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占地80萬(wàn)平、3萬(wàn)塊超大玻璃組成的“發(fā)電站”

近3萬(wàn)塊超白玻璃制成的巨大鏡面，以兩個(gè)同心圓陣列相交的形式整齊地排列在甘肅瓜州的戈壁之上，在兩個(gè)鏡面陣列的中心點(diǎn)，豎立著一根高達(dá)200米的吸熱塔，而這兩個(gè)占地80萬(wàn)平方米、相當(dāng)于112個(gè)足球場(chǎng)的陣列，如同巨型凹面鏡，把陽(yáng)光通通反射到中心的吸熱塔上——這個(gè)充滿工業(yè)之美的“天空之鏡”就是我國(guó)、也是全球首個(gè)“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站。

瓜州這個(gè)光熱儲(chǔ)能項(xiàng)目預(yù)計(jì)今年年底將正式投產(chǎn)發(fā)電，一旦投產(chǎn)發(fā)電，按照該項(xiàng)目負(fù)責(zé)單位三峽能源的計(jì)算，它將作為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)電源，與周邊光伏和風(fēng)電形成總裝機(jī)規(guī)模70萬(wàn)千瓦的多能互補(bǔ)清潔能源基地，年發(fā)電量將達(dá)到18億度（千瓦時(shí)）。

所謂的“光熱發(fā)電”到底是什么，又和我們常常提及的光伏發(fā)電孰優(yōu)孰劣？

光伏發(fā)電我們的讀者應(yīng)該已經(jīng)很熟悉了，就是利用太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光，從而形成光電子，產(chǎn)生直流電，現(xiàn)在的研究方向一般是怎么增加光伏電池的帶隙，使其能利用更多波段的光。

而光熱發(fā)電簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是利用太陽(yáng)的熱能作為發(fā)電的能量來(lái)源，很明顯，它不是直接將太陽(yáng)光變成電，而是一個(gè)光能變熱能再向電能轉(zhuǎn)化的復(fù)雜轉(zhuǎn)換過(guò)程，但這也是它能夠受到關(guān)注的最大原因。

02

光熱與光伏，孰強(qiáng)？

光熱發(fā)電，也叫聚焦型太陽(yáng)能熱發(fā)電，主要有槽式、菲涅爾式、塔式和碟式四種主流的光熱發(fā)電系統(tǒng)，除了光線匯聚方式的不同外，它們的區(qū)別主要體現(xiàn)在集熱溫度、聚光比和轉(zhuǎn)換效率上。

其中，塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)是目前最主流的方式：通過(guò)大量可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的定日鏡，像向日葵一樣追逐太陽(yáng)，再以聚焦方式將太陽(yáng)能直射光反射到中間高聳的吸熱塔上，塔上的吸熱器會(huì)加熱流經(jīng)的熔鹽，將熱量帶到附近的儲(chǔ)熱罐中儲(chǔ)存。

作為這個(gè)系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)，硝酸鹽混合物或碳酸鹽混合物制成的熔鹽，它的沸點(diǎn)是600攝氏度，而水的沸點(diǎn)才100度，意味著這種液態(tài)熔鹽會(huì)比水更能儲(chǔ)存熱量。

具體來(lái)看，熔鹽泵會(huì)將低溫儲(chǔ)熱罐里290度左右的熔鹽源源不斷地運(yùn)送到吸熱器中，吸熱后熔鹽溫度會(huì)升高至560度以上，之后會(huì)通過(guò)管道運(yùn)送至地面的高溫儲(chǔ)熱罐中。這種儲(chǔ)能方式，對(duì)應(yīng)的就是光伏系統(tǒng)中的鋰電池儲(chǔ)能，只不過(guò)一種是熱儲(chǔ)能，一種是電化學(xué)儲(chǔ)能。

熱量被留下來(lái)之后又該怎么發(fā)電？這就要涉及到透平機(jī)，也就是蒸汽輪機(jī)。高溫熔鹽被送至蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生出高溫高壓的蒸汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，光能就被轉(zhuǎn)化為了電能。

不過(guò)在光熱發(fā)電四大系統(tǒng)模式中，有一種發(fā)電系統(tǒng)比較獨(dú)特，即并不依賴蒸汽輪機(jī)，而是靠一種外燃機(jī)“斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)”發(fā)電的碟式光熱系統(tǒng)。

碟式光熱系統(tǒng)就像一個(gè)“大鍋蓋”，它不需要大范圍集熱，只用一個(gè)獨(dú)立的模塊就能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換。在它的反射鏡焦點(diǎn)處，放置著一臺(tái)斯特林熱機(jī)，可以直接把收集的熱能用來(lái)驅(qū)動(dòng)氫氣或氦氣等工質(zhì)來(lái)反復(fù)膨脹做功，實(shí)現(xiàn)熱能到機(jī)械能再到電能的快速轉(zhuǎn)換。

