如果你持續關(guān)注能源領(lǐng)域的發(fā)展，那么你將意識到一些國家的電力市場(chǎng)正悄然發(fā)生著(zhù)變革。與傳統化石燃料相比，太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源越來(lái)越具有競爭優(yōu)勢，近年來(lái)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年德國出臺能源轉型(Energiewende)政策，稱(chēng)要在2035年實(shí)現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(jìn)了可再生能源的研究與發(fā)展（R＆D），同時(shí)也推動(dòng)相關(guān)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能及其它可再生能源技術(shù)。
在太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，現階段光伏毫無(wú)疑問(wèn)處于支配地位，多年以來(lái)，光伏市場(chǎng)的激烈競爭和技術(shù)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，作為已有數十年發(fā)展歷史的另一種太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)——光熱發(fā)電也逐漸開(kāi)始嶄露頭角，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，其獨特的儲能優(yōu)勢可以使光熱電站實(shí)現24小時(shí)連續發(fā)電，逐步具備承擔電力基礎負載的能力。
熔鹽塔式技術(shù)占比日趨提升
光伏發(fā)電利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)輻射能直接轉換成電能，而光熱發(fā)電則由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉換成蒸氣，再驅動(dòng)汽輪機發(fā)電。目前，商業(yè)可用的光熱發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)基本分為四種，根據它們集中太陽(yáng)輻射方式的不同，可以分為點(diǎn)聚焦集熱系統和線(xiàn)聚焦集熱系統。點(diǎn)聚焦集熱技術(shù)包括塔式和碟式；線(xiàn)聚焦集熱系統包括槽式和線(xiàn)性菲涅爾式。
據美國能源部國家可再生能源實(shí)驗室（NREL）數據庫顯示，目前全球共有130多個(gè)光熱電站項目。其中，99個(gè)電站已投入運行，18個(gè)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(gè)），而塔式電站（29個(gè)）則因其在高溫下的儲能優(yōu)勢日越來(lái)越受到重視。
據國際可再生能源機構（IRENA）和CSPPLAZA研究中心分別公布的相關(guān)數據顯示，截至2016年年底，全球光熱發(fā)電裝機已超過(guò)5GW（CSPPLAZA統計數據為5017MW）。目前，西班牙國內共有50座光熱電站投入運營(yíng)，裝機量達2.3GW，而美國投入運營(yíng)的光熱電站裝機達1.7GW，規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(shí)現光熱發(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(gè)光熱示范項目名單，其中大多數項目將由中國企業(yè)設計和建造，而美國和澳大利亞等國的相關(guān)企業(yè)也將參與到部分項目的建設中來(lái)。
美國知名光熱電站開(kāi)發(fā)商BrightSource的市場(chǎng)部及政務(wù)部高級副總裁Joe Desmond表示，根據可參考案例分析，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?xún)取?span>
光熱發(fā)電的核心優(yōu)勢——儲能
另一美國知名光熱電站開(kāi)發(fā)商SolarReserve的首席執行官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)友好型的可調度電力。這意味著(zhù)與傳統的發(fā)電廠(chǎng)一樣，光熱電站產(chǎn)生的電力可以很好地滿(mǎn)足連續的用電需求，而這主要得益于光熱電站可以配置高性?xún)r(jià)比的熔鹽儲熱系統。這種儲熱技術(shù)并非直接蓄電（光伏和風(fēng)電一般使用蓄電池來(lái)儲存電力），這使得光熱電站生產(chǎn)的電力不僅可調度，而且可以實(shí)現24小時(shí)電力調度，且夜間不需要補充備用燃料。
