来源:能源圈 | 0评论 | 4952查看 | 2016-01-19 14:31:00
光热发电是我国重要的战略性新兴产业,可为我国能源结构调整和电源结构优化作出重大贡献。我国具备产业发展的潜在优势,西部地区具有广袤的未利用土地资源,发展光热发电的资源潜力巨大,可在当地打造光热发电产业链,可以抢占具有较强国际竞争力的战略制高点,为经济发展建立新的支撑点。
优先发展光热发电是新能源发电的战略选择
光热发电是战略性的可再生能源技术,与其他电源相比,光热发电具有如下独特的优势:
有助于保障国内能源安全和加快能源电力绿色转型。发展新能源是推动能源供应革命不可或缺的战略途径,目前“三北”风电和光伏发电已经成为可再生能源和清洁能源的重要主力。尽管风电和光伏发电具有良好的环境品质,但容量品质差,出力具有十分明显的随机性、间歇性和波动性,难以调度,难以存,在“三北”基地均已出现较大规模“弃风”、“弃光”问题。光热发电通过技术可行、成本相对低廉的储热装置能够实现按电力调度要求发电,只要设置足够容量的储热系统,就能实现24小时连续发电,既可以作为基础支撑电源,又具备较为灵活的调峰能力,能够成为未来电网的主力电源。光热发电还可以替代燃煤机组,与风电、光伏发电配套大规模建设,能够显著缓解出力波动,减少对电力系统的冲击,大幅提高电力系统的消纳能力,减少“弃风”、“弃光”矛盾。在“三北”有条件地区大规模发展光热发电,与水电、风电、光伏发电共同组成清洁发电系统,可大大推动风电、光伏发电的发展,加快提高可再生能源在能源结构中的比重,确立其主力能源的地位。
有助于改善生态环境和改良土地。光热发电环境品质好,运行过程没有污染物排放,可直接替代化石燃料,对减少温室气体排放、治理空气污染能起到重要作用。根据中电联魏昭峰先生在《中国电力企业管理》杂志2014年12期发表的《加快光热发电的产业化进程》一文中的数据,以电站的全寿命周期计算度电碳排放量,传统煤电为900毫克,天然气435毫克,光伏110毫克,风能17毫克,而光热发电产业链中基本不会出现光伏电池板生产过程中的高耗能、高污染等问题,碳排放仅为12毫克,是真正的绿色低碳能源。我国“三北”大部分地区光照强,干旱少雨,土地沙化严重,是沙尘暴的主要来源。光热发电可以不同程度地减少地面土壤所接收到的辐照量,缓解地面风速,降低地表水分蒸发量,有助于改良土壤,从根本上治理改善沙漠化、盐碱化土地,并可以在此基础上进一步开展种植业和畜牧业,可以形成发电、种植、畜牧三业并举的有利格局,增加“三北”干旱地区就业机会,有力拉动区域经济发展。
有助于国家西部大开发战略实施。我国太阳能资源丰富,尤其是“三北”地区,土地和太阳能资源能够满足光热发电大规模发展的需要,建设数千万至数亿千瓦光热电站,从土地、太阳能、水资源角度测算都可行。发展光热发电,既可以建设配备储能装置的大规模光热电站,又可以建设光热天然气联合电站、光热煤电联合电站,还可以将单机30万千瓦及以下煤电机组改造成光热电站等;既可以发展分布式光热发电,包括在海岛、偏远地区利用光热发电实现供电、供热和海水淡化,又可以在有工业热负荷需求地区推广建设光热热电联产、光热工业蒸汽等。我国西北地区和西藏地区具有良好的太阳能资源条件,适合布局光热发电。在具有相对经济性条件下,在这些地区中长期大规模布局建设光热电站,充分利用其电力系统友好性优势,与基地风电、光伏电站打捆通过特高压电网输送到东中部用电中心,既可以大幅提升输电线路利用率和经济性,又可以较好地解决送端和受端电网的调峰调频难题,促进风电、光电科学有序开发。从世界中长期能源结构布局看,在国内拥有世界领先的特高压技术的条件下,结合光热电站和风电、光伏电站的大规模开发,通过特高压跨洲际输电,有助于推动世界能源绿色化转型和全球能源互联网的构建。
