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有行業專家認為，工業用熱產生的碳排放約占全球碳排放總量的三分之一，而太陽能熱利用技術完全能滿足工業用熱需求。

目(mu)前，由于(yu)成本和其(qi)他阻礙，太陽(yang)(yang)能光(guang)熱在全球能源生產(chan)版圖上的(de)占(zhan)比幾乎可以(yi)忽略不計(ji)。行業專家一致認為，太陽(yang)(yang)能光(guang)熱行業需(xu)要(yao)降低成本并(bing)克服許多障礙，如果能做到這(zhe)一點，其(qi)市(shi)(shi)場(chang)(chang)潛力(li)將是巨(ju)大的(de)。但是很(hen)難找到相關數據(ju)來表明這(zhe)個市(shi)(shi)場(chang)(chang)到底有多大，以(yi)及需(xu)要(yao)以(yi)何種價(jia)格向市(shi)(shi)場(chang)(chang)提供(gong)太陽(yang)(yang)能方能激活這(zhe)個巨(ju)大市(shi)(shi)場(chang)(chang)。

熱(re)量就是熱(re)量，無論(lun)它是如何(he)產生(sheng)的。因此(ci)，大(da)多數對(dui)價格(ge)比(bi)較敏感的最終用(yong)戶都傾向(xiang)于選擇當今(jin)最便宜的化石燃料(liao)。在本(ben)文中，Jakob將(jiang)嘗試估算(suan)在歐(ou)美市場(chang)中與天然(ran)氣(qi)面(mian)對(dui)面(mian)競爭所(suo)必須(xu)滿足的價格(ge)條件(jian)。他(ta)還將(jiang)估算(suan)溫(wen)度在120?C-220?C之間太陽能(neng)工業用(yong)熱(re)的市場(chang)潛力。在即將(jiang)發(fa)表的文章中，他(ta)指出了達到這些價格(ge)目(mu)標所(suo)面(mian)臨的障礙(ai)，并討論(lun)了如何(he)規避其(qi)他(ta)市場(chang)障礙(ai)。

首先，看一下截至2050年(nian)能(neng)源市場的(de)發展情況。請(qing)注意，盡管電氣化程度(du)不斷提高(gao)，但低于400?C熱能(neng)的(de)年(nian)需(xu)求量(liang)，依然(ran)穩步(bu)保持在略高(gao)于10,000TWh的(de)水(shui)平。

圖：基(ji)于到2050年實現100%可再生能(neng)源(yuan)的情景，全球最終總能(neng)源(yuan)消耗(hao)

儲熱系統的作用

太陽能光(guang)熱(re)利(li)用需(xu)要(yao)配備儲熱(re)設施，以完(wan)全替(ti)代(dai)化(hua)石(shi)燃料(liao)。在此之(zhi)前，太陽能光(guang)熱(re)解(jie)決方(fang)案需(xu)要(yao)與其他化(hua)石(shi)燃料(liao)系統(tong)集(ji)成在一(yi)起工作。一(yi)種簡單(dan)的集(ji)成方(fang)法是讓太陽能產生的熱(re)量保存到(dao)現有的儲熱(re)罐中。

對于白(bai)天或(huo)者夜(ye)間存(cun)儲(chu)(chu)，可以(yi)使(shi)用增(zeng)壓(ya)水箱，并且可以(yi)在(zai)大(da)于200℃的溫度下工作。如今，一(yi)些(xie)大(da)型工業企業已經(jing)安裝了這(zhe)種儲(chu)(chu)罐，以(yi)防止其天然氣供應(ying)短期中斷的風險。

在此溫度水平下白(bai)天/夜間存儲應可(ke)滿(man)足行(xing)業需求的(de)30-40%。覆蓋范圍取(qu)決(jue)于光照資源的(de)多少（表示為DNI）。假設DNI<1600，則(ze)可(ke)滿(man)足30％行(xing)業需求，DNI在1600-2000之間，則(ze)可(ke)以滿(man)足35％的(de)行(xing)業需求，若(ruo)DNI>2000，則(ze)可(ke)以滿(man)足40％。