SolarReserve的塔式光熱發(fā)電技術(shù)便采用熔鹽進(jìn)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(yáng)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(shí)現儲熱。
圖：塔式光熱電站運行原理
該公司第一個(gè)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繼續開(kāi)發(fā)多個(gè)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(shí)的熔鹽儲熱系統，并將于2018年投入運行。
Torresol能源公司率先在塔式光熱電站中采用熔鹽儲熱技術(shù)，該公司第一個(gè)投入商業(yè)運營(yíng)的光熱電站是位于西班牙的裝機19.9MW的Gemasolar項目，該電站的熔鹽儲熱時(shí)長(cháng)達15小時(shí)。
其他公司如Abengoa和BrightSource此后也陸續開(kāi)始采用熔鹽儲熱技術(shù)。例如，Abengoa正在智利Atacama沙漠建設一座裝機110MW的塔式熔鹽光熱電站，該電站儲熱時(shí)長(cháng)達17.5小時(shí)。另外，該公司還完成建設全球裝機規模最大的槽式光熱電站之一，位于美國亞利桑那州裝機280MW的Solana光熱電站，該電站配置6小時(shí)儲熱系統，已于2013年10月實(shí)現商業(yè)化運行。
降低成本勢在必行
盡管光熱發(fā)電具有優(yōu)于光伏和風(fēng)電的儲能優(yōu)勢，但目前其成本仍然相對較高，因此降低成本勢在必行。2011年，美國能源部推出SunShot計劃，旨在到2020年實(shí)現光熱發(fā)電平準化電力成本（LCOE）達$0.06/kwh（無(wú)補貼）的目標，而這一數據意味著(zhù)光熱發(fā)電成本將在2010年的基礎上下降70％。
Kevin Smith認為，從已經(jīng)投入運行的光熱電站汲取經(jīng)驗來(lái)降低成本是一條行之有效的思路。例如，在塔式光熱電站的建設中，整個(gè)鏡場(chǎng)投資約占總投資的50％。Kevin Smith表示：“我們已經(jīng)能夠將定日鏡的成本降低30％至40％，而這得益于定日鏡設計的不斷改進(jìn)促使定日鏡精度的不斷提高以及良好的驅動(dòng)裝置和無(wú)線(xiàn)技術(shù)，所有的努力使其可以更有效地獲取光資源。我們一直致力于改進(jìn)技術(shù)，因此我們在南非建設的Redstone光熱項目成本將比新月沙丘項目成本低25％。”
Joe Desmond也認同這一思路：“光熱發(fā)電的各個(gè)環(huán)節都取得了一定的進(jìn)展，包括儲熱技術(shù)以及吸熱器和定日鏡的設計等。”BrightSource公司的第四代技術(shù)將應用于以色列裝機121MW的Ashalim塔式光熱電站中。該技術(shù)包括一種新的定日鏡設計方案——部件更少且組裝簡(jiǎn)便，同時(shí)能提高定日鏡精度并降低成本。Joe Desmond表示：“我們最新的設計尺寸為4×5.2m，這比Ivanpah項目定日鏡面積大25％。此外，無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)通信和控制技術(shù)首次應用于光熱發(fā)電領(lǐng)域，這也是一項創(chuàng )新技術(shù)。在A(yíng)shalim光熱項目中，由50600面定日鏡組成的占地面積3.15平方公里的光場(chǎng)中，每一面定日鏡將與公司的太陽(yáng)島集成控制系統（SFINCS）進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。無(wú)線(xiàn)系統的應用使我們在太陽(yáng)島的布線(xiàn)成本減少了85％，這樣既降低了成本，同時(shí)也加快了施工進(jìn)度。”
此外，光熱電站目前還普遍采用空冷技術(shù)來(lái)降低成本。蒸汽發(fā)生器管道內的過(guò)熱蒸汽必須在閉環(huán)系統中進(jìn)行冷卻并冷凝回水，空冷技術(shù)使用含許多扇葉的空氣冷凝器使空氣在管道內循環(huán)以實(shí)現冷卻和冷凝蒸汽。相反，水冷系統則使水在管道中循環(huán)，耗水較多。
Joe Desmond表示：“目前，所有進(jìn)行招標的光熱項目都采用空冷技術(shù)，這將比傳統的水冷技術(shù)減少95％的用水量。例如，Ivanpah光熱電站就采用空冷技術(shù)，該電站每年使用50英畝尺水（1英畝尺相當于1英畝地1英尺深的水量），這相當于該電站旁高爾夫球場(chǎng)的一個(gè)球洞的年用水量。”
光熱發(fā)電“追逐”高溫