但問(wèn)題是，碟式光熱系統(tǒng)太像光伏了，搭載了一個(gè)斯特林熱機(jī)后，單獨(dú)一個(gè)模塊是沒(méi)有空間再去安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)的，熱能不當(dāng)即利用就浪費(fèi)、沒(méi)有陽(yáng)光就失去發(fā)電能力。因此，盡管碟式光熱系統(tǒng)的聚光效率極高，也吸引不了能源產(chǎn)業(yè)的投資，畢竟沒(méi)必要去發(fā)展一種和光伏差不多，卻更加昂貴且不夠成熟的發(fā)電系統(tǒng)。

但是塔式光熱系統(tǒng)不一樣，相比于同樣利用太陽(yáng)光的光伏發(fā)電，它的優(yōu)勢(shì)并不是發(fā)電效率高出多少，而是在于其能實(shí)現(xiàn)熱量的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，在夜晚沒(méi)有光照的情況下，依然可以不間斷地輸出電力。

另外，瓜州這個(gè)項(xiàng)目雖然設(shè)置成雙塔，但共用一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，雙塔的作用是為了提升發(fā)電效率、發(fā)電量以及儲(chǔ)能量。這兩個(gè)吸熱塔一個(gè)東塔，一個(gè)西塔，中間相交重合部分的定日鏡在上午會(huì)把太陽(yáng)光反射到東塔上，下午就調(diào)轉(zhuǎn)鏡面，把光反射到西塔上。這種方式能對(duì)發(fā)電效率有多大提升還要等真正投產(chǎn)發(fā)電后才能確定。

03

貴是最大阻礙

盡管相比于光伏，光熱系統(tǒng)有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展角度來(lái)看，光熱還是太小眾，無(wú)論是裝機(jī)量還是度電成本都還有很大提升空間。

我國(guó)的光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展起步較晚，國(guó)務(wù)院國(guó)資委研究中心主任衣學(xué)東曾在公開(kāi)討論中提到關(guān)鍵技術(shù)突破的重要性，“雖然目前光熱發(fā)電設(shè)備和材料國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，但部分零部件如熔鹽閥等主要還是依靠進(jìn)口。”

截至去年年底，中國(guó)內(nèi)地光熱發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量總共才58.8萬(wàn)千瓦（kW），而我國(guó)去年全年光新增的光伏裝機(jī)量就達(dá)到了220吉瓦（gW，1吉瓦=100萬(wàn)千瓦）。2023年3月，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》，算是為這個(gè)小眾賽道吃了顆定心丸：《通知》提到要力爭(zhēng)“十四五”期間，全國(guó)光熱發(fā)電每年新增開(kāi)工規(guī)模達(dá)到300萬(wàn)千瓦左右。

其實(shí)業(yè)界普遍并不認(rèn)為光熱能夠替代光伏，因?yàn)樗F了。根據(jù)國(guó)際可再生能源際署發(fā)布的報(bào)告顯示，光熱發(fā)電路線的度電成本高達(dá)0.108美元/千瓦時(shí)，而同期的光伏度電成本僅為0.056美元/千瓦時(shí)，海上風(fēng)電和水電為0.084美元/千瓦時(shí)和0.044美元/千瓦時(shí)，相比之下。光熱貴得有點(diǎn)太突出了。

貴的主要原因在于初始成本，以目前常見(jiàn)的10萬(wàn)千瓦裝機(jī)、8小時(shí)儲(chǔ)熱的塔式光熱電站為例，單位千瓦造價(jià)最低也要1.2萬(wàn)元，最高能接近2萬(wàn)元。大面積的聚光系統(tǒng)，再加上吸熱與儲(chǔ)熱系統(tǒng)，能占到整個(gè)電站成本的八成以上。

所以現(xiàn)在光熱的出現(xiàn)一般是伴隨著光伏、風(fēng)電等新能源項(xiàng)目，起到一個(gè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。光熱發(fā)電系統(tǒng)輸出的是交流電，可以視為一個(gè)小型發(fā)電廠，擁有更好的調(diào)峰性能。瓜州項(xiàng)目其實(shí)也是由40萬(wàn)千瓦風(fēng)電、20萬(wàn)千瓦光伏以及10萬(wàn)千瓦光熱發(fā)電共同構(gòu)成的，未來(lái)這種新能源大基地模式在地廣人稀、光熱風(fēng)電充足的地方還是有用武之地的。