储热型光热发电有望赢得未来市场竞争
发布者：Arnold Leitner | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 5747查看 | 2013-04-10 08:01:00
“在高度竞争的市场环境中，太阳能光热发电需要更突出其独特的“卖点”才可能赢得市场。”SkyFuel公司CEO兼创始人Arnold Leitner如是表示,他日前撰文分享了他对光热发电储热技术的重要性的理解，主要从能量密度和使用寿命两个方面进行了分析。
CSPPLAZA光热发电网报道：在过去几年内，光热发电产业的发展面临着一系列巨大的挑战。以2008年雷曼兄弟破产为标志，全球经济陷入崩溃，这直接导致最大光热发电市场西班牙的经济陷入衰落，从而成为西班牙光热发电市场死掉的诱因。
但光热发电产业面临的主要问题目前已不能主要归结为经济问题，在五年之前，中国光伏发电产品的价格开始逐年地迅猛下跌，这使得大规模开发光伏电站的经济可行性日渐显现，直接压制了以大规模电站开发为优势的光热发电产业的发展。今天，大规模光伏电站的投标电价已经降至9美分/kWh(以加州市场为例)，且该价格为恒定值。
全球装机容量最高、技术最为成熟的是槽式光热发电，其主流技术路线为采用导热油传热、熔盐储热。受光伏发电价格下跌冲击最大的就是以导热油为传热介质的槽式光热发电，其在全球市场上与光伏发电相比在价格上已经没有任何竞争力，以同样的配置单轴跟踪系统的槽式光热电站和光伏电站类比，光热发电的度电最优化成本为12.5美分/kWh，比光伏发电要高出一大截。虽然基于导热油的热惯性和储热技术的应用，导热油为介质的槽式电站可提供更为平滑的电力输出，但这些优点不足以抵消在竞争性询价中，其比光伏发电要高出一大截的缺点。
但CSP与PV相比的关键“卖点”到今天为止依然是其廉价的可存储能力，但在此方面，导热油为介质的槽式技术受到的挑战很大，因为导热油的进出口油温温差仅在100摄氏度左右，这将需要耗费大量的储热介质。
虽然西班牙已经建设了多个带储热的槽式电站，美国在建的280MW的Solana槽式光热电站也将配备6小时储热。但储热技术的应用只有在温差达到270度左右时才更有意义，这时的储热介质的消耗量和成本要比一般的槽式技术（温差在100度左右）低两倍左右。
商业化方面，目前仅仅有一种储热介质得以应用，即由60%硝酸钠和40%硝酸钾组成的熔盐，下面以熔盐为例分析储热的价值所在。
在典型的熔盐塔式热发电系统中，低温端温度在275摄氏度，高温端温度在550摄氏度，即温差在275摄氏度时，在此条件下，一立方米的熔盐可储热677兆焦耳，如果我们假设热循环效率为95%，热电转换效率为40%，677兆焦耳就相当于存储电能75kWh，而美国2010年人均每天耗电量为37kWh，这相当于两个美国人的日耗电量。
我们假设利用抽水蓄能存储同样多的电能，假定抽水蓄能电站的循环效率为80%，那么需要多高的落差以使一立方米的水存储同样多的能量呢？在回答这个问题之前，我们先来看一下熔盐储能与电池储能的对比分析。
从能量密度上来看，以我的旧麦金塔（Macintosh）笔记本电脑为例，其中装配的锂电池可存储电能为60Wh，体积约220立方厘米大小，锂电池的储电能力要远高于其它电池，以我桌子上的一个保温瓶的体积为例，其大小约为1公升，如果填充为熔盐，储电能力可达78Wh,以此推算，采用廉价的熔盐仅比目前最好用的锂电池的用量高出四倍，成本上要大大降低。
从使用寿命上来看，目前我所用的麦金塔电脑已经几乎不能充电，虽然我遵循苹果公司的建议在每一次充电时都对其完全充放电，但在使用5年后、少于1000次的充放电循环后已经几乎不能使用。而对于熔盐来说，在1000次的循环后，将会出现什么样的退化呢？答案是一点也不，这是因为储热相对储电要简单的多，就如我爷爷的热水瓶到今天为止依然可以保温。储热材料的可利用时长远远大于储电。
回到最初的问题上去，我们如果利用抽水蓄能需要将水抽多高呢？答案是令你吃惊的33公里，奥地利极限运动员Felix Baumgartner也不过从40公里的高空中成功跳下而已。
另外需要指出的是，在太阳能电站开发的沙漠地带，水资源极为宝贵，利用抽水蓄能是不现实的，而利用锂电池储电在成本上也脱离实际的需求。那里充满了沙石，也有观点提议说利用重力储能，但要将沙石调至高空，难度是很大的，相比来看，熔盐仍然是最好的解决方案。
总的来看，储热是电力存储的强大媒介，其循环效率极高，耗量从用量上来看仅仅是电池的五倍，成本却要低很多，而且储热介质的可利用时间长。这都使配储热的光热发电有望赢得未来。
本文原作者系SkyFuel公司CEO兼创始人Arnold Leitner
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