有行業(yè)專家認(rèn)為，工業(yè)用熱產(chǎn)生的碳排放約占全球碳排放總量的三分之一，而太陽能熱利用技術(shù)完全能滿足工業(yè)用熱需求。

目前，由于成本和其他阻礙，太陽能光熱在全球能源生產(chǎn)版圖上的占比幾乎可以忽略不計(jì)。行業(yè)專家一致認(rèn)為，太陽能光熱行業(yè)需要降低成本并克服許多障礙，如果能做到這一點(diǎn)，其市場(chǎng)潛力將是巨大的。但是很難找到相關(guān)數(shù)據(jù)來表明這個(gè)市場(chǎng)到底有多大，以及需要以何種價(jià)格向市場(chǎng)提供太陽能方能激活這個(gè)巨大市場(chǎng)。

熱量就是熱量，無論它是如何產(chǎn)生的。因此，大多數(shù)對(duì)價(jià)格比較敏感的最終用戶都傾向于選擇當(dāng)今最便宜的化石燃料。在本文中，Jakob將嘗試估算在歐美市場(chǎng)中與天然氣面對(duì)面競(jìng)爭(zhēng)所必須滿足的價(jià)格條件。他還將估算溫度在120?C-220?C之間太陽能工業(yè)用熱的市場(chǎng)潛力。在即將發(fā)表的文章中，他指出了達(dá)到這些價(jià)格目標(biāo)所面臨的障礙，并討論了如何規(guī)避其他市場(chǎng)障礙。

首先，看一下截至2050年能源市場(chǎng)的發(fā)展情況。請(qǐng)注意，盡管電氣化程度不斷提高，但低于400?C熱能的年需求量，依然穩(wěn)步保持在略高于10,000TWh的水平。

圖：基于到2050年實(shí)現(xiàn)100%可再生能源的情景，全球最終總能源消耗

儲(chǔ)熱系統(tǒng)的作用

太陽能光熱利用需要配備儲(chǔ)熱設(shè)施，以完全替代化石燃料。在此之前，太陽能光熱解決方案需要與其他化石燃料系統(tǒng)集成在一起工作。一種簡(jiǎn)單的集成方法是讓太陽能產(chǎn)生的熱量保存到現(xiàn)有的儲(chǔ)熱罐中。

對(duì)于白天或者夜間存儲(chǔ)，可以使用增壓水箱，并且可以在大于200℃的溫度下工作。如今，一些大型工業(yè)企業(yè)已經(jīng)安裝了這種儲(chǔ)罐，以防止其天然氣供應(yīng)短期中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

在此溫度水平下白天/夜間存儲(chǔ)應(yīng)可滿足行業(yè)需求的30-40%。覆蓋范圍取決于光照資源的多少（表示為DNI）。假設(shè)DNI<1600，則可滿足30％行業(yè)需求，DNI在1600-2000之間，則可以滿足35％的行業(yè)需求，若DNI>2000，則可以滿足40％。

市場(chǎng)機(jī)會(huì)

對(duì)市場(chǎng)機(jī)會(huì)的分析如下：

根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的數(shù)據(jù)，美國(guó)工業(yè)每年使用大約1500TWh的過程熱量（120?C-220?C的溫度范圍）。

使用天然氣生產(chǎn)這種熱量的成本取決于當(dāng)?shù)氐奶烊粴鈨r(jià)格。太陽能光熱利用最終需要達(dá)到天然氣的價(jià)格。下圖2顯示了美國(guó)各州天然氣在2018/2019的價(jià)格。

光照越充足，太陽能光熱利用就越便宜。每年的光照數(shù)據(jù)，請(qǐng)參考下圖。

圖：美國(guó)2018*/2019年工業(yè)天然氣價(jià)格，以及1999-2018年的平均DNI

如果工業(yè)用熱需求的分布類似于美國(guó)的人口分布，并且如果將120?C-220?C的工業(yè)用熱需求的30-40％，通過太陽能與壓力儲(chǔ)水關(guān)相結(jié)合來滿足，那么我們將有290,000MW的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

假設(shè)折舊期25年，資本成本4％，運(yùn)維成本$5/MWh，而且每個(gè)州的市場(chǎng)價(jià)格將與每個(gè)州的天然氣成本相匹配，則在120?C-220?C范圍內(nèi)產(chǎn)生的工業(yè)用熱市場(chǎng)的潛力為1800億美元，能夠使成本曲線從加利福尼亞的820,000美元/MW(加州的市場(chǎng)約29,000MW，潛力為240億美元)下降至俄克拉荷馬州的90,000美元/MW，后者市場(chǎng)潛力為$2.85億。

