目前(qian)南非正在建設全球第一個混合(he)了光(guang)(guang)伏(fu)(fu)和(he)光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)的(de)(de)大型太(tai)陽(yang)能(neng)園區(qu)，總裝機達到271MW。該(gai)園區(qu)由(you)國際知名塔式熔鹽光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)項(xiang)目開(kai)發(fa)商SolarReserve和(he)沙(sha)特ACWA電(dian)(dian)力(li)公司(si)共同開(kai)發(fa)的(de)(de)南非裝機為100MW的(de)(de)塔式熔鹽光(guang)(guang)熱電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)Redstone和(he)有SolarReserve和(he)其合(he)作方已開(kai)發(fa)的(de)(de)75MW的(de)(de)Lesedi光(guang)(guang)伏(fu)(fu)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)和(he)96MW的(de)(de)Jasper光(guang)(guang)伏(fu)(fu)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)組成(cheng)，該(gai)項(xiang)目集聚(ju)光(guang)(guang)太(tai)陽(yang)能(neng)與(yu)光(guang)(guang)伏(fu)(fu)太(tai)陽(yang)能(neng)于一體(ti)，以最低成(cheng)本提供具備高產能(neng)系數的(de)(de)基礎負荷可再生能(neng)源，可完全取(qu)代燃煤發(fa)電(dian)(dian)。
圖：南(nan)非光伏光熱混合發電園區想象圖
無獨有偶(ou)，為(wei)了(le)更好地滿(man)(man)足智利北(bei)部礦業生產(chan)的(de)(de)(de)需(xu)要，同(tong)時(shi)降低市(shi)場風險(xian)，SolarReserve公司(si)也(ye)設計(ji)了(le)一(yi)種光熱光伏(fu)互補系統(tong)來實現整(zheng)體系統(tong)的(de)(de)(de)高效運(yun)營(ying)，該設計(ji)配置了(le)一(yi)套(tao)裝機規模為(wei)100MW的(de)(de)(de)光熱系統(tong)，同(tong)時(shi)其將伴有儲熱時(shi)長(chang)達14個小時(shi)的(de)(de)(de)熔鹽儲熱系統(tong)，光伏(fu)裝機規模為(wei)75MW。按照(zhao)該設計(ji)，光伏(fu)可(ke)以在(zai)每(mei)天(tian)合適的(de)(de)(de)時(shi)間段提供(gong)成本比較低廉(lian)的(de)(de)(de)電(dian)力(li)，光熱系統(tong)將作為(wei)基礎負荷進行(xing)(xing)(xing)全(quan)天(tian)候(hou)運(yun)行(xing)(xing)(xing)，可(ke)以達到協(xie)議滿(man)(man)功率運(yun)行(xing)(xing)(xing)時(shi)間90%左右(you)，幾乎可(ke)以完(wan)全(quan)使用太陽(yang)能(neng)作為(wei)能(neng)源來源來滿(man)(man)足采礦時(shi)的(de)(de)(de)全(quan)部電(dian)力(li)需(xu)要。
而(er)正在(zai)(zai)建設目(mu)(mu)前(qian)全球規模最大槽塔混合(he)光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)項(xiang)目(mu)(mu)Noor的(de)摩洛(luo)哥(ge)在(zai)(zai)今年也(ye)啟動了光(guang)伏光(guang)熱(re)混合(he)發(fa)(fa)電(dian)項(xiang)目(mu)(mu)NoorMidelt的(de)招標工作，擬(ni)建兩個(ge)集合(he)光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)和光(guang)伏發(fa)(fa)電(dian)技術(shu)為(wei)一體的(de)混合(he)發(fa)(fa)電(dian)項(xiang)目(mu)(mu)，其(qi)中每個(ge)項(xiang)目(mu)(mu)的(de)光(guang)熱(re)裝機在(zai)(zai)150MW到190MW之間(jian)。據(ju)悉，摩洛(luo)哥(ge)政府之所(suo)以選擇開(kai)發(fa)(fa)光(guang)伏光(guang)熱(re)混合(he)電(dian)站(zhan)，是希(xi)望能夠在(zai)(zai)白(bai)天提供最便宜的(de)電(dian)能同時可(ke)以滿足夜晚(wan)的(de)用電(dian)需(xu)求。雖(sui)然光(guang)伏發(fa)(fa)電(dian)成本目(mu)(mu)前(qian)更低，但光(guang)熱(re)電(dian)站(zhan)在(zai)(zai)配置(zhi)長時間(jian)儲能系統及穩定(ding)供電(dian)方面則更具優勢(shi)。
