在實現雙碳的道路上,光伏的“孿生子”——光熱或扮演關鍵角色。
作為中國目前最大的槽式光熱電站,中核龍騰內蒙古烏拉特100MW槽式光熱示范電站位于內蒙古自治區巴彥淖爾市東北部,年發電量達到約3.92億千瓦時。
該項目申報單位和關鍵裝備與核心技術提供商,是常州龍騰光熱科技股份有限公司(下稱常州龍騰)。日前,該公司總經理俞科對界面新聞表示,由于蒙西電網具有結構性缺電的特點,每天下午6點到晚上10點左右會出現晚高峰結構性缺電,該光熱項目的投運為緩解地區結構性缺電發揮了很大作用。
受到氣象條件制約,光伏、風力發電的功率具有間歇性、波動性和隨機性,對電力系統的安全性和供電可靠性造成挑戰。
今年3月,中國首次提出將構建以新能源為主體的新型電力系統。這一方面要求以高比例可再生能源確保電力電量供應,另一方面需要保障電力系統安全,包括頻率、電壓安全、功角穩定等。
這意味著對儲能容量提出了更大的要求,同時還需要更多的具有交流同步發電機特性的靈活調節電源。
在此背景下,光熱的固有優勢得以突出。
區別于將光能直接轉化為電能的光伏,光熱是利用反射鏡將太陽光匯聚到收集裝置中,裝置內的傳熱介質再進入到換熱系統中與水進行換熱,提供蒸汽從而驅動發電機發電。按太陽能采集方式劃分,光熱發電形式有槽式、塔式、碟式、菲涅爾式四種。
光熱發電最大的優勢在于其天然的儲能特質,可先將白天的太陽能以熱能形勢儲存起來,并在晚間或其他用電高峰期再帶動汽輪發電。
“光熱發電機組配置儲熱系統,發電功率穩定可靠,可實現24小時連續穩定發電,可替代燃煤電站作為基礎負荷,提高風電、光伏等間歇性可再生能源消納比例,并可作為離網系統的基礎負荷電源。”俞科指出,此外,光熱發電機組啟動時間、負荷調節范圍等性能優于燃煤機組,可深度參與電網調峰。
除了儲能的先天優勢,光熱也對電網較為“友好”,它具備風、光缺乏的同步發電裝置的轉動慣量、調頻、調壓功能,這一功能對于系統頻率與電壓調節至關重要。
“電力系統的運行,需要連續、穩定的電源作為支撐。”浙江中控太陽能技術有限公司(下稱浙江中控)董事長金建祥對界面新聞表示,光熱發電由于自帶大規模、低成本、安全環保的儲能系統,能夠實現自身的平穩發電,可替代火電成為電力系統的基荷電源。
金建祥認為,光熱具備了煤電的所有優點,同時也繼承了新能源的低碳優勢。
“就每度電全生命周期的碳排放而言,根據國外研究機構測算,光熱不到10克、光伏50克、煤電800克,天然氣400克。”他給出了一組數據。
中控太陽能成立于2010年,主做塔式太陽能熱發電技術研究與產業化推廣。
但光熱項目的上述優勢,需要基于配備合適技術路線的儲能系統。
“光熱發電對光照質量的要求要高于光伏。不加儲能的光熱,和光伏本質上沒有太大差別。”金建祥表示。2016年起,中控太陽能對光熱項目進行了熔鹽儲能改造。
“2016年之前,光熱作為新生事物,并沒有意識到儲能的重要性。當時電網比較歡迎發電機發電的光熱,所以我們建設了第一個10MW不帶儲能的光熱電站。”金建祥稱,2016年后,光伏成本在競爭中快速下降,但當時光伏發電并不穩定、上網較難,因此中控太陽能決定研究光熱儲能改造,最終選擇了熔鹽儲能技術路線,這條路線幾乎與國外同步進行研究。
“改造前的蒸汽儲能僅有半小時儲能時間,改造后的熔鹽儲能可在滿負荷情況下達到7小時。通過增大儲罐還可以實現更長時間的儲能。”金建祥補充道。
基于光熱電站的熔鹽儲能,采用雙罐系統,用電加熱冷鹽罐中的低溫熔鹽,加熱后的高溫熔鹽進入到熱鹽罐中進行儲存,后進入到換熱系統中與水進行換熱,釋放熱量,放熱后的熔鹽進入到冷鹽罐中進行儲存。該技術具備儲能容量大、安全性高、使用壽命長、環境友好、適用范圍廣等優勢。
金建祥認為,從長遠來看,要實現雙碳目標,光熱儲能是不可或缺的新能源。“產業鏈規模一旦形成,價格將大幅降低。經詳細測算,2025年度電成本可以做到7-8毛錢,2028年可以達4毛錢”。
他指出,即使以目前價格,在4小時以上的儲能情況下,“光伏+光熱儲能”與“光伏+其他儲能”相比,前者優勢已非常明顯。
那為何不能將熔鹽儲能等儲換熱系統,直接應用于目前成本更低的光伏、風電呢?
