光熱發(fā)電繼風(fēng)電、光伏后第三個(gè)科技神話

最近國家能源局副局長吳吟在公開場合講話指出，“十二五”期間，太陽能可能呈現(xiàn)出類似風(fēng)能在“十一五”期間的高速發(fā)展態(tài)勢。北京工業(yè)大學(xué)教授馬重芳表示，光熱發(fā)電是可再生能源領(lǐng)域繼風(fēng)電、光伏發(fā)電之后的第三個(gè)科技神話。

而目前光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何?光熱發(fā)電能夠向風(fēng)電的發(fā)展尋求哪些精神財(cái)富?科技部首席科學(xué)家黃湘接受了采訪。

風(fēng)電為光熱發(fā)電提供鏡鑒

黃湘表示，化石能源發(fā)電是一種可控的發(fā)電形式，而可再生能源的發(fā)電，絕大多數(shù)是不可控或有條件可控的發(fā)電形式。風(fēng)力發(fā)電的歷史對太陽能利用提供了很多參考。

黃湘指出，風(fēng)電就是一種典型的不可控發(fā)電形式，用風(fēng)力發(fā)電只完成了工作的一半，風(fēng)電輸出功率隨風(fēng)力的變化而變化。電網(wǎng)的接納是有限度的，隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的增加，電網(wǎng)的消納將越來越難。這兩年全國風(fēng)電運(yùn)行小時(shí)數(shù)不斷下降，就是不得已棄風(fēng)造成的，這種狀態(tài)會(huì)由于風(fēng)電裝機(jī)容量的增大而越來越嚴(yán)重。近來，氣象預(yù)測法提高風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模，風(fēng)—光—電互補(bǔ)的形式和分布式等技術(shù)的應(yīng)用，就是為了解決風(fēng)電無序上網(wǎng)的難題。但是，這些都無法從根本上解決大規(guī)模風(fēng)電上網(wǎng)的境況。一些有識(shí)之士也提出采用風(fēng)電—壓縮空氣儲(chǔ)氣的方式，用來調(diào)整風(fēng)電的波動(dòng)，使風(fēng)電上網(wǎng)比例進(jìn)一步增加。

黃湘認(rèn)為，將來太陽能發(fā)電普及了，這一困難也會(huì)出現(xiàn)。因?yàn)樘柲馨l(fā)電過程輸出負(fù)荷和電網(wǎng)負(fù)荷的波形基本吻合，即電網(wǎng)出現(xiàn)最大負(fù)荷時(shí)，也是太陽能發(fā)電的最大輸出負(fù)荷時(shí)間。因此，如果太陽能光伏發(fā)電和熱發(fā)電的發(fā)展規(guī)模類似當(dāng)前的風(fēng)電時(shí)，電網(wǎng)對太陽能發(fā)電的容納程度會(huì)大大高于風(fēng)電;其次，太陽能的利用要解決連續(xù)發(fā)電問題，即晚上如何發(fā)電，太陽能熱發(fā)電通過儲(chǔ)熱和延時(shí)利用，將白天的太陽能用于夜晚發(fā)電，這就是近10年國際上和中國正在積極技術(shù)攻關(guān)的難題。國際上在中小型機(jī)組上應(yīng)用已經(jīng)成功了，中國要加緊努力。

“這種儲(chǔ)熱—延時(shí)發(fā)電的技術(shù)，在熱電轉(zhuǎn)換過程中是效率最高的發(fā)電形式，與電能—壓縮空氣轉(zhuǎn)換、抽水蓄能等相比，具有更高的轉(zhuǎn)換效率和更低的制造和運(yùn)行成本，這一點(diǎn)決定了太陽能熱發(fā)電具有的研究價(jià)值。”黃湘強(qiáng)調(diào)說。