Kevin Smith認為，對于各種電站而言，較高溫度下的運作意味著(zhù)較高的發(fā)電效率，光熱電站也是如此。因此，SolarReserve正在開(kāi)發(fā)一種可在760℃至816℃的高溫條件下運行的先進(jìn)的塔式吸熱器。
槽式光熱發(fā)電技術(shù)采用溫度限于400℃的合成導熱油（HTF）作為傳熱介質(zhì)。因此，槽式光熱電站儲熱溫度范圍為280-400℃，這比塔式技術(shù)儲熱溫度要低。2015年發(fā)表于Science Direct的一項研究表明，來(lái)自德國瓦克化學(xué)公司（WackerChemieAG）的新型有機硅導熱油—Helisol，在425℃下可形成低沸點(diǎn)的氣態(tài)化合物。從經(jīng)濟性角度來(lái)測算，硅油的使用可以使LCOE降低5％。
為了提升槽式光熱系統的運行溫度，德國航空航天中心（DLR）也在進(jìn)行相關(guān)研究。2016年夏，由DLR領(lǐng)導的為期兩年的國際光熱項目研究工作開(kāi)展，其目的是證明槽式光熱電站中使用熔鹽的可行性。“采用熔鹽使運行溫度高達550℃是可能的。”DLR太陽(yáng)能研究所線(xiàn)聚焦集熱系統部項目經(jīng)理Michael Wittmann說(shuō)。作為這項研究工作的一部分，今年秋天將在葡萄牙?vora建設一個(gè)熔鹽槽示范項目。該電站裝機容量為2.2MWth（一個(gè)含四個(gè)槽式集熱器的完整回路）并配置一個(gè)容量為1.6MW的蒸汽發(fā)生器。
參與這項研究的一些企業(yè)，如TSK、Flagsol工程公司將改進(jìn)其槽式集熱器的設計，并證明其適用性。德國Steinmüller工程有限公司將安裝和測試其用熔鹽加熱的直流蒸汽發(fā)生器，直通設計將滿(mǎn)足商業(yè)化運行的過(guò)熱蒸汽參數。Wittmann表示，熔鹽技術(shù)或將使槽式技術(shù)成本降低33％。
創(chuàng )新技術(shù)不斷涌現
日本三菱日立電力系統有限公司計劃在近期完成其新型太陽(yáng)能集熱系統的測試工作（這項工作從去年8月開(kāi)始在橫濱分公司展開(kāi)）。該計劃包含一項屬于混合系統專(zhuān)利設計，它將菲涅爾光熱技術(shù)中蒸發(fā)器和塔式光熱技術(shù)中的過(guò)熱器相結合。與傳統的光熱發(fā)電系統相比，這項設計能夠以較低的成本生產(chǎn)更高溫度的蒸汽。在該系統中，通過(guò)低成本的菲涅爾蒸發(fā)器聚集的太陽(yáng)光約占總輻射量70％，同時(shí)可產(chǎn)生溫度為300℃的蒸汽。剩余的太陽(yáng)光則由塔式過(guò)熱器收集，這將使蒸汽的溫度升至550℃。
值得一提的是，去年7月，勞倫斯利物摩爾國家實(shí)驗室（LLNL）開(kāi)始執行美國能源部Sunshot計劃，并與GiantLeap進(jìn)行技術(shù)合作。LLNL方面表示，Collects項目旨在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)GLT的數字玻璃技術(shù)，該技術(shù)將作為一種新方式來(lái)采集太陽(yáng)光。數字玻璃僅使用一小部分材料，用薄而透明的面板替換目前使用的定日鏡，這樣將大大縮小太陽(yáng)能電站的占地面積，同時(shí)能收獲五到十倍的太陽(yáng)光。
中國制造或扮演關(guān)鍵角色
除了上述技術(shù)創(chuàng )新以及多方面降低成本的嘗試以外，中國光熱發(fā)電行業(yè)的啟動(dòng)或成為全球光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展的最大助力。假如中國首批光熱示范項目及十三五規劃得以順利完成，不但將完全顛覆國際光熱發(fā)電行業(yè)格局，中國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展成熟也必將帶來(lái)光熱發(fā)電成本的大幅下降，這種發(fā)展模式已經(jīng)在光伏和風(fēng)電行業(yè)中得到了證實(shí)。
事實(shí)上，目前中國光熱發(fā)電行業(yè)的啟動(dòng)正吸引著(zhù)全球光熱發(fā)電玩家的目光，從整個(gè)行業(yè)角度來(lái)講，如何將相對成熟的海外技術(shù)以及部分已經(jīng)被驗證的國產(chǎn)自主技術(shù)和中國特殊開(kāi)發(fā)環(huán)境完美結合，盡快推動(dòng)中國首批光熱示范項目順利開(kāi)發(fā)，盡快促進(jìn)中國制造在光熱發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展成熟，不但對中國光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展具有重要意義，對于全球光熱發(fā)電行業(yè)的未來(lái)發(fā)展乃至可再生能源發(fā)展格局都可能將產(chǎn)生重要影響。