市場機會

對市場機(ji)會的分析如(ru)下(xia)：

根據美(mei)國(guo)國(guo)家可再生能源實驗室（NREL）的(de)(de)數據，美(mei)國(guo)工業每年使用大約1500TWh的(de)(de)過程(cheng)熱量(liang)（120?C-220?C的(de)(de)溫度范圍）。

使用天然氣生產這種熱(re)量的成(cheng)本取決于當(dang)地的天然氣價(jia)格。太陽能(neng)光(guang)熱(re)利用最終需要達到(dao)天然氣的價(jia)格。下圖2顯示(shi)了美國(guo)各州天然氣在2018/2019的價(jia)格。

光照越(yue)充足，太陽能光熱利用就越(yue)便宜(yi)。每(mei)年的光照數據，請參(can)考下圖(tu)。

圖：美國(guo)2018*/2019年(nian)工業天然氣(qi)價格，以及1999-2018年(nian)的平均DNI

如果工業用熱需(xu)求(qiu)的(de)分(fen)布類似于美國的(de)人口分(fen)布，并且如果將120?C-220?C的(de)工業用熱需(xu)求(qiu)的(de)30-40％，通過(guo)太陽能與壓力儲水關(guan)相(xiang)結合來滿足，那么我(wo)們將有(you)290,000MW的(de)市場機會(hui)。

假設折(zhe)舊期25年，資(zi)本成(cheng)本4％，運維成(cheng)本$5/MWh，而且每個州的(de)(de)市場價格將與每個州的(de)(de)天然氣成(cheng)本相(xiang)匹配，則在120?C-220?C范圍(wei)內產生(sheng)的(de)(de)工業用熱市場的(de)(de)潛力為1800億(yi)美元，能夠(gou)使成(cheng)本曲線從加利(li)福(fu)尼亞的(de)(de)820,000美元/MW(加州的(de)(de)市場約(yue)29,000MW，潛力為240億(yi)美元)下降至俄克拉荷馬州的(de)(de)90,000美元/MW，后者市場潛力為$2.85億(yi)。

圖：為了與當地天然氣(qi)價格與潛(qian)在的收(shou)入競爭，美國每個州（夏威夷除外）要(yao)達到的光(guang)場(chang)成(cheng)本(ben)(ben)目(mu)標(biao)（$/MW）,包括運營和維護(hu)合同。假設25年，資本(ben)(ben)成(cheng)本(ben)(ben)為4％，運營和維護(hu)成(cheng)本(ben)(ben)為$5/MWh，白天/黑夜存(cun)儲的需求覆蓋率為30-40％。

隨著(zhu)更具(ju)成本競爭性的儲熱(re)技(ji)術的引(yin)入，以及利用太陽能產生的熱(re)量(liang)(liang)對高(gao)溫工(gong)藝進行預(yu)(yu)熱(re)的方法的發展，潛在(zai)(zai)的市(shi)場(chang)將不斷增長。例如，在(zai)(zai)美國將太陽能用于對火(huo)電站的給水進行預(yu)(yu)熱(re)，可能會(hui)增加額外的50,000兆瓦的太陽能光熱(re)容量(liang)(liang)，從而增加市(shi)場(chang)機會(hui)，從而為(wei)美國的市(shi)場(chang)潛力增加25至(zhi)300億美元(yuan)。

如(ru)果太陽能熱解決方案(an)提供商轉向(xiang)美國以(yi)外的世界，例如(ru)歐(ou)洲，那么他們(men)通常將目光投(tou)向(xiang)工(gong)業天然(ran)氣價格更高的市場。下(xia)圖顯示了歐(ou)洲大型最(zui)終用戶的最(zui)低天然(ran)氣價格（以(yi)€為單位），同時顯示當地日照狀況。

圖(tu)：歐洲2018*/2019年大型承(cheng)購人(ren)的工業天然氣凈價格，結合平均DNI圖(tu)

估計歐洲在120?C-220?C范圍內的工業用熱(re)消耗(hao)為(wei)1860TWh。假設平均DNI1500，天然氣平均價(jia)格為(wei)$35/MWh，并假設其他方面與美國相同，則太(tai)陽能光(guang)熱(re)價(jia)格應為(wei)$820,000/MW，潛(qian)在安裝量(liang)為(wei)370GW，包括服務(wu)和維護在內市場潛(qian)力為(wei)3700億(yi)美元。