太陽能儲(chǔ)能發(fā)電的最佳形式

“最佳的太陽能儲(chǔ)能發(fā)電形式尚未被證實(shí)，現(xiàn)階段大家正在探索和尋找。”黃湘介紹說，要解決儲(chǔ)能和發(fā)電的最佳結(jié)合，研究重點(diǎn)要放到發(fā)電介質(zhì)上，目前蓄熱介質(zhì)有蒸汽、導(dǎo)熱油和熔融鹽等，而儲(chǔ)能采用蒸汽成本太高，技術(shù)上已證明是不經(jīng)濟(jì)的。全球各地的太陽能電站實(shí)驗(yàn)過各種形式，比如以蒸汽為介質(zhì)的無蓄熱發(fā)電，導(dǎo)熱油為介質(zhì)的無蓄熱、少蓄熱發(fā)電，熔融鹽為介質(zhì)的大容量蓄熱發(fā)電。其中采用熔融鹽蓄熱的有西班牙Andasol1電站可儲(chǔ)熱7.5小時(shí)發(fā)電量，意大利Archimede和西班牙Andasol電站可儲(chǔ)熱15小時(shí)發(fā)電量，目前均已經(jīng)投入運(yùn)行，后兩座電站可連續(xù)24小時(shí)發(fā)電。

但是，目前用于太陽能熱發(fā)電的熔融鹽，在運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，常溫下為固體，到達(dá)一定溫度(如200度左右)成為液體，這就給電站運(yùn)行帶來了安全隱患，我們需要找到液態(tài)熔點(diǎn)更低的熔融鹽，國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)研究出熔點(diǎn)接近100度的熔融鹽。最佳的介質(zhì)是在常溫下就是液體，工作溫度范圍和常壓下不發(fā)生氣化，同時(shí)單位儲(chǔ)熱量要大，導(dǎo)熱性能要好，流動(dòng)性要好。這些條件對材料來講太苛刻，但這樣的蓄熱介質(zhì)才是太陽能熱發(fā)電的最佳儲(chǔ)熱介質(zhì)，現(xiàn)代科技發(fā)展很快，萬一實(shí)際環(huán)境中沒有或制造不出這樣的介質(zhì)，我們?nèi)韵Ｍ懈咏@些條件的新材料被發(fā)現(xiàn)。

太陽能熱發(fā)電成本的降價(jià)空間

太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化后，上網(wǎng)電價(jià)將有較大幅度下降，并逐步接近現(xiàn)行風(fēng)電標(biāo)桿電價(jià)。黃湘指出：光熱發(fā)電的成本決定了其前途。

按照科技部的規(guī)劃，2011年底將驗(yàn)收1兆瓦實(shí)驗(yàn)電站及研究基地。技術(shù)可行性得到證實(shí)之后，將逐步在2015年建設(shè)10兆瓦～100兆瓦示范電站，在2020年建成荒漠地區(qū)100兆瓦～1000兆瓦商業(yè)實(shí)用電站。如實(shí)施順利，預(yù)計(jì)2020年后，光熱發(fā)電開始規(guī)模化建設(shè)。

去年國際能源署(IEA)發(fā)布了聚光型太陽能熱發(fā)電(CSP)路線圖報(bào)告，預(yù)計(jì)到2050年CSP能夠滿足全球11.3%的電力需求，其中9.6%來自太陽能熱發(fā)電。

黃湘指出，任何一種可再生能源發(fā)電形式的成本都有其極限值，不同發(fā)電方式的極限值是不同的。根據(jù)研究，風(fēng)力發(fā)電形式的極限成本最低，光熱發(fā)電站建設(shè)成本則相對較高，這是因?yàn)轱L(fēng)能和太陽能的能流密度接近，但風(fēng)力發(fā)電單位千瓦鋼材耗量是常規(guī)火電站的1.5倍，而光熱發(fā)電是8倍。因此，光熱發(fā)電的極限成本肯定不可能低于風(fēng)電。但是，如果考慮到光熱發(fā)電的儲(chǔ)熱能力及負(fù)荷輸出特性，其成本優(yōu)勢將會(huì)體現(xiàn)出來。

另一方面，任何可再生能源發(fā)電初期階段，其成本都較高，隨著時(shí)間，效率會(huì)進(jìn)一步提高，成本會(huì)逐步下降，國外預(yù)測光熱發(fā)電每年的成本降幅約6%。目前，風(fēng)電和太陽能光伏發(fā)電國內(nèi)都經(jīng)歷了10年以上發(fā)展，單位千瓦造價(jià)才達(dá)到目前的程度。黃湘表示：“雖然目前光熱發(fā)電的單位造價(jià)較高，但成本下降空間大，一旦光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)步入正軌，且實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展后，建設(shè)成本將會(huì)到達(dá)合理程度。”