光热发电新能源的新焦点

    文/本刊记者 马红丽

    近10年来，随着新能源科技的不断进步与发展，造就了风靡一时的两个奇迹——风电和光伏发电。然而在风电与光伏发电受阻的今天，谁能取而代之成为新焦点？
    据报道，2013年6月6日下午，《中国太阳能热发电产业政策研究》报告编写组向国家能源局新能源与可再生能源司进行了课题汇报。再加上之前有媒体报道，“相关机构预计至2020年，国内光热发电的装机有望突破1000万千瓦，市场规模可达千亿元以上。”这种种消息传递了什么？是太阳热发电！它会是个新传奇吗？这令人好奇与期待。
    两种形式的角逐
    光热发电不是光伏发电。太阳能发电主要有两种形式，第一种是光伏发电，第二种就是曾一度被冷落的太阳能光热发电。专家强调，两者是互补关系而非替代关系。光热更适宜基础性能源，光伏更适宜分布式能源，各有适宜的环境和约束的条件，并无绝对的优劣之分。但是，目前光伏发展从技术方面来讲，由于在核心技术上没有重大突破，导致发电成本居高不下，成为太阳能利用技术的“瓶颈”。从市场方面来说，除多晶硅材料和薄膜电池外，我国集中了60%以上的产能。光伏产能过大导致光伏电池价格不断被打压，加之金融危机，各国设置的“贸易壁垒”，更让许多国内光伏生产企业压缩了生产空间。据悉，目前光伏组件价格的走势是：2007-2008年3欧元/Wp以上；2011年10月降到1欧元/Wp左右；2012年国际市场平均价格已降到0.9美元左右；2012年3月我国市场招标价格最低达到5元人民币/Wp。如今光伏产业产能过剩，又遭遇“双反”与“高税”，可以说是为发展太阳能光热发电创造了机会。
    令人欣喜的是，光热发电不负厚望，以可储能、可调峰、可实现连续发电、规模效应下成本优势突出、开发过程中无二次污染、电能质量优良、可直接无障碍并网等优势，越来越受到投资者的追捧，正在成为国内能源巨头新的角逐点，第三个奇迹也许就由光热来缔造了。
    局外人容易把太阳能光热发电与光伏发电混同。从技术层面上说，太阳能光热发电主要是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，达到发电的目的。这样可避免光伏发电所面临的昂贵的硅晶光电转换工艺，可大大降低太阳能发电成本。据专家介绍，太阳能利用还有其他新能源无法比拟的优势，就是可以实现多目标利用。如太阳能光热发电的同时还可以为工业过程提供高温热源，也可以用于海水淡化，而太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，冷却后可再次利用。这样看来，太阳能热发电产业在“贵”不可言的光伏发电产业面前真可谓是轻装上阵，将会是新能源产业的又一片蓝海。
    三种技术体系大
    中国可再生能源行业协会会长张平对《经济》记者介绍说，目前我国太阳能光热发电系统主要有槽式、塔式、碟式三种形式。槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；塔式系统由于单位容量投资过大，且降低造价十分困难，因此投资冷落了下来；碟式（又称盘式）太阳能热发电系统(抛物面反射镜斯特林系统)是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发动机进行发电，是目前世界上最早出现的太阳能动力系统。与光伏发电系统相比，碟式系统具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等优点，该系统可以分散独立发电运行，也可由多个单元模块组成较大的碟群并网发电。
    “目前这三种系统中只有槽式线聚焦系统实现了商业化，但也有很多因素制约着其发展”， 张平对记者说，槽式聚焦系统在发电过程需要大量用水，而且聚光比小、系统工作温度低、核心部件真空管技术尚未成熟、吸收管表面选择性涂层性能不稳定、运行成本高等，据说目前最为成熟的槽式热发电技术,其真空玻璃的集热管损坏率高,其使用的导热油一吨动辄三四万元,价格昂贵。这些都是阻碍槽式太阳能发电的推广的原因。
    “其实，碟式技术是三种光热发电技术中转化率最高，吸引技术研发投入最大，商业化前景最好的光热发电技术”。张平对记者说，“因为，塔式技术需要大量用水，因前期单位投资过大且降低造价很难，缺乏大规模公用系统级发电装置运行的实际经验，目前虽然大力推广，但因其投资过大而少人问津。”张平对记者说，相比前两种技术，碟式技术优势比较明显：一是用水量少，发1千瓦时电只需1.4升水；二是能适应日照时间长的沙漠和戈壁地区，这与我国太阳能资源储量分布相匹配；三是热效率最高；四是其结构紧凑、安装方便，非常适合分布式小规模能源系统。据悉，三花控股集团投资320亿，计划于2013年底前完成8台碟式发电装置建设及剩余92台装置的基础部分建设。
    多家企业研发忙
