就入選中國首批示范的20個(gè)項目來(lái)說(shuō)，均采用單一的塔式、槽式或菲涅爾式技術(shù)。而同樣由國家能源局發(fā)布的23個(gè)首批多能互補集成優(yōu)化示范工程中也包含一定的光熱發(fā)電裝機，其中由山東電力建設第三工程有限公司擔任EPC的魯能海西州格爾木多能互補集成優(yōu)化示范項目目前也在積極推進(jìn)建設。
雖然裝機50MW的光熱發(fā)電系統相對于總裝機700MW的魯能項目只能作為配角，但這種“光熱發(fā)電+”的電站開(kāi)發(fā)模式也提供了一種光熱發(fā)電項目開(kāi)發(fā)的新思路。
目前，鑒于光熱發(fā)電依然面臨著(zhù)投資成本較大、度電成本較高的現狀，采用“光熱發(fā)電+”的電站開(kāi)發(fā)模式在一定程度上可有助于削減光熱發(fā)電項目的投資成本，降低投資風(fēng)險。
從理論上來(lái)講，光熱發(fā)電四種主要技術(shù)路線(xiàn)之間、光熱發(fā)電與傳統火電以及與其它可在生能源之間都有可能碰撞出“火花”，并實(shí)現互補多贏(yíng)的理想效果。
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光熱發(fā)電+光熱發(fā)電
首先來(lái)看看不同光熱發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)之間可以進(jìn)行哪些“光熱發(fā)電+”組合以及目前業(yè)界已經(jīng)進(jìn)行了哪些嘗試。
1）槽式+塔式
代表項目：摩洛哥Noor Ouarzazate太陽(yáng)能綜合體項目、迪拜700MW光熱電站
2017年9月，一則新聞大大鼓舞了中國光熱發(fā)電行業(yè)：沙特ACWA電力公司(ACWA Power)和上海電氣集團股份有限公司聯(lián)合體以7.3美分/kWh的超低電價(jià)中標迪拜700MW項目EPC總承包合同。
迪拜700MW光熱項目位于迪拜阿勒馬克圖姆太陽(yáng)能園，由3個(gè)裝機為200MW的槽式電站（世界上單體裝機最大的槽式電站）以及1個(gè)裝機為100MW的塔式電站組成，是目前全球規模最大光熱電站項目。該項目是迪拜“清潔能源戰略”的重要組成部分，每年能夠為迪拜270000多家住戶(hù)提供清潔電力，每年可減少140萬(wàn)噸碳排放量。
該超低電價(jià)的誕生在一定程度上歸功于該項目一塔三槽的設計方案。槽式與塔式發(fā)電技術(shù)相結合的技術(shù)方案可以集合槽式的成熟和塔式的高效，還能提高項目整體的儲能能力并降低儲能成本。從技術(shù)層面來(lái)看，槽式技術(shù)相對更加成熟，商業(yè)化驗證程度也更高，其裝機量在目前已建成光熱發(fā)電項目裝機量中占比最大。但塔式光熱技術(shù)正憑借其較高的工作運行溫度和因此帶來(lái)的整體系統效率提升而逐步開(kāi)始發(fā)力，在全球范圍內開(kāi)始得到大規模部署。
ACWA Power業(yè)務(wù)發(fā)展執行總監Andrea Lovato表示：“按照我們的技術(shù)方案，塔式光熱系統將配置15小時(shí)的儲熱系統，而槽式系統將配置11個(gè)小時(shí)的儲熱系統，這兩種技術(shù)的有機結合使系統可以根據需求隨時(shí)提供電力，同時(shí)又有助于降低總發(fā)電成本。槽式技術(shù)是一種更成熟、風(fēng)險更低的技術(shù)路線(xiàn)，而塔式技術(shù)的加入將助力儲能成本下降。”
此外，即將全面投運、也由山東電力建設第三工程有限公司參建的摩洛哥Noor Ouarzazate太陽(yáng)能綜合體項目也已體現出槽式與塔式技術(shù)結合的優(yōu)勢，其中一期NOORI（160MW）、二期NOORII（200MW）采用槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，三期NOORIII(150MW)采用塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，而NOORII和NOORIII項目此前的平均中標價(jià)15.67美分/kWh代表了當時(shí)光熱發(fā)電項目的最低電價(jià)水平。
▲ NOOR光熱發(fā)電項目綜合體全景
2）菲涅爾+塔式
代表項目：日本三菱菲涅爾塔式混合光熱發(fā)電系統
由日本三菱日立電力系統（MHPS）建設的菲涅爾塔式混合光熱發(fā)電系統由低溫菲涅爾集熱蒸發(fā)系統、塔式過(guò)熱器和收集太陽(yáng)光線(xiàn)的定日鏡等部分組成。與傳統的光熱發(fā)電系統相比，這一混合型系統能夠以更低成本生產(chǎn)溫度更高的蒸汽。