目前(qian)，德國航空(kong)航天(tian)中心（DLR）正在(zai)開(kai)展一項(xiang)研究，旨在(zai)分析光(guang)(guang)伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)和(he)光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)技(ji)術到(dao)2030年將(jiang)(jiang)呈現(xian)何種發(fa)(fa)展趨(qu)勢。而其先期(qi)研究結果表(biao)明(ming)，在(zai)現(xian)有條件下(xia)，光(guang)(guang)熱(re)(re)和(he)光(guang)(guang)伏(fu)相(xiang)結合(he)是目前(qian)最具前(qian)景的太陽能發(fa)(fa)電(dian)技(ji)術路線。光(guang)(guang)伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)廠直接向電(dian)網供電(dian)，在(zai)用電(dian)高峰期(qi)，比(bi)如夜(ye)間，光(guang)(guang)熱(re)(re)將(jiang)(jiang)在(zai)夜(ye)晚(wan)通(tong)過儲熱(re)(re)發(fa)(fa)揮其優勢。即使(shi)增加化石燃(ran)料補燃(ran)也將(jiang)(jiang)相(xiang)對容易可(ke)行，成本不會(hui)過高。這個(ge)發(fa)(fa)現(xian)為光(guang)(guang)熱(re)(re)光(guang)(guang)伏(fu)混合(he)發(fa)(fa)電(dian)技(ji)術的未來發(fa)(fa)展提供了(le)新(xin)的支持。
聚光中溫熱利用或將成為奇兵
提起(qi)光熱利(li)用(yong)(yong)，許(xu)多(duo)(duo)人首(shou)先(xian)想到(dao)的(de)或(huo)許(xu)是自家(jia)屋(wu)頂的(de)太陽(yang)(yang)能熱水(shui)器。的(de)確，我國目前太陽(yang)(yang)能熱利(li)用(yong)(yong)的(de)應用(yong)(yong)領域多(duo)(duo)為低溫利(li)用(yong)(yong)，我國也(ye)是全球最大的(de)太陽(yang)(yang)能熱水(shui)器生產國和使(shi)用(yong)(yong)國。而本文主要說的(de)光熱發(fa)電則屬于光熱高(gao)溫利(li)用(yong)(yong)，是光熱利(li)用(yong)(yong)范疇中一種相對高(gao)級的(de)應用(yong)(yong)形式。
但光(guang)(guang)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)領域(yu)其實(shi)是非常廣的(de)，家(jia)用(yong)(yong)熱(re)(re)水(shui)器和光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)都(dou)只是眾(zhong)多光(guang)(guang)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)形(xing)式中的(de)一種而已(yi)。具(ju)體來說(shuo)，因集(ji)熱(re)(re)溫度(du)(du)的(de)不同(tong)，太(tai)陽能熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)應(ying)用(yong)(yong)于不同(tong)的(de)領域(yu)。集(ji)熱(re)(re)和供應(ying)溫度(du)(du)在40-100℃的(de)，稱為低溫熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)，家(jia)用(yong)(yong)熱(re)(re)水(shui)器即屬此列；集(ji)熱(re)(re)和供應(ying)溫度(du)(du)在100-400℃的(de)，稱為中溫熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)。太(tai)陽能中低溫熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)，主要用(yong)(yong)于供熱(re)(re)和制冷。集(ji)熱(re)(re)和供應(ying)溫度(du)(du)在400-800℃的(de)，稱為高溫熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)，主要用(yong)(yong)于太(tai)陽能熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)。
下(xia)面我們主要聊一下(xia)聚(ju)光型中溫(wen)熱利用系統。
從工作原理來(lai)講(jiang)，聚光(guang)型中溫熱(re)(re)(re)利用與光(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電系(xi)統一(yi)樣，可以(yi)用槽式、塔式、碟(die)式和(he)菲涅(nie)爾式，可以(yi)使用水、導熱(re)(re)(re)油和(he)熔鹽等介質，通(tong)過熱(re)(re)(re)交換替代其他能源形(xing)式。
