌陔A段，還存在諸多的不足。太陽能的利用是一種綠色能源的表現(xiàn)，但是考慮到太陽能的特殊性，目前正在設(shè)法高效地使用太陽能，光熱發(fā)電的效率還是比較低，從另一方面來講，在光熱發(fā)電行業(yè)中游產(chǎn)業(yè)的延伸鏈?zhǔn)呛荛L，可以涉及到很多的其它行業(yè)，比如，在光熱發(fā)電生產(chǎn)中可以消化水泥、鋼鐵、玻璃、化工等這些產(chǎn)業(yè)的過剩產(chǎn)能，而且同時還可以帶動其他很多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在擁有這樣的發(fā)展可能之下，我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)對于過剩產(chǎn)能的應(yīng)用太少。

（四）市場還未完全成熟

光熱產(chǎn)能所提供的能量該應(yīng)用以何種領(lǐng)域？光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的市場還不完整，我國境內(nèi)的石油，煤炭等資源正在枯竭，風(fēng)力、火力發(fā)電相對于比較成熟，成熟的市場是一個產(chǎn)業(yè)成熟的標(biāo)志。擁有完整的系統(tǒng)和成熟的市場，這是光熱發(fā)電所不具備的條件。我國現(xiàn)今光熱發(fā)電應(yīng)用的地方還比較少，大部分還正處于實驗階段。

（五）相關(guān)人才缺乏

光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的繁榮是我們可以預(yù)見的發(fā)展趨勢。光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模的推行需要大量的相關(guān)人才。我國境內(nèi)目前所擁有的人才還無法支持我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要培養(yǎng)和引進更多的人才。

光熱發(fā)電發(fā)展策略分析

1、加強研發(fā)投入，掌握光熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

積極參與國際交流，學(xué)習(xí)國外尤其是美國、西班牙等國家對于大規(guī)模光熱電站運營維護的技術(shù)與經(jīng)驗。同時嘗試商業(yè)化運營，實現(xiàn)光熱發(fā)電規(guī)?；ㄔ熘械壬踔链笠?guī)模光熱電站，探索開發(fā)、設(shè)計、施工、調(diào)試、運維經(jīng)驗，為我國未來建設(shè)大規(guī)模光熱電站做好技術(shù)及經(jīng)驗準(zhǔn)備。從國際研發(fā)熱門技術(shù)來看，控制系統(tǒng)、涂層、輻射吸收材料、聚光鏡、熱循環(huán)等技術(shù)是專利申請數(shù)量較多的研究熱點，因此建設(shè)關(guān)鍵設(shè)備檢測實驗室，如集熱管熱學(xué)測試、集熱管光學(xué)性能測試、聚光鏡光學(xué)性能測試、鏡面對焦精度測試等是目前適應(yīng)科研及市場需求的重要一步。

2、加強光熱電站的規(guī)劃

未來光熱發(fā)電裝機容量必將逐年增加，電能的大規(guī)模存儲尚未解決，僅僅靠光熱電站單方面的儲能設(shè)備難以將大量的電能完全存儲，所以，必須加強科學(xué)統(tǒng)一規(guī)劃。電力部門需要做好發(fā)電預(yù)測工作，考慮負荷的變化曲線與變化趨勢，制定有實際可操作性的光熱發(fā)電近期、中期和長期規(guī)劃，實現(xiàn)高參數(shù)、大容量、連續(xù)發(fā)電，在保證電能質(zhì)量的同時，減少對光熱發(fā)電及其他新能源發(fā)電的浪費。在光熱電站選址問題上，優(yōu)先考慮年日照小時數(shù)大于2500h的西北部地區(qū)，這些地區(qū)日照充足，而且人口密度較小，地勢以高原盆地為主，聚光鏡產(chǎn)生的光照散射對建筑、環(huán)境影響不大。但風(fēng)沙的侵蝕可能會對聚光鏡面和控制設(shè)備造成一定的影響，在這些地區(qū)建設(shè)光熱電站時，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素，提供專門的防風(fēng)沙保護措施，提高電站使用壽命。

太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

（一）全球太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景展望

在全球可再生能源蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，隨著光伏和風(fēng)電裝機容量不斷提升、發(fā)電成本不斷下降，以及蓄電池價格的持續(xù)削減，為了保持光熱發(fā)電競爭力，充分發(fā)揮其儲能和調(diào)峰優(yōu)勢，光熱開發(fā)商們開始日益注重電站的性能改善、標(biāo)準(zhǔn)化以及通過大規(guī)模部署以降低發(fā)電成本。IRENA預(yù)測，至2025年，槽式光熱發(fā)電技術(shù)LCOE將下降至90美元/MWh，塔式光熱發(fā)電技術(shù)的成本將下降至80美元/MWh。IRENA還指出，盡管光熱發(fā)電現(xiàn)在還處于初級發(fā)展階段，當(dāng)前的發(fā)電成本要比化石能源高，但是隨著技術(shù)不斷進步和相關(guān)組件成本的不斷降低，未來光熱發(fā)電技術(shù)將非常有競爭力，特別是在融資成本較低的情況下。

多方預(yù)測的數(shù)據(jù)盡管存在差異，但基本已向我們展現(xiàn)出太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢。太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)以其廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?，必將成為未來新能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的重點，并將在未來低碳革命中扮演越來越重要的角色。

（二）國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景展望

盡管我國太陽能光熱發(fā)電起步相對較晚，但從目前的形勢來看，隨著太陽能光熱發(fā)電示范項目和標(biāo)桿上網(wǎng)電價重磅出臺，我國光熱發(fā)電已經(jīng)開啟新的歷史轉(zhuǎn)折。

根據(jù)國家能源局《太陽能利用“十三五”發(fā)展規(guī)劃（征求意見稿）》，“十三五”光熱裝機規(guī)模到2020年完成10吉瓦。按當(dāng)前光熱電站建設(shè)每瓦30元的造價水平，短期1吉瓦示范項目對應(yīng)300億元投資市場規(guī)模，而到2020年的10吉瓦目標(biāo)對應(yīng)的總市場容量接近3000億元，考慮造價成本的降低因素，空間也可超千億元，我國光熱發(fā)電已經(jīng)開啟新的歷史轉(zhuǎn)折。

按照國際能源署預(yù)測，中國光熱發(fā)電市場到2030年將達到29吉瓦裝機，到2040年翻至88吉瓦裝機，到2050年將達到118吉瓦裝機，成為全球繼美國、中東、印度、非洲之后的第四大市場。以此推算，未來中國光熱市場有望撬動一萬億級資金。

確信在我國政府和企業(yè)的共同努力下，太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)必將在我國能源利用中發(fā)揮越來越重要的作用，未來發(fā)展前景廣闊。