在該系統中，菲涅爾集熱器將收集70%的太陽(yáng)光線(xiàn)，通過(guò)與水換熱產(chǎn)生溫度300攝氏度左右的蒸汽。之后，蒸汽會(huì )被送到位于塔頂的吸熱器，通過(guò)定日鏡的聚焦，進(jìn)一步加熱到550攝氏度左右。由于蒸汽已經(jīng)被預熱過(guò)，其所需的定日鏡陣列規模也要小得多，因此成本遠低于常規的CSP系統。MHPS表示，這套測試中的混合光熱發(fā)電系統，能夠產(chǎn)生等效300千瓦的電能。
據了解，該項目占地面積約為10000m²，包括菲涅爾集熱蒸發(fā)系統、塔式吸熱器和150面塔式定日鏡，這些配置有跟蹤系統的定日鏡可以跟蹤太陽(yáng)以將更多太陽(yáng)光線(xiàn)反射到過(guò)熱器的焦點(diǎn)上。
3）碟式+槽式/塔式
從發(fā)電原理角度來(lái)說(shuō)，碟式與槽式、塔式及菲涅爾式有較大不同，在中國首批示范項目競爭中也落得下風(fēng)。但在申報過(guò)程中，“碟式斯特林+槽式”、“碟式斯特林+塔式”開(kāi)發(fā)模式的出現仍叫人眼前一亮。
雖然上述兩種開(kāi)發(fā)模式目前尚無(wú)大型商業(yè)化項目案例，但隨著(zhù)碟式光熱技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，未來(lái)這兩種開(kāi)發(fā)模式也值得期待。
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光熱發(fā)電+其它清潔能源
1）光熱發(fā)電+光伏
采用光熱光伏混合開(kāi)發(fā)模式的案例較多，該模式可以實(shí)現在對太陽(yáng)能資源相對高效和經(jīng)濟性利用的同時(shí)，為人類(lèi)持續穩定提供綠色電能。
代表項目：Ashalim太陽(yáng)能綜合體、Noor Midelt光熱光伏混合電站、智利Cerro Dominador項目、Noor Ouarzazate太陽(yáng)能綜合體項目等。
以色列在建的總裝機超300MW的Ashalim太陽(yáng)能綜合體項目包括兩個(gè)光熱發(fā)電項目（Ashalim1和Ashalim2，裝機均為121MW）和一個(gè)裝機70MW的光伏發(fā)電項目；Noor Midelt項目總裝機規模預計為400MW，按照初步設想，該項目將建于Midelt東北方向約25公里處，總占地面積達3000公頃，其中光熱發(fā)電裝機將達150-190MW、儲熱時(shí)長(cháng)可達5小時(shí)以上，而光伏電站裝機量由投標人自行決定，但不能超過(guò)光熱電站夜間凈容量的20%；拉丁美洲首個(gè)光伏光熱混合電站Cerro Dominador則由一個(gè)裝機100MW的光伏電站和一個(gè)110MW的塔式光熱電站組成，總投資達18億美元；上文已經(jīng)提到的Noor Quarzazate項目位于摩洛哥瓦爾扎扎特（Ouarzazate），總裝機580MW，占地2000公頃，耗資27億美元，包括510MW的光熱發(fā)電裝機和70MW的光伏裝機。
▲ 裝機121MW的Ashalim1塔式光熱電站
光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的結合越來(lái)越受到大眾的關(guān)注與認可。此前，德國航空航天中心DLR研究結果表明，在現有條件下，光熱和光伏相結合是目前最具前景的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)。光伏發(fā)電廠(chǎng)直接向電網(wǎng)供電，在用電高峰期，比如夜間，光熱將在夜晚通過(guò)儲熱發(fā)揮其優(yōu)勢。即使增加化石燃料補燃也將相對容易可行，成本不會(huì )過(guò)高。
另外，摩洛哥可持續能源署masen高級代表Adil Bouabdallah在于不久前召開(kāi)的CPC2018大會(huì )上曾表示，masen認為光伏和光熱的結合將會(huì )是未來(lái)太陽(yáng)能發(fā)展的方向。通過(guò)不同比例的配置，可以開(kāi)發(fā)出3種組合模式；高CSP低PV，此種模式中，光熱晝夜運行；CSP&PV平均分配，白天光伏用于發(fā)電，光熱僅在部分時(shí)間發(fā)電，夜間光熱滿(mǎn)負荷發(fā)電；高PV和低CSP的模式，光伏白天發(fā)電，光熱儲能用于夜間發(fā)電。這種太陽(yáng)能混合發(fā)電的概念正逐漸在全球范圍內被廣泛認識。