但從應用領域(yu)方(fang)面來講，聚光型中溫(wen)熱利用溫(wen)度(du)區間(jian)更(geng)大，應用范圍(wei)更(geng)廣(guang)，也(ye)更(geng)貼(tie)近尋常百姓。可利用太(tai)陽能(neng)中溫(wen)系統提供(gong)工(gong)業熱源(yuan)的領域(yu)主要(yao)包括：能(neng)源(yuan)、建筑(zhu)、食品加工(gong)、海水淡(dan)化、化學、造紙、木材加工(gong)、合(he)成橡(xiang)膠、紡織和(he)煙草、制冷等，熱能(neng)利用方(fang)式(shi)為水蒸(zheng)氣或(huo)熱空氣為主，主要(yao)應用溫(wen)度(du)集中在120~180℃范圍(wei)。
隨著光熱(re)發(fa)電(dian)行業逐(zhu)步(bu)(bu)走(zou)向規模化，與其同宗同源(yuan)的(de)聚光型(xing)中(zhong)溫(wen)熱(re)利(li)用行業必然將受到有益(yi)影(ying)響而獲(huo)得前(qian)所未有的(de)發(fa)展良機，而龐大的(de)聚光型(xing)中(zhong)溫(wen)熱(re)利(li)用領域(yu)的(de)發(fa)展又可(ke)能將帶動光熱(re)發(fa)電(dian)行業成本的(de)進(jin)一步(bu)(bu)下降。
數據顯示，我國工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)能源消耗量占能源消費總量的(de)70%以上，而工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)用(yong)熱(re)在(zai)整個工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)用(yong)能中約(yue)占50%。近年(nian)來(lai)，在(zai)造紙(zhi)、食品、煙草(cao)、木材、化工(gong)(gong)(gong)、醫藥、紡織(zhi)和塑(su)料八(ba)大行業(ye)(ye)中，工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)熱(re)水、蒸汽和干燥(zao)用(yong)能總量約(yue)在(zai)4.5億噸標準煤左(zuo)右，約(yue)占工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)用(yong)能的(de)20%，如果(guo)10%的(de)能源來(lai)自于太陽(yang)能，則需(xu)要(yao)3億-4億平方米(mi)的(de)集熱(re)器。而粗略計算來(lai)看，首批1.349GW光(guang)熱(re)發電示范項(xiang)目所需(xu)集熱(re)面積(ji)僅為1400萬平方米(mi)而已。
此外，工業鍋(guo)爐(lu)的用能(neng)需求(qiu)更大。據統計(ji),我國(guo)(guo)目前在用燃煤(mei)工業燃煤(mei)鍋(guo)爐(lu)約47萬(wan)余臺,每年消耗標準(zhun)煤(mei)約4億噸(dun),約占(zhan)我國(guo)(guo)煤(mei)炭消耗總(zong)量的1/4；排(pai)放二氧(yang)化碳約占(zhan)全(quan)(quan)國(guo)(guo)排(pai)放總(zong)量的10%,占(zhan)全(quan)(quan)國(guo)(guo)排(pai)放總(zong)量的21%。若全(quan)(quan)國(guo)(guo)鍋(guo)爐(lu)都能(neng)與太陽能(neng)相(xiang)結合,一年節約原(yuan)煤(mei)約4000萬(wan)噸(dun),減排(pai)二氧(yang)化碳約8000萬(wan)噸(dun)。太陽能(neng)產(chan)業的市場總(zong)量超(chao)過萬(wan)億。
2015年(nian)11月，國家能源局、國家發(fa)改(gai)委(wei)、環保部等七部委(wei)聯合(he)(he)發(fa)布《燃(ran)煤(mei)(mei)鍋爐(lu)節(jie)能環保綜合(he)(he)提升工(gong)程實施方(fang)案》，規(gui)劃(hua)(hua)到2018年(nian)，推廣高效(xiao)鍋爐(lu)50萬(wan)(wan)噸，淘汰(tai)落后燃(ran)煤(mei)(mei)鍋爐(lu)40萬(wan)(wan)噸，完成節(jie)能改(gai)造40萬(wan)(wan)噸，提高燃(ran)煤(mei)(mei)工(gong)業鍋爐(lu)運營效(xiao)率6個百分(fen)點，計劃(hua)(hua)節(jie)約4000萬(wan)(wan)噸標準煤(mei)(mei)。