    在光伏发电处于低谷之时，光热发电市场被寄予厚望。业内普遍认为，光热市场要真正启动，必须技术与设备先行。而据记者了解，目前国内多家企业都在积极从事光热发电设备的国产化研制工作。涉足太阳能光热发电的公司有天威集团、航空动力、金晶科技、三花股份、湘电集团、中航工业西航、浙江华仪康迪斯太阳能科技等，其中，后三家公司在碟式技术发展方面走在了国内行业前列。
    “我们已经拥有了具有完全自主知识产权的第二代碟式太阳能热发电系统，目前正在开发第三代系统。”采访中，湘电集团的研发人员对记者介绍说，他们公司采用的是碟式发电系统，而且起步较早。早在上世纪80年代初，他们就与美国公司合作，研制开发成功中国第一代6KW有机朗肯循环系统的碟式太阳能光热发电装备。此后，他们加强了自有核心技术的开发，加快了装备产业化进程，研制出了具有自主知识产权的第二代25KW碟式太阳能光热装备系统。
    “碟式太阳光热发电系统涉及到光、机、电等众多前沿技术，其中热机技术是该装备核心技术”。该公司人员对记者介绍说，湘电集团的碟式发电系统将配置三种技术路线的热机，即基于有机朗肯循环的蒸汽轮机、基于布雷顿循环的燃气轮机、基于斯特林循环的斯特林发动机。其中，采用蒸汽轮机的碟式发电系统光电转化效率为15%-18%，采用燃气轮机的发电系统光电转化效率为21%-25%，采用斯特林发动机的碟式发电系统光电转化效率为32%-38%。
    据介绍，现在，湘电集团正在着手布局开发第三代32KW碟式太阳能热发电系统，并期待在热机、智能控制等关键领域取得重大突破。“碟式太阳能热发电产业将成为湘电集团战略性新兴产业的重要板块，成为世界新能源革命的新引擎”，该工作人员对记者说，目前，最大的问题在于没有完成太阳能热发电项目的经验，而电站集成是非常困难的技术。为此，我们将联合产业链各相关单位，通过建设实际电站项目锻炼提高，并再加大研发力度，提高产业链各环节的集成水平。
    在商业化运用上，另一家企业已经开始起步了。2012年8月，中航工业西航研制的兆瓦级碟式斯特林太阳能热发电站示范工程方案被列入陕西省科技统筹创新工程计划重大科技专项。这标志着位于陕西富平的一项太阳能热发电站示范工程即将进入实施阶段。比起其他企业，中航工业西航的起步较晚，但进展很快。他们开始对斯特林发动机的研究始于2005年，到2010年11月首台斯特林发动机在北京航空航天大学进行性能试验取得成功，发电功率达到17.37—19.70千瓦，发动机效率超过30%，达到了他们的预期目标；2011年12月，斯特林发动机重大科技专项通过了国家国防科工局评审专家组评审验收。作为国家高技术研究发展计划（863计划）分布式太阳能热发电技术项目牵头单位，中航工业西航研制的斯特林发动机是国防科工局批准立项的军转民重大科技专项项目。斯特林发动机是将太阳能、天然气、沼气、煤田气等转换成机械能的动力装置，也是碟式太阳能热发电站的核心设备之一，可广泛应用于航天、石油、化工等领域，具有广阔的市场前景。在攻坚克难突破斯特林发动机关键工艺技术的同时，他们及时将科研成果商业化应用，适时启动了兆瓦级碟式斯特林太阳能热发电站示范工程。
    “现在太阳能热发电成本还是太高，能否商业化推广，一切取决于降低成本，成本决定产业化的成败。”中国可再生能源行业协会会长张平说，光热发电关键技术上的进展，必须着眼于成本的降低。在市场经济环境下，技术成果的产业化，必须满足成本竞争的需要。高效率、低成本，是太阳能热发电能否实现商业化的关键。
    业内专家就指出，光热发电单位投资如果在5万元/KW以上，是难以推广的，市场是看不见的。如果能够降到3万元/KW，则市场开始出现；如果再降到1.5万元/KW，市场将非常大；再降到1万元/KW，那么其市场就不可估量。
    光热发电目前还处于孕育和起步阶段，国家政策应该在“电价”和“并网”这两个方面给予足够的支持。在研发方面，应该强化自主研发和知识产权保护，避免盲目引进国外技术，从而造成核心技术的缺失，桎梏整个产业在全球范围内的竞争力。行业人士指出，光热发电产业链很长，对其他诸多产业的推动作用也较大。发展光热发电既能推动集热管、反光镜、锅炉、储能材料、气轮发电机等能源设备行业的发展，又能促进玻璃、钢材、水泥等基础产业的发展。
    政策的助力
    近两年，国家宏观层面大力支持太阳能光热发电产业的发展，给投资者带来希望。2011年5月国家发改委《产业结构调整指导目录》鼓励类新能源门类中，太阳能光热发电居于首位；同年年底国家发改委出台的《可再生能源发展“十二五”规划》中，又将太阳能热发电产业作为重点，目标拟定为2015年装机达100万千瓦，2020年装机达300万千瓦；科技部发布《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》，明确将光热发电作为我国“十二五”太阳能发电科技的重点规划内容之一。日前，全国工商联也向全国政协提交了《关于积极扶持太阳能光热发电产业的提案》，建议重点发展和扶持太阳能光热发电产业。而今，太阳能热产业政策呼之欲出，给其发展前景又打了一剂强心针。看到这些政策的相继出台，太阳能热发电想不“热”都难。但还需健康有序发展才好。