2）光熱發(fā)電+光伏+風(fēng)電+儲能
在此類(lèi)項目中，光熱發(fā)電往往利用其出色的調峰能力擔任輔助角色，但隨著(zhù)光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，有望不斷提升自己的比重。
代表項目：魯能海西州700MW風(fēng)光熱儲多能互補項目
開(kāi)篇提到的魯能海西州700MW風(fēng)光熱儲多能互補項目由西北電力設計院設計，位于青海省海西州格爾木市境內，總裝機容量700兆瓦，其中風(fēng)電400兆瓦，光伏200兆瓦，光熱50兆瓦，儲能50兆瓦。該項目于2017年6月開(kāi)工，成為國家首個(gè)正式建設的集風(fēng)光熱儲于一體的多能互補科技創(chuàng )新項目。
▲ 魯能格爾木熔鹽塔式光熱項目
建設現場(chǎng)俯瞰
該項目旨在將風(fēng)電、光伏、光熱和儲能結合起來(lái)，形成風(fēng)、光、熱、儲多種能源的優(yōu)化組合，以有效解決用電高峰期和低谷期電力輸出的不平衡問(wèn)題，提高能源利用效率，優(yōu)化新能源電力品質(zhì)，增強電力輸出功率的穩定性，提升電力系統消納風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源的能力和綜合效益。
通過(guò)多能互補聯(lián)合運行后，可有效減輕電網(wǎng)調峰壓力?？紤]出力限額與青海省負荷曲線(xiàn)匹配，本項目通過(guò)儲能和光熱聯(lián)合調節，將大幅降低限電比例。
3）光熱發(fā)電+光伏+地熱
代表項目：美國內達華州Stillwater混合電站
利用地熱能和光熱進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，不僅可以使焓值較低的地熱能轉變?yōu)殪手递^高的能源加以利用，提高機組的經(jīng)濟性，又可以維持機組連續運行，避免了單一太陽(yáng)能發(fā)電系統的缺點(diǎn)。
光熱地熱聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)目前尚無(wú)太多實(shí)際案例。2016年3月29日，位于美國內華達州的全球首個(gè)地熱和光伏光熱兩種太陽(yáng)能發(fā)電系統聯(lián)合運行的Stillwater混合電站投運。Stillwater地熱電站由兩個(gè)雙循環(huán)發(fā)電單元構成，光熱發(fā)電采用水工質(zhì)槽式集熱技術(shù)，與原有的地熱發(fā)電系統共用相同的電力島。該混合電站將結合雙循環(huán)地熱發(fā)電的持續發(fā)電優(yōu)勢，光熱集熱場(chǎng)的熱量不直接發(fā)電，僅作為前端預熱熱源補充進(jìn)入地熱發(fā)電系統。
▲ 美國Stillwater混合電站
4）光熱發(fā)電+生物質(zhì)
代表項目：Termosolar Borges電站
生物質(zhì)能作為可再生能源的一個(gè)分支，其與光熱發(fā)電進(jìn)行混合發(fā)電建立的新型電站同樣可以定義為一個(gè)綠色可再生能源電站。同時(shí)，為實(shí)現光熱電站24小時(shí)全天候運行，除了通過(guò)配置儲熱系統這條途徑外，與生物質(zhì)能發(fā)電進(jìn)行混合發(fā)電也可以實(shí)現。這種混合發(fā)電技術(shù)可以使光熱發(fā)電在無(wú)儲熱的情況下充當基礎負荷電力。通過(guò)生物質(zhì)能發(fā)電替代光熱電站的儲熱系統，可以在增加發(fā)電量、實(shí)現全天候運行的同時(shí)降低因建設儲熱設施而耗費的大量投資。
2012年12月，全球第一個(gè)光熱發(fā)電生物質(zhì)能混合發(fā)電站Termosolar Borges電站正式投運，開(kāi)啟了光熱生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目的先河。
該項目投資1.53億歐元，于2011年3月底開(kāi)工建設，建設期共20個(gè)月，總裝機58.5MW，其中生物質(zhì)發(fā)電裝機36MW，太陽(yáng)能熱發(fā)電裝機22.5MW，由槽式光熱鏡場(chǎng)和生物質(zhì)能鍋爐兩大部分組成，在白天太陽(yáng)光照較好的時(shí)候主要采用光熱發(fā)電，在晚間或太陽(yáng)光照條件不佳的時(shí)候主要采用生物質(zhì)能發(fā)電，采用這種互補發(fā)電的方式可實(shí)現24小時(shí)持續發(fā)電。