終端用戶愿意為太陽能光熱支付多少？

如果(guo)知道太陽(yang)能(neng)(neng)光場的(de)(de)投(tou)資和維護成本(ben)，所產生的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)價(jia)格也就可以(yi)(yi)確定(ding)。面(mian)對持續(xu)上升的(de)(de)碳排(pai)放稅，來自關心氣候變化的(de)(de)消費(fei)者帶(dai)來的(de)(de)持續(xu)壓力(li)，以(yi)(yi)及一旦政府開始考(kao)慮(lv)顆粒(li)物排(pai)放對他們的(de)(de)衛生系統的(de)(de)影響(xiang)而采取其他征稅，同時考(kao)慮(lv)到(dao)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)價(jia)格不斷波(bo)動帶(dai)來的(de)(de)總體(ti)不確定(ding)性，許多(duo)最終用戶愿意支付一定(ding)的(de)(de)溢價(jia)，以(yi)(yi)換取確定(ding)的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)價(jia)格。

例如，2018年(nian)(nian)美(mei)國各州(zhou)的(de)天然(ran)氣平均(jun)價(jia)格(ge)為(wei)(wei)21.2美(mei)元(yuan)/兆瓦時，但自2015年(nian)(nian)以來(lai)，每月平均(jun)價(jia)格(ge)一直在(zai)15-25美(mei)元(yuan)/兆瓦時的(de)范圍內(nei)波動。為(wei)(wei)了保護自己免受能源價(jia)格(ge)波動的(de)影(ying)響，尋求穩(wen)定(ding)價(jia)格(ge)的(de)公司可以購買期貨。從2020年(nian)(nian)到2032年(nian)(nian)，期貨的(de)當前平均(jun)價(jia)格(ge)為(wei)(wei)8.6美(mei)元(yuan)/MWh。這樣的(de)溢價(jia)很可能僅對高(gao)耗能的(de)公司以及預計價(jia)格(ge)會上(shang)漲的(de)公司具有吸引力。

基于這種推(tui)理(li)，Jacob認為美國的(de)最(zui)終用(yong)戶平均愿意為去年的(de)天然氣(qi)價(jia)格(ge)支付15％的(de)溢價(jia)，以換取(qu)固定的(de)能源價(jia)格(ge)。

市場愿意為太陽能光熱支付多少？

太陽能(neng)(neng)光熱的成本(ben)在(zai)(zai)很(hen)大程度上(shang)取決于(yu)光照資源。但是，最(zui)(zui)終用(yong)戶只(zhi)會將太陽能(neng)(neng)光熱的成本(ben)與天然氣產生的熱能(neng)(neng)相比。如上(shang)所述，對于(yu)美(mei)國而言(yan)，這意(yi)味著(zhu)價格(ge)在(zai)(zai)$8-34/MWh的范圍內(nei)，在(zai)(zai)歐洲(zhou)約為(wei)$35/MWh。假(jia)設在(zai)(zai)最(zui)(zui)相關的州中，天然氣的平均價格(ge)為(wei)25美(mei)元，在(zai)(zai)下圖中繪制(zhi)了無(wu)補貼(tie)的成本(ben)目標(biao)（以美(mei)元/MW為(wei)單位）與太陽輻(fu)射(she)的關系。

圖：當市(shi)場價格為$25/MWh或$35/MWh時，太(tai)陽能光場無(wu)補貼市(shi)場價格（$/kW）與(yu)太(tai)陽輻(fu)射（DNI）的函(han)數圖。

相(xiang)信25美元/兆(zhao)瓦時的(de)(de)目標(biao)是可以實現(xian)的(de)(de)。要(yao)達到這個目標(biao)，需要(yao)研究土地和熱(re)力傳輸的(de)(de)成本，并調整目前在太陽能光(guang)熱(re)行業(ye)中流行的(de)(de)商業(ye)模式(shi)。這部分，我們后(hou)續再(zai)分享。