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细数几种“光热发电+”电站开发模式

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细数几种“光热发电+”电站开发模式

发布日期:2018-08-17 作者: 点击:

光热发电技术主要分塔式、槽式、碟式、菲涅尔式四大类,这其中又因传储热介质、储热方式、聚光方式的差异而呈现多元化。


就入选中国首批示范的20个项目来说,均采用单一的塔式、槽式或菲涅尔式技术。而同样由国家能源局发布的23个首批多能互补集成优化示范工程中也包含一定的光热发电装机,其中由山东电力建设第三工程有限公司担任EPC的鲁能海西州格尔木多能互补集成优化示范项目目前也在积极推进建设。


虽然装机50MW的光热发电系统相对于总装机700MW的鲁能项目只能作为配角,但这种“光热发电+”的电站开发模式也提供了一种光热发电项目开发的新思路。


目前,鉴于光热发电依然面临着投资成本较大、度电成本较高的现状,采用“光热发电+”的电站开发模式在一定程度上可有助于削减光热发电项目的投资成本,降低投资风险。


从理论上来讲,光热发电四种主要技术路线之间、光热发电与传统火电以及与其它可在生能源之间都有可能碰撞出“火花”,并实现互补多赢的理想效果。


1.光热发电+光热发电


首先来看看不同光热发电技术路线之间可以进行哪些“光热发电+”组合以及目前业界已经进行了哪些尝试。


1)槽式+塔式


代表项目:摩洛哥Noor Ouarzazate太阳能综合体项目、迪拜700MW光热电站


2017年9月,一则新闻大大鼓舞了中国光热发电行业:沙特ACWA电力公司(ACWA Power)和上海电气集团股份有限公司联合体以7.3美分/kWh的超低电价中标迪拜700MW项目EPC总承包合同。


迪拜700MW光热项目位于迪拜阿勒马克图姆太阳能园,由3个装机为200MW的槽式电站(世界上单体装机最大的槽式电站)以及1个装机为100MW的塔式电站组成,是目前全球规模最大光热电站项目。该项目是迪拜“清洁能源战略”的重要组成部分,每年能够为迪拜270000多家住户提供清洁电力,每年可减少140万吨碳排放量。


该超低电价的诞生在一定程度上归功于该项目一塔三槽的设计方案。槽式与塔式发电技术相结合的技术方案可以集合槽式的成熟和塔式的高效,还能提高项目整体的储能能力并降低储能成本。从技术层面来看,槽式技术相对更加成熟,商业化验证程度也更高,其装机量在目前已建成光热发电项目装机量中占比最大。但塔式光热技术正凭借其较高的工作运行温度和因此带来的整体系统效率提升而逐步开始发力,在全球范围内开始得到大规模部署。


ACWA Power业务发展执行总监Andrea Lovato表示:“按照我们的技术方案,塔式光热系统将配置15小时的储热系统,而槽式系统将配置11个小时的储热系统,这两种技术的有机结合使系统可以根据需求随时提供电力,同时又有助于降低总发电成本。槽式技术是一种更成熟、风险更低的技术路线,而塔式技术的加入将助力储能成本下降。”


此外,即将全面投运、也由山东电力建设第三工程有限公司参建的摩洛哥Noor Ouarzazate太阳能综合体项目也已体现出槽式与塔式技术结合的优势,其中一期NOORI(160MW)、二期NOORII(200MW)采用槽式太阳能热发电技术,三期NOORIII(150MW)采用塔式太阳能热发电技术,而NOORII和NOORIII项目此前的平均中标价15.67美分/kWh代表了当时光热发电项目的最低电价水平。




图:NOOR光热发电项目综合体全景


2)菲涅尔+塔式


代表项目:日本三菱菲涅尔塔式混合光热发电系统


由日本三菱日立电力系统(MHPS)建设的菲涅尔塔式混合光热发电系统由低温菲涅尔集热蒸发系统、塔式过热器和收集太阳光线的定日镜等部分组成。与传统的光热发电系统相比,这一混合型系统能够以更低成本生产温度更高的蒸汽。


在该系统中,菲涅尔集热器将收集70%的太阳光线,通过与水换热产生温度300摄氏度左右的蒸汽。之后,蒸汽会被送到位于塔顶的吸热器,通过定日镜的聚焦,进一步加热到550摄氏度左右。由于蒸汽已经被预热过,其所需的定日镜阵列规模也要小得多,因此成本远低于常规的CSP系统。MHPS表示,这套测试中的混合光热发电系统,能够产生等效300千瓦的电能。