▲ Termosolar Borges電站
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光熱發(fā)電+傳統化石燃料電站
此類(lèi)電站開(kāi)發(fā)模式已在全球范圍內有多個(gè)實(shí)際項目案例，詳見(jiàn)下文。
1）光熱發(fā)電+燃氣
代表項目：Ain Beni Mathar光熱燃氣ISCC聯(lián)合循環(huán)項目
太陽(yáng)能和燃氣進(jìn)行混合發(fā)電的電站投資要高于同等功率的傳統燃氣電站，但卻遠低于純粹的光熱電站，同時(shí)在二氧化碳減排方面，這種混合型電站也有明顯優(yōu)勢。
摩洛哥在2010年建成了Ain Beni Mathar這一世界上首個(gè)ISCC（Integrated Solar Combined Cycle）光熱燃氣聯(lián)合循環(huán)電站，阿爾及利亞和埃及緊隨其后分別建成了一個(gè)ISCC電站，這三個(gè)ISCC電站也是世界上最早和最為知名的三大項目。
Ain Beni Mathar項目位于摩洛哥東北部城市烏季達，總占地面積160公頃，其采用槽式光熱發(fā)電+燃氣聯(lián)合循環(huán)技術(shù)路線(xiàn)，總裝計量490MW，其中光熱裝機量20MW，燃氣裝機量470MW。
▲ Ain Beni Mathar ISCC電站
2）光熱發(fā)電+煤電
代表項目：大唐天威嘉峪關(guān)10MW光煤互補項目
2014年，我國首個(gè)光煤互補示范項目——大唐天威嘉峪關(guān)10MW光煤互補項目一期1.5MW項目完成與大唐803燃煤電廠(chǎng)熱力系統的連接工程建設，經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右的調試，實(shí)現聯(lián)合運行。該項目為大唐集團新能源股份有限公司承擔的國家863計劃項目“槽式太陽(yáng)能熱與燃煤機組互補發(fā)電示范工程應用研究”重要組成部分，為我國首個(gè)槽式太陽(yáng)能集熱場(chǎng)與燃煤機組互補運行電站。
該示范項目位于甘肅嘉峪關(guān)大唐803燃煤電廠(chǎng)廠(chǎng)區，容量為1.5MWth，占地面積3.5萬(wàn)平方米，采用槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)。在600米長(cháng)的太陽(yáng)能集熱場(chǎng)內，導熱油流經(jīng)集熱管加熱至393℃，通過(guò)油水換熱器將高溫導熱油的熱量接入大唐八零三發(fā)電廠(chǎng)熱力系統。以光煤互補發(fā)電的方式，利用太陽(yáng)能資源來(lái)補充發(fā)電，可有效減少原火電機組煤耗量，降低污染排放，實(shí)現連續穩定發(fā)電。
海外市場(chǎng)方面，2016年11月4日，印度首個(gè)光熱燃煤混合發(fā)電項目開(kāi)工，該項目采用菲涅爾太陽(yáng)能集熱技術(shù)開(kāi)發(fā)。印度能源環(huán)境公司Thermax和德國菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)公司FRENELL組成的聯(lián)合體中標該項目，其新建設的菲涅爾集熱系統的熱功率為15MWth，與其中一個(gè)210MW的水冷機組混合發(fā)電，每年為其蒸汽循環(huán)系統提供14GWh的熱能。
▲ 大唐天威嘉峪關(guān)10MW光煤互補項目實(shí)景
3）光熱發(fā)電+燃油
代表項目：Duba1項目
目前，沙特和科威特等光熱市場(chǎng)即正在開(kāi)發(fā)數個(gè)ISCC聯(lián)合循環(huán)電站。沙特現正在開(kāi)發(fā)50MW的Duba1項目（總裝機600MW），預計2018年完成。Duba1是沙特第一個(gè)ISCC項目，也是沙特第一個(gè)開(kāi)建的商業(yè)化光熱發(fā)電項目。不久前，沙特50MW的WaadAl-Shamal項目（總裝機1390MW）已開(kāi)始投入運行，其采用光熱與天然氣發(fā)電進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)。Duba1項目則采用光熱與燃油發(fā)電進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)，而非燃氣。