金建祥對界面新聞解釋稱,一因為熔鹽儲能是新技術,在能源領域并不常見,但全球看,儲能量與電化學幾乎相當;二是熔鹽儲能規模較大,要解決目前電力系統中的棄風棄光,只要規模較小的儲能就已夠了,熔鹽儲能顯得“太高配”。
“但長遠看,未來10-20年光熱儲能是必需的。因此,這可稱作是給未來儲備的技術。”
第三,光伏、風電若直接配置熔鹽儲能,由電轉化為熱的設備工藝較復雜、成本較高,這一環節每千瓦時約增加6分錢的成本;熔鹽儲能在光熱應用場景下,成本則相對較低。
通過首批示范項目的建設投產,中國光熱發電相關技術與產業均得到快速發展,但仍處于初期發展階段,發電裝機規模較小,也往往被政策和市場“忽視”,行業發展存在諸多瓶頸。
2016年9月,國家發改委和能源局相繼發布太陽能熱發電示范項目標桿上網電價(每千瓦時1.15元),以及包含了20座首批光熱發電示范項目的《關于建設太陽能熱發電示范項目的通知》,中國光熱發電示范項目建設的大幕被開啟。
參與首批光熱示范項目的企業,既包括了中廣核、中電建、三峽集團、中節能等央企,也包括中控太陽能、首航高科(002665.SZ)、中海陽能源集團股份有限公司、蘭州大成科技股份有限公司、常州龍騰光熱科技股份有限公司等民企。
但據統計,2019年中國光熱發電新增裝機僅20萬千瓦,總建成裝機僅44.4萬千瓦。這與光伏差距巨大。2019年,全國新增光伏發電裝機達3011萬千瓦。
電力規劃設計總院高級顧問孫銳孫銳認為,制約中國光熱發電可持續發展的主要因素,在于相關政策缺乏連續性。
自2016年推出首批示范項目后,國家一直未明確光熱發電下一步的支持政策。
國家發改委價格司在批復第一批示范項目的上網電價文件中,僅明確了2018年底前并網發電項目的上網電價,但一直未明確以后并網發電項目的上網電價,導致部分投資方放棄項目建設。
2020年初,國家出臺《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見》,明確新增光熱項目不再納入中央財政補貼范圍。
孫銳認為,在國內光熱發電產業的初期階段,上網電價形成機制尚未完成市場化改革之前,取消電價補貼,意味著抑制了市場需求。
由于政策缺乏延續性,導致當前國內光熱發電缺乏明確的市場發展空間,成本也無法通過規模化應用持續降低。
“目前光熱唯一的缺點是規模太小、成本太高。這和光伏、風電大規模裝機后形成的低成本相比,暴露無遺。”金建祥認為,只要五到十年內,國家適當給予支持,例如每年給予30億-40億的補貼,推動光熱產業鏈、規模做大,再通過產品迭代更新,技術逐步成熟,光熱成本會顯著下降。
為此,金建祥建議,在“十四五”規劃中,明確光熱發電的戰略定位,規劃一定裝機容量,并在一定期限內繼續給予光熱發電一定的補貼;在風、光裝機規模集中、比例迅速提高的地區,布局建設一批“光熱+光伏/風電”多能互補示范項目,以光熱發電作為調峰手段;光熱儲能應參照抽水蓄能兩部制電價政策,落實儲能型光熱電站的價格形成機制。
俞科也認為,政策導向上應發揮光熱發電的調峰特性,引導“光熱+光伏/風電”的可再生能源基地建設模式,深入推進源網荷儲和多能互補項目建設;完善跨區峰谷分時電價政策,并將銷售電價模式向電源側傳導,體現光熱發電的基礎負荷和調峰價值,推動光熱產業可持續發展。