据了解,该项目占地面积约为10000m2,包括菲涅尔集热蒸发系统、塔式吸热器和150面塔式定日镜,这些配置有跟踪系统的定日镜可以跟踪太阳以将更多太阳光线反射到过热器的焦点上。


3)碟式+槽式/塔式


从发电原理角度来说,碟式与槽式、塔式及菲涅尔式有较大不同,在中国首批示范项目竞争中也落得下风。但在申报过程中,“碟式斯特林+槽式”、“碟式斯特林+塔式”开发模式的出现仍叫人眼前一亮。


虽然上述两种开发模式目前尚无大型商业化项目案例,但随着碟式光热技术的不断发展进步,未来这两种开发模式也值得期待。


2.光热发电+其它清洁能源


1)光热发电+光伏


采用光热光伏混合开发模式的案例较多,该模式可以实现在对太阳能资源相对高效和经济性利用的同时,为人类持续稳定提供绿色电能。


代表项目:Ashalim太阳能综合体、Noor Midelt光热光伏混合电站、智利Cerro Dominador项目、Noor Ouarzazate太阳能综合体项目等


以色列在建的总装机超300MW的Ashalim太阳能综合体项目包括两个光热发电项目(Ashalim1和Ashalim2,装机均为121MW)和一个装机70MW的光伏发电项目;Noor Midelt项目总装机规模预计为400MW,按照初步设想,该项目将建于Midelt东北方向约25公里处,总占地面积达3000公顷,其中光热发电装机将达150-190MW、储热时长可达5小时以上,而光伏电站装机量由投标人自行决定,但不能超过光热电站夜间净容量的20%;拉丁美洲首个光伏光热混合电站Cerro Dominador则由一个装机100MW的光伏电站和一个110MW的塔式光热电站组成,总投资达18亿美元;上文已经提到的Noor Quarzazate项目位于摩洛哥瓦尔扎扎特(Ouarzazate),总装机580MW,占地2000公顷,耗资27亿美元,包括510MW的光热发电装机和70MW的光伏装机。




图:装机121MW的Ashalim1塔式光热电站


光热发电与光伏发电的结合越来越受到大众的关注与认可。此前,德国航空航天中心DLR研究结果表明,在现有条件下,光热和光伏相结合是目前最具前景的太阳能发电技术路线。光伏发电厂直接向电网供电,在用电高峰期,比如夜间,光热将在夜晚通过储热发挥其优势。即使增加化石燃料补燃也将相对容易可行,成本不会过高。


另外,摩洛哥可持续能源署masen高级代表Adil Bouabdallah在于不久前召开的CPC2018大会上曾表示,masen认为光伏和光热的结合将会是未来太阳能发展的方向。通过不同比例的配置,可以开发出3种组合模式;高CSP低PV,此种模式中,光热昼夜运行;CSP&PV平均分配,白天光伏用于发电,光热仅在部分时间发电,夜间光热满负荷发电;高PV和低CSP的模式,光伏白天发电,光热储能用于夜间发电。这种太阳能混合发电的概念正逐渐在全球范围内被广泛认识。


2)光热发电+光伏+风电+储能


在此类项目中,光热发电往往利用其出色的调峰能力担任辅助角色,但随着光热发电技术的发展进步,有望不断提升自己的比重。


代表项目:鲁能海西州700MW风光热储多能互补项目


开篇提到的鲁能海西州700MW风光热储多能互补项目由西北电力设计院设计,位于青海省海西州格尔木市境内,总装机容量700兆瓦,其中风电400兆瓦,光伏200兆瓦,光热50兆瓦,储能50兆瓦。该项目于2017年6月开工,成为国家首个正式建设的集风光热储于一体的多能互补科技创新项目。




图:鲁能格尔木熔盐塔式光热项目建设现场俯瞰


该项目旨在将风电、光伏、光热和储能结合起来,形成风、光、热、储多种能源的优化组合,以有效解决用电高峰期和低谷期电力输出的不平衡问题,提高能源利用效率,优化新能源电力品质,增强电力输出功率的稳定性,提升电力系统消纳风电、光伏发电等间歇性可再生能源的能力和综合效益。


通过多能互补联合运行后,可有效减轻电网调峰压力。考虑出力限额与青海省负荷曲线匹配,本项目通过储能和光热联合调节,将大幅降低限电比例


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