而通過利用太陽能(neng)鍋爐以(yi)淘汰燃煤(mei)(mei)鍋爐的(de)思路有不少企業已(yi)經(jing)開始(shi)嘗試并(bing)取得(de)了良好效(xiao)果(guo)。例如山東禹城(cheng)魯銀集團(tuan)便投資96萬元建設了太陽能(neng)集熱系(xi)統以(yi)替(ti)代(dai)原有2臺燃煤(mei)(mei)鍋爐，每(mei)天(tian)可(ke)(ke)將48噸(dun)20攝(she)氏度的(de)水升溫(wen)到80攝(she)氏度，每(mei)年可(ke)(ke)節約燃煤(mei)(mei)300噸(dun)以(yi)上(shang)，減少粉(fen)塵排放(fang)4.3噸(dun)，減少二氧化(hua)硫排放(fang)2.5噸(dun)。該項目每(mei)年可(ke)(ke)節約蒸(zheng)汽費(fei)23萬元，取得(de)了良好的(de)社會效(xiao)益(yi)(yi)和經(jing)濟效(xiao)益(yi)(yi)。
國家發展和改革(ge)委員會能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)研(yan)(yan)究(jiu)所副研(yan)(yan)究(jiu)員胡(hu)潤青曾表示，隨著太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)熱(re)(re)(re)利用(yong)(yong)(yong)技術的(de)(de)(de)進步，特別是太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)中高(gao)溫熱(re)(re)(re)利用(yong)(yong)(yong)技術的(de)(de)(de)進步，太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)熱(re)(re)(re)利用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)領(ling)域(yu)不(bu)斷拓(tuo)展，從傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)民用(yong)(yong)(yong)熱(re)(re)(re)水(shui)拓(tuo)展到建筑供暖、工業熱(re)(re)(re)水(shui)、制(zhi)冷、發電等更多(duo)的(de)(de)(de)領(ling)域(yu)。太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)熱(re)(re)(re)利用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)觀念也在發生著轉變，從傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)以太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)為主的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)水(shui)系(xi)統(tong)(tong)，轉變為以太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)作為常規能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)基礎能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)和輔助能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)。
總(zong)體說來，聚(ju)光中溫(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域和市(shi)(shi)場空間都相當驚人，與(yu)光熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)一(yi)樣，目前成本應(ying)該是行(xing)(xing)業發(fa)(fa)展(zhan)的(de)最大(da)障礙。但(dan)由于聚(ju)光系統組成相近，光熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)行(xing)(xing)業啟(qi)動所帶(dai)(dai)(dai)來的(de)規(gui)模(mo)(mo)化效益也勢必將對聚(ju)光中溫(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)行(xing)(xing)業帶(dai)(dai)(dai)來一(yi)定利(li)好，而這(zhe)一(yi)巨大(da)市(shi)(shi)場體量(liang)的(de)行(xing)(xing)業一(yi)旦獲得發(fa)(fa)展(zhan)，所帶(dai)(dai)(dai)來的(de)規(gui)模(mo)(mo)化效益將更(geng)大(da)，或(huo)將反過(guo)來帶(dai)(dai)(dai)動光熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)行(xing)(xing)業的(de)進(jin)一(yi)步發(fa)(fa)展(zhan)，如此循環，一(yi)場光熱(re)(re)依靠自身不同利(li)用(yong)形(xing)式(shi)互相促(cu)進(jin)的(de)良性(xing)發(fa)(fa)展(zhan)模(mo)(mo)式(shi)有望上演。
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