圖：為了與當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格與潛在的收入競(jìng)爭(zhēng)，美國(guó)每個(gè)州（夏威夷除外）要達(dá)到的光場(chǎng)成本目標(biāo)（$/MW）,包括運(yùn)營(yíng)和維護(hù)合同。假設(shè)25年，資本成本為4％，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本為$5/MWh，白天/黑夜存儲(chǔ)的需求覆蓋率為30-40％。

隨著更具成本競(jìng)爭(zhēng)性的儲(chǔ)熱技術(shù)的引入，以及利用太陽能產(chǎn)生的熱量對(duì)高溫工藝進(jìn)行預(yù)熱的方法的發(fā)展，潛在的市場(chǎng)將不斷增長(zhǎng)。例如，在美國(guó)將太陽能用于對(duì)火電站的給水進(jìn)行預(yù)熱，可能會(huì)增加額外的50,000兆瓦的太陽能光熱容量，從而增加市場(chǎng)機(jī)會(huì)，從而為美國(guó)的市場(chǎng)潛力增加25至300億美元。

如果太陽能熱解決方案提供商轉(zhuǎn)向美國(guó)以外的世界，例如歐洲，那么他們通常將目光投向工業(yè)天然氣價(jià)格更高的市場(chǎng)。下圖顯示了歐洲大型最終用戶的最低天然氣價(jià)格（以€為單位），同時(shí)顯示當(dāng)?shù)厝照諣顩r。

圖：歐洲2018*/2019年大型承購(gòu)人的工業(yè)天然氣凈價(jià)格，結(jié)合平均DNI圖

估計(jì)歐洲在120?C-220?C范圍內(nèi)的工業(yè)用熱消耗為1860TWh。假設(shè)平均DNI1500，天然氣平均價(jià)格為$35/MWh，并假設(shè)其他方面與美國(guó)相同，則太陽能光熱價(jià)格應(yīng)為$820,000/MW，潛在安裝量為370GW，包括服務(wù)和維護(hù)在內(nèi)市場(chǎng)潛力為3700億美元。

終端用戶愿意為太陽能光熱支付多少？

如果知道太陽能光場(chǎng)的投資和維護(hù)成本，所產(chǎn)生的能源價(jià)格也就可以確定。面對(duì)持續(xù)上升的碳排放稅，來自關(guān)心氣候變化的消費(fèi)者帶來的持續(xù)壓力，以及一旦政府開始考慮顆粒物排放對(duì)他們的衛(wèi)生系統(tǒng)的影響而采取其他征稅，同時(shí)考慮到能源價(jià)格不斷波動(dòng)帶來的總體不確定性，許多最終用戶愿意支付一定的溢價(jià)，以換取確定的能源價(jià)格。

例如，2018年美國(guó)各州的天然氣平均價(jià)格為21.2美元/兆瓦時(shí)，但自2015年以來，每月平均價(jià)格一直在15-25美元/兆瓦時(shí)的范圍內(nèi)波動(dòng)。為了保護(hù)自己免受能源價(jià)格波動(dòng)的影響，尋求穩(wěn)定價(jià)格的公司可以購(gòu)買期貨。從2020年到2032年，期貨的當(dāng)前平均價(jià)格為8.6美元/MWh。這樣的溢價(jià)很可能僅對(duì)高耗能的公司以及預(yù)計(jì)價(jià)格會(huì)上漲的公司具有吸引力。

基于這種推理，Jacob認(rèn)為美國(guó)的最終用戶平均愿意為去年的天然氣價(jià)格支付15％的溢價(jià)，以換取固定的能源價(jià)格。

市場(chǎng)愿意為太陽能光熱支付多少？

太陽能光熱的成本在很大程度上取決于光照資源。但是，最終用戶只會(huì)將太陽能光熱的成本與天然氣產(chǎn)生的熱能相比。如上所述，對(duì)于美國(guó)而言，這意味著價(jià)格在$8-34/MWh的范圍內(nèi)，在歐洲約為$35/MWh。假設(shè)在最相關(guān)的州中，天然氣的平均價(jià)格為25美元，在下圖中繪制了無補(bǔ)貼的成本目標(biāo)（以美元/MW為單位）與太陽輻射的關(guān)系。

圖：當(dāng)市場(chǎng)價(jià)格為$25/MWh或$35/MWh時(shí)，太陽能光場(chǎng)無補(bǔ)貼市場(chǎng)價(jià)格（$/kW）與太陽輻射（DNI）的函數(shù)圖。

相信25美元/兆瓦時(shí)的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要研究土地和熱力傳輸?shù)某杀荆⒄{(diào)整目前在太陽能光熱行業(yè)中流行的商業(yè)模式。這部分，我們后續(xù)再分享。