有助于拉动国内经济和相关产业发展。光热发电产业链的绝大部分环节为传统制造业,涉及钢材、铝材、玻璃、水泥、矿料、电料、耐火、保温、机电、机械、电子等十几个行业产业,如建设太阳集热岛需要大量钢材、玻璃、水泥、储热材料等。发展光热发电能够有效带动上述产业发展,可以适度缓解我国相关产业产能过剩问题,推动汽轮机、发电机等我国传统优势产业进一步提升,并造就光热发电系统集成、运行控制等新兴产业,创造大量就业岗位。因此,光热发电既是一种清洁能源供应方案,也可以拉动经济,帮助传统产业软着陆,推动新兴产业的发展。
国内已经具备发展光热发电的条件
光热发电需要具备三方面资源条件。
太阳能直接辐射资源。太阳直接辐射强度(DNI)对光热发电成本有较大的影响,根据国际可再生能源署的相关研究,年DNI每增加100千瓦时/平方米,发电成本下降4.5%。考虑到经济性,世界相关组织研究提出,光热发电最好建在年均DNI值1800千瓦时/平方米以上的地区。这类典型的地区包括没有树木的大草原、矮树林、热带或亚热带稀树大草原。最理想的是北纬或南纬40°以内的地区,主要包括美国西南部、南美洲、欧洲地中海国家、南北非洲国家、中东地区(约旦、以色列、伊朗)、印度沙漠平原、巴基斯坦、俄罗斯、澳大利亚和我国西北部。宏观分析,我国内蒙古、青海、甘肃、新疆、西藏有着丰富的太阳能直接辐射资源。
土地资源。建立大规模光热电站,需要大片的土地,同时要求地面坡度在3%以内。国际经验显示,建设1兆瓦的槽式电站占地约30亩。根据中国工程院公开出版的《中国能源中长期(2030、2050)发展战略研究》(可再生能源卷,2011年2月)估算,假设太阳倍数为1.5,光热发电的年均发电效率为15%,集热器与土地面积比为25%,每平方千米可建电站容量3万千瓦,那么满足年DNI值大于1800千瓦时/平方米、地形坡度小于3%条件的贫瘠土地面积上,我国光热电站装机潜力为160亿千瓦、年可发电量42万亿千瓦时。
水资源。光热电站和传统火电站类似,需要在蒸汽轮机循环的冷端进行制冷,而太阳能法向直射辐射比较高的贫瘠和腹膜地区,水资源都相对贫乏,所以,光热发电尽管耗水量要比燃煤机组少一半,但用水问题一直是关注的焦点之一。根据中国工程院初步考察调研,内蒙古的浑善达克沙地和科尔沁沙地、新疆的准噶尔盆地沙漠、青海格尔木和甘肃河西走廊,都适合建设大规模光热电站。其他地区也可以根据水资源情况,适当建设适度规模的光热电站,特别是分布式光热发电。此外,我国光热发电具备产业化的条件。近年来,我国有多家光热发电专有技术公司开发了具有自主知识产权的专有技术和专项产品,国外的专有技术公司也在我国寻求合作。我国已经初步形成光热发电的全产业链,光热发电工程项目所需的设备和材料国产化率可达90%以上。部分国内生产的关键设备和材料的技术水平,与国际水平相差不大,只是缺少长期运行的检验。国内设备和材料的生产能力完全可以满足工程需要。随着光热发电产业的规模化发展和技术水平的不断提高,光热发电的成本一直在下降中,目前国际上投标的发电成本已降低到0.15美元/千瓦时。
加快推进示范项目建设
我国光热发电目前尚处于产业化起步阶段,还需要加快解决一些重大技术难题。
光热电站系统集成技术基本处于空白状态。目前国内才刚刚建成青海德令哈1万千瓦首座商业化光热电站,整体系统设计能力和集成技术、光热电站系统模拟及仿真技术也刚刚起步,缺乏电站建设运行维护经验和能力。
大型光热电站的设计、施工、安装、调试及运行维护在我国均是空白。目前几种不同的光热发电模式,如槽式、塔式、碟式、菲涅尔式光热发电技术尚处于高速发展中,各自优缺点共存,有的还存在较大的技术障碍。在不同环境下,如大家关心的雨季、冬季和低温、高温等光热电站运行技术问题,以及在电力系统中与其他电源配合协调运行等问题,都需要通过实际运行来验证和研究解决。
国内自主创新产品尚待示范工程予以验证完善。国内已基本可以生产光热发电的关键装备,一些部件具备了商业生产条件,光热发电产业链逐步形成。这些产品虽已通过国外专业检测机构检测,性能参数达到国际水平,但没有经过实际项目使用,产品的性能、质量还没有得到实践验证,核心技术也受制